Оба типа переменного и постоянного тока описывают два типа протекания тока в цепи. В постоянном токе электрический заряд или ток течет в одном направлении. В переменном токе электрический заряд периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также иногда меняется на противоположное, потому что ток меняет направление. Большая часть цифровой электроники которые вы создаете с помощью DC. Тем не менее, некоторые концепции переменного тока легко понять. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы хотите подключить свой проект мелодии Тардис к розетке, вам потребуется преобразовать переменный ток в постоянный . У переменного тока также есть некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента, например, трансформатора, поэтому изначально мы должны выбрать средства переменного тока для передачи электричества на большие расстояния.

Что такое переменный ток (AC)

Переменный ток означает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. AC используется для питания домов, зданий, офисов и т. Д.

Генерация переменного тока

Переменный ток может быть произведен с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство особого типа электрический генератор предназначен для выработки переменного тока.

Генерация переменного тока

“преобразователь постоянного тока в мощность переменного тока ”

Проволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток вдоль провода. Вращение провода происходит от различных ресурсов, таких как паровая турбина, ветряная турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод периодически поворачивается и меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот небольшая анимация, демонстрирующая этот принцип:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водяных труб, мы подключаем механические характеристики поршня, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток).

Формы волны

Переменный ток может иметь разные формы волны, если ток и напряжение чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения, в течение длительного времени мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Синусоидальная волна - наиболее распространенный тип переменного тока. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Синусоидальная волна

Другие формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну. Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике, а также используются для тестирования их работы.

Квадратная волна

Треугольные волны полезны для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Треугольная волна

Описание синусоидальной волны

Нам часто нужно описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоидальная волна состоит из трех частей: частоты, амплитуды и фазы.

Рассматривая только напряжение, мы можем описать математическое уравнение синусоидальной волны:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) - это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.

VP - амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, означает, что наше напряжение может быть + VP вольт, -VP вольт.

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

2π - это константа, которая преобразует частоту из циклов или герц в угловую частоту (радиан в секунду).

f указывает частоту синусоидальной волны. Это указывается в герцах или единицах в секунду.

t - наша зависимая 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 подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение

V (t) = 170 sin (2π60t)

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.

графический калькулятор

Приложения

Розетки для дома и офиса почти всегда используются в сети переменного тока. Это связано с тем, что создание и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. При высоких напряжениях, например, 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 преобразовать из высокого напряжения с помощью трансформаторов.

AC также способен приводящие в действие электродвигатели . Двигатели и генераторы - это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электроэнергия в механическую энергию. Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д., Которые работают от переменного тока.

Что такое постоянный ток (DC)

Постоянный ток означает однонаправленный поток электрического заряда. Он производится из таких источников, как батареи, источники питания, солнечные элементы, термопары или динамо-машины. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через изоляторы, полупроводники или вакуум, как в электронных или ионных пучках.

Генерация постоянного тока

DC может быть создан несколькими способами

Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток.
Преобразование переменного тока в постоянный с помощью устройства, называемого «выпрямителем».
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.

Генерация постоянного тока

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

Описание DC

Постоянный ток определяется как «однонаправленный» поток тока, и ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться в течение длительного времени, поэтому направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, батарея обеспечивает 1,5 В, что можно описать математическим уравнением как:

V (t) = 1,5 В

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

Участок ДЦ

Приведенный выше график означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

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

“бестрансформаторный источник питания большой ток ”

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

Таким образом, это все о том, что такое переменный ток, постоянный ток и их применения. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или каких-либо электрические и электронные проекты , пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, в чем разница между переменным током и постоянным током ?

Фото: