Как правильно измерить переменный ток с помощью токовых клещей


Как правильно работать токовыми клещами?

Узнайте, как правильно пользоваться токоизмерительными клещами. Порядок измерений и техника безопасности при работе инструментом.

Назначение большинства электроприборов известно многим людям: практически все знают, что измеряют вольтметром, а что амперметром. Мало у кого возникнет вопрос: «Для чего нужен паяльник?» Однако, даже не у каждого электрика в инструментарии есть токовые клещи. Этот инструмент является очень полезным и способен сильно сократить время электротехнических работ. Дополнительно этот прибор можно использовать для измерения напряжения и частоты тока в цепи. С его помощью также можно измерить мощность в цепи, фактическую нагрузку в сети и даже осуществить проверку электросчетчиков, например, сверку показаний с фактическим потреблением. В этой статье описывается принцип работы инструмента и рассказывается как пользоваться токоизмерительными клещами (ТК) на примере моделей DT 266 FT и Fluke. Эта инструкция будет применима практически ко всем подобным устройствам. Содержание:

Принцип работы

Как следует из названия ТК или клещи Дитце предназначены для измерения силы переменного тока в цепи без ее разрыва. В основе работы токоизмерительного инструмента лежит принцип простейшего трансформатора тока. В этом случае первичной обмоткой является шина или кабель с измеряемым током, а роль вторичной играет захват клещей, внутри которого расположена вторая многовитковая обмотка, намотанная на магнитопровод из ферромагнитного материала. Переменный ток в проводе (первичной катушке) создает переменное магнитное моле, силовые линии которого проходят через вторичную обмотку, возбуждая в ней ЭДС, пропорционально величине тока в первой катушке. Таким образом, измеряя возникающую ЭДС, можно найти силу тока в первой катушке (проводе).

Конструкция

Современные токоизмерительные клещи вне зависимости от производителя и модификации содержат следующие элементы: магнитопроводы с подвижной скобой-рычагом, переключатель диапазонов измерений, экран, выходные разъемы для щупов (в этом случае клещи могут быть использованы как обычный мультиметр) и кнопку фиксации токовых измерений (фото ниже).

Рисунок 1 – ТК S-line DT 266 FT

Большинство современных токовых измерителей также включают в себя внутренний трансформатор с диодным мостом. В этом случае выводы вторичной обмотки подключаются через шунт. В зависимости от диапазона измеряемых сил токов, токовые клещи могут быть одноручными (для напряжений до 1000 В) и двуручными с дополнительными изолированными ручками (для напряжений от 2 до 10 кВ включительно). Токоизмерительные устройства, предназначенные для измерений более 1 кВ, имеют длину изолятора на менее 38 см, а рукояток – не менее 13 см.

Как правило, на корпусе прибора указывается категория безопасности и максимальный измеряемый ток. Например:

  • CAT III 600 V – это означает, что прибор защищен от кратковременных бросков напряжения внутри оборудования при эксплуатации в стационарных сетях с напряжением до 600 В.
  • CATIV 300 V – это означает, что прибор защищен от бросков напряжения внутри оборудования первичного уровня электроснабжения напряжением до 300 В. Примером такого оборудования может служить обычный электрический счетчик.

Правила безопасности при работе

Токоизмерительные клещи разрешается использовать только в закрытых помещениях или на открытых пространствах в сухую погоду. Измерять силу тока можно как на кабелях, покрытых изоляцией, так и на оголенных. Перед использованием человеку необходимо надеть защитные перчатки, а под ноги подложить диэлектрическое основание и надеть специальные ботинки.

Порядок измерений

Как правило, использование токоизмерительных клещей не вызывает особых трудностей. Перед тем, как пользоваться инструментом, стоит уделить большое внимание технике безопасности, о чем было сказано ранее.

Как правильно пользоваться токоизмерительными клещами:

  1. Установить требуемый диапазон на переключателе.
  2. Нажать на кнопку раскрытия магнитопровода.
  3. Обхватить одиночный проводник в сети переменного или постоянного тока (если такая возможность поддерживается прибором).
  4. Расположить токовые клещи перпендикулярно направлению провода.
  5. Снять показания с дисплея.

Часто трудность использования токоизмерительных клещей заключается в выделении одиночного проводника: при попытке снять показания с обычного кабеля, идущего из розетки, на экране должен высветиться ноль. Это происходит потому, что токи фазного провода и нулевого проводника равны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, магнитные потоки, создаваемые ими взаимно компенсируются. Если же токовые показания отличны от нуля, то это свидетельствует о наличии утечки тока в цепи, величина которой равна полученному значению. Поэтому для измерений нужно найти место, где провода разделяются и выделить одиночную жилу. В качестве такого места можно использовать распределительный щит или место подключения фазового провода к автоматическому выключателю. Тем не менее это не всегда можно сделать, что ограничивает область применения токоизмерительных клещей.

Если в процессе измерений на экране высвечивается единица, то это говорит о том, что значение силы тока в проводе находится за пределами диапазона измерений. В этом случае необходимо увеличить диапазон токовых измерений с помощью переключателя. При проведении измерений в труднодоступных местах можно использовать кнопку Hold. С ее помощью можно зафиксировать результат последнего измерения и посмотреть его, убрав клещи. Нажав на Hold второй раз, можно сбросить значение.

Наглядно увидеть, как работать токоизмерительными клещами, Вы можете на видео инструкции ниже:

Правильное использование инструмента

Полезная «хитрость»

Если требуется измерить малое значение силы тока, то необходимо сделать несколько витков провода на разомкнутом магнитопроводе, а переключатель диапазонов установить на минимум. После этого необходимо снять показания, а для определения фактического значения разделить полученное число на количество намотанных витков.

Пример использования

Приведем пример того, как пользоваться токоизмерительными клещами при измерении нагрузки в сети 220 В, например в квартире. В этом случае переключатель необходимо установить в положение AC 200. Далее необходимо токовыми клещами обхватить изолированный проводник и снять показания. После этого полученную величину силы тока нужно умножить на напряжение в сети 220 В. Например, если прибор показывает 5 А, то потребляемая мощность в сети составит P = U * I = 5 * 220 = 1100 Вт или 1.1 кВт. Полученное значение можно использовать для проверки работы приборов учета электроэнергии.

Напоследок предлагаем просмотреть видео, на котором наглядно показывается, как пользоваться токовыми клещами DT-266 и Fluke 302+, достаточно популярными на сегодняшний день:

DT-266

Fluke 302+

Вот и вся инструкция о том, как самому пользоваться токоизмерительными клещами. Как Вы видите, ничего сложного нет. Главное — соблюдать меры безопасности и внимательно подходить к измерениям. Надеемся, что наши советы и наглядная видео инструкция доступно объяснили Вам порядок действий!

Будет интересно прочитать:

  • Как использовать мультиметр – инструкция для чайников
  • Как проверить правильность работы счетчика электроэнергии
  • Список инструментов электрика

Правильное использование инструмента

DT-266

Fluke 302+


Нравится0)Не нравится0)

Как использовать токоизмерительные клещи? Полное руководство для начинающих

Итак, вы встретили токоизмерительные клещи, суперзвезду всех мультиметров, о которых все говорят? И теперь ищете руководство, которое поможет вам правильно использовать его для измерения силы переменного и постоянного тока? Вы хотите владеть им, но имеет смысл сначала увидеть, как он работает, верно?

Что ж, вы попали в нужное место. Это полное руководство по , как использовать токоизмерительные клещи , структурированное с учетом потребностей начинающих пользователей и новичков.

Научиться работать с токоизмерительными клещами легко и просто. Вы уже на полпути, если знаете, как работать с универсальным мультиметром. Но важно знать небольшие различия между ними, что поможет вам принимать обоснованные решения при тестировании и устранении неполадок.

Профессиональный техник знает, как работают токоизмерительные клещи, и , как лучше всего использовать их в рабочей среде.

Дополнительные инструкции по использованию мультиметра:

Что такое клещи?

Токоизмерительные клещи - это усовершенствованный вариант обычного мультиметра с основным отличием в виде зажимной конструкции наверху, которая позволяет бесконтактно измерять ток и напряжение.

Вы можете «зажать» эту конструкцию вокруг проводников (например, провода), чтобы определить ток, проходящий через нее.

Токоизмерительные клещи Fluke 325

Исходя из этого основного принципа, современные токоизмерительные клещи имеют функции, позволяющие измерять несколько величин, функции, упрощающие поиск и устранение неисправностей и анализ, и, в конечном итоге, дополнительные меры безопасности.

Поскольку вам не нужно вручную подключать измерительные щупы / провода к цепям под напряжением, а также не нужно отключать систему для проведения измерения, токоизмерительные клещи быстро стали одним из самых важных инструментов в жизни электрика .

Основные различия между токоизмерительными клещами и цифровым мультиметром

Ниже приведены отличия токоизмерительных клещей от цифрового мультиметра:

  • В основном используются для измерения силы постоянного и переменного тока
  • Бесконтактное измерение количества
  • Более низкое разрешение (только до сотых долей) единицы)

Токоизмерительные клещи и цифровой мультиметр (DMM) обычно идут рука об руку, поскольку вы не можете использовать их взаимозаменяемо для некоторых приложений тестирования.

См. Также: Обзоры лучшего цифрового мультиметра

Основные компоненты и структура токоизмерительных клещей

Прежде чем мы перейдем к использованию токоизмерительных клещей, целесообразно сначала изучить его основные компоненты.

Ниже показано изображение токоизмерительных клещей Fluke 376. Мы рассмотрим каждый компонент один за другим, как описано Fluke в одном из сообщений блога.

Это значительно упростит обучение тому, как измерять ток с помощью токоизмерительных клещей .

Основные компоненты токоизмерительных клещей. Источник: Fluke Corporation Основные компоненты токоизмерительных клещей. Источник: Fluke Corporation

Что касается изображения выше, то вот список основных компонентов токоизмерительных клещей. Мы упомянули детали, которые являются эксклюзивными для этой модели.

  1. Зажим - конструкция в виде челюсти, которая наматывается на проводники для обнаружения и измерения тока (и других величин)
  2. Тактильный барьер - Защищает пальцы и руки от ударов
  3. Удержание - Замораживает показания дисплея до повторного нажатия
  4. Наберите - Измените количество и разрешение
  5. Экран дисплея - Обычно ЖК-дисплей
  6. Кнопка подсветки (дополнительно)
  7. Кнопка Мин-макс - Для измерения максимальной, наименьшей и средней величины величин (доступно в большинстве моделей)
  8. Кнопка пускового тока - Отключает пусковой ток от вашего измерения (опция)
  9. Кнопка переключения - Для выбора дополнительных функций на шкале
  10. Рычаг - Используется для освобождения зажима
  11. Метки совмещения - В идеале проводник должен находиться между этими двумя метками
  12. Это, 1 3 и 14 - все входные гнезда.

Ясно, что губка - это самая большая разница в токоизмерительных клещах.В зависимости от модели, которую вы решите купить (обратитесь за помощью к нашему руководству по лучшим токоизмерительным клещам ), эти компоненты и функции могут отличаться.

Как токоизмерительные клещи измеряют ток?

Как упоминалось в

.

Как измерить ток с помощью мультиметра »Электроника

Мультиметр обеспечивает один из самых простых способов измерения переменного и постоянного тока (AC и DC). Мы даем некоторые из основных рекомендаций. . .


Учебное пособие по мультиметру Включает:
Основы работы с измерителем Аналоговый мультиметр Как работает аналоговый мультиметр Цифровой мультиметр DMM Как работает цифровой мультиметр Точность и разрешение цифрового мультиметра Как купить лучший цифровой мультиметр Как пользоваться мультиметром Измерение напряжения Текущие измерения Измерения сопротивления Тест диодов и транзисторов Диагностика транзисторных цепей


Часто бывает необходимо знать, как измерить ток с помощью мультиметра.Измерения тока выполнить легко, но они выполняются несколько иначе, чем измерения напряжения и другие измерения. Однако измерения тока часто необходимо проводить, чтобы выяснить, правильно ли работает цепь, или чтобы обнаружить другие факты, связанные с ее потреблением тока.

Ток - один из основных электрических / электронных параметров, поэтому часто необходимо измерить ток, протекающий в цепи, чтобы проверить ее работу.

... как цифровые, так и аналоговые мультиметры могут очень легко измерять ток ....

Измерения тока можно выполнять с помощью различных измерительных приборов, но наиболее широко используемым измерительным оборудованием для измерения тока является цифровой мультиметр. Это испытательное оборудование широко доступно по очень разумным ценам.

Измерение тока: основы

Измерения тока выполняются иначе, чем измерения напряжения и других измерений.Ток состоит из потока электронов вокруг цепи, и необходимо иметь возможность контролировать общий поток электронов. В очень простой схеме показана ниже. В нем есть батарейка, лампочка, которую можно использовать как индикатор, и резистор. Чтобы изменить уровень тока, протекающего в цепи, можно изменить сопротивление, а количество протекающего тока можно измерить по яркости лампы.

Простая схема для измерения тока

При использовании мультиметра для измерения тока единственный способ, который можно использовать для определения уровня протекающего тока, - это разрыв цепи, чтобы ток проходил через измеритель.Хотя временами это может быть сложно, это лучший вариант. Типичное измерение тока можно выполнить, как показано ниже. Из этого видно, что цепь, в которой протекает ток, должна быть разорвана, а мультиметр вставлен в цепь. В некоторых схемах, где часто может потребоваться измерение тока, могут быть добавлены клеммы с перемычкой для облегчения измерения тока.

Как измерить ток с помощью мультиметра

Чтобы мультиметр не влиял на работу цепи, когда он используется для измерения тока, сопротивление счетчика должно быть как можно меньшим.Для измерений около ампера сопротивление метра должно быть намного меньше ома. Например, если измеритель имел сопротивление в один Ом и протекал ток в один ампер, то на нем возникло бы напряжение в один вольт. Для большинства измерений это было бы неприемлемо высоким. Поэтому сопротивление счетчиков, используемых для измерения тока, обычно очень низкое.

Как измерить ток аналоговым мультиметром

Использовать аналоговый измеритель для измерения электрического тока довольно просто.Есть несколько незначительных отличий в способах измерения тока, но используются те же основные принципы.

... аналоговые мультиметры также могут легко и точно измерять ток ....

При использовании аналогового мультиметра можно выполнить несколько простых шагов:

  1. Вставьте датчики в правильные соединения - это необходимо, потому что может быть несколько различных соединений, которые можно использовать.Убедитесь, что вы выбрали правильные соединения, так как могут быть отдельные соединения для диапазонов очень низкого или очень высокого тока.
  2. Установите переключатель на правильный тип измерения (т. Е. Для измерения тока) и диапазон, в котором будет проводиться измерение. При выборе диапазона убедитесь, что максимум для конкретного выбранного диапазона выше ожидаемого. При необходимости диапазон мультиметра может быть позже уменьшен. Однако выбор слишком большого диапазона предотвращает перегрузку измерителя и любое возможное повреждение движения самого измерителя.
  3. При снятии показаний оптимизируйте диапазон для наилучшего считывания. Если возможно, отрегулируйте его так, чтобы можно было добиться максимального отклонения счетчика. Таким образом будет получено наиболее точное показание.
  4. Как только считывание будет завершено, рекомендуется поместить щупы в гнезда для измерения напряжения и повернуть диапазон в положение максимального напряжения. Таким образом, если счетчик случайно подключен, не задумываясь о диапазоне, который будет использоваться, вероятность повреждения счетчика мала.Это может быть неверно, если он оставлен на текущее показание, и счетчик случайно подключен к точке высокого напряжения!

Как измерить ток цифровым мультиметром

Чтобы измерить ток цифровым мультиметром, можно выполнить несколько простых шагов:

  1. Включите счетчик
  2. Вставьте зонды в правильные соединения - на многих счетчиках есть несколько различных соединений для зондов. Часто один помечен как обычный, в который обычно помещается черный зонд.Другой датчик должен быть вставлен в правильное гнездо для измерения тока. Иногда используется специальное соединение для измерения тока, а иногда - отдельное соединение для измерений низкого или высокого тока. Выберите правильный вариант для текущего измерения.
  3. Установите главный селекторный переключатель на переключателе измерителя на правильный тип измерения (т. Е. Ток) и диапазон, в котором будет производиться измерение. При выборе диапазона убедитесь, что максимальный диапазон превышает ожидаемое значение.При необходимости диапазон цифрового мультиметра можно уменьшить. Однако выбор слишком большого диапазона предотвращает перегрузку счетчика.
  4. При измерении тока оптимизируйте диапазон для наилучшего считывания. Если возможно, разрешите всем ведущим цифрам не читать ноль, и таким образом можно будет прочитать наибольшее количество значащих цифр.
  5. Как только считывание будет завершено, рекомендуется поместить щупы в гнезда для измерения напряжения и установить диапазон на максимальное напряжение.Таким образом, если счетчик случайно подключен без учета используемого диапазона, вероятность его повреждения мала. Это может быть неверно, если он оставлен на текущее показание, и счетчик случайно подключен к точке высокого напряжения!

Следуя этим шагам, очень легко измерить ток с помощью любого цифрового мультиметра.

Альтернативные методы измерения силы тока

Самый очевидный метод измерения тока с помощью мультиметра - разорвать цепь и быстро измерить измеритель внутри цепи.Однако это не единственный метод, который можно использовать.

Есть несколько методов, которые могут быть реализованы, которые не требуют разрыва цепи и последовательного подключения счетчика.

Эти методы часто используются там, где важно не разорвать цепь, и используются методы, которые тем или иным образом определяют ток.

Точность часто может быть почти такой же хорошей, как при включении измерителя в цепь, но для этого может потребоваться, чтобы компоненты уже были на месте или использовались другие типы датчиков.

Использование последовательного резистора для измерения тока

Этот метод измерения тока может дать некоторые преимущества при некоторых обстоятельствах, когда предполагается, что ток может потребоваться регулярно измерять в цепи.

Этот метод измерения тока предполагает включение в схему небольшого резистора подходящего номинала. Обычно один конец резистора находится под потенциалом земли, чтобы избежать риска случайного замыкания на землю высокого напряжения при проведении теста.

Метод измерения тока путем вставки в цепь последовательного резистора.

Путем измерения напряжения на резисторе можно легко рассчитать ток.

Например, резистор 10 Ом вставлен в цепь и на нем обнаружено значение 100 мВ, тогда, используя закон Ома, можно сделать вывод, что ток составляет V / R = 0,1 / 10 = 10 мА.

При использовании этого метода измерения тока значение резистора должно быть достаточно точным для проведения измерений.Любой допуск на резистор e даст аналогичный допуск, но не при измерении. К счастью, многие измерения в этой ситуации не требуют предельной точности, и поэтому даже 10% резисторов будут достаточно точными - 2% также может быть адекватным в зависимости от необходимых допусков.

В показанном случае последовательный резистор, используемый для измерения тока, помещен рядом с землей, а также в обход конденсатора для обхода любого сигнала на землю. Это особенно важно, если схема используется на радиочастотах, РЧ, поскольку это поможет предотвратить распространение любого сигнала по выводам измерительного прибора.

Метод измерения тока с использованием датчика тока / катушки

Если невозможно каким-либо образом прорваться в цепь, можно использовать датчик тока.

Датчики тока обычно бывают в виде датчика, который размещается вокруг проводника с током. Он может обнаруживать ток, протекающий в проводнике, и таким образом давать показания.

Эти датчики часто входят в состав законченного измерителя, поэтому часто невозможно использовать стандартный мультиметр для этого типа теста.

Существует несколько различных типов датчиков / измерителей, которые можно использовать в этом методе измерения тока.

  • Трансформатор тока: Одна из наиболее распространенных форм датчика тока называется токовыми клещами. Он состоит из разрезного кольца из феррита или мягкого железа, на которое намотана катушка - по одной на каждую половину. Сердечник пропускается по проводнику, в котором необходимо измерить ток, и две половины сердечника зажимаются на месте. Таким образом, сборка действует как трансформатор, а катушки зажима улавливают магнитное поле от тока, протекающего в проводнике.Поскольку вся сборка фактически представляет собой трансформатор, этот метод измерения тока работает только для переменного тока. Также расходомеры, использующие это, обычно поставляются как отдельные «клещи».
  • Датчик Холла: Датчик Холла, использующий другую технологию. Он может измерять как переменный, так и постоянный ток, протекающий в проводнике. Он часто используется вместе с осциллографами и цифровыми мультиметрами высокого класса, хотя их использование становится все более распространенным.

Существуют и другие аналогичные методы измерения тока с использованием датчиков, но токовые клещи и датчики на эффекте Холла являются наиболее распространенными.

Как измерить переменный ток мультиметром

Часто бывает необходимо измерить переменный ток. Хотя для измерения переменного тока используются те же основные шаги, что и при нормальном измерении постоянного тока, есть несколько дополнительных моментов, на которые следует обратить внимание.

  • Требуется настройка переменного тока: Различия в измерениях возникают из-за того, что мультиметр должен исправлять переменную форму волны, чтобы иметь возможность измерять переменный ток.Основное отличие цифрового мультиметра состоит в том, что переключатель типа измерения должен быть установлен на измерение переменного тока, а не постоянного.
  • Для аналоговых счетчиков требуется выпрямитель: Для аналогового мультиметра ситуация немного иная. Поскольку аналоговый мультиметр не содержит активной электроники, диодный выпрямитель, используемый для выпрямления переменного сигнала, имеет определенное напряжение включения, и это повлияет на низкое напряжение на некоторых шкалах. Некоторые измерители могут быть не в состоянии измерять переменный ток или у них будут очень ограниченные диапазоны.

Хотя измерение электрического тока не так распространено, как измерение напряжения, тем не менее, умение измерять ток является важной и важной способностью. Также важно знать, как измерять ток, чтобы получить лучшее от мультиметра.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в меню тестирования.. .

.

Как использовать амперметр для измерения тока | Основные концепции и испытательное оборудование

  • Сетевые сайты:
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Последний
    • Проектов
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Обзор рынка
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Мнение
    • Интервью
    • Особенности продукта
    • Исследования
    • Форумы
  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC
    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google

0:00 / 0:00

  • Подкаст
  • Последний
  • Подписывайся
    • Google
    • Spotify
.

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Пораженный громом!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Ну, конечно же, переменный и постоянный ток! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (переменного тока), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также имеет некоторые полезные свойства, такие как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

  • История создания переменного и постоянного тока
  • Различные способы генерации переменного и постоянного тока
  • Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи питания в дома, офисные здания и т. Д.

Генератор переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:


(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что зажатый участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенный тип переменного тока - синусоидальный. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, например, усилителей.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) - это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V P - амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достичь в любом направлении, а это означает, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

- это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны - подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t - наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).Со временем меняется и форма нашего сигнала.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза - это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В.Это тоже правильно. Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Когда вы хотите рассчитать электрическую мощность, часто бывает полезно использовать значение RMS для переменного тока. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение, изменяющееся от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы представляют собой одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

DC может быть сгенерирован несколькими способами:

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
  • Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар пуст, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Почти все проекты электроники и запчасти, выставленные на продажу на SparkFun, работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

  • Сотовые телефоны
  • D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
  • Фонари
  • Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

AC против

постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели можно подключить между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль).110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дом, офис и т. Д.).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня.При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов. В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона по выявлению мазков

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток опаснее постоянного тока.Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П. Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой.В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало начали использовать переменный ток. Эта веха ознаменовала упадок DC в США.В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 вольт при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 вольт при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury, HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током.Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование. Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания.Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и движение вперед

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. С другой стороны, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке.С таким пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие руководства, когда будете готовы погрузиться глубже в мир электроники:

и nbsp

.

Смотрите также