Постоянным, или DC-током, называется поток электрических зарядов, со временем не меняющий своего направления и силы, которая согласно классическому определению этой величины измеряется в кулонах в секунду (или амперах).

При знакомстве с электрическими явлениями постоянного характера важно помнить не только о направлении протекания физических процессов, но и об их интенсивности (силе). В реальных условиях эксплуатации электротехнического или электронного оборудования значение DC редко бывает абсолютно постоянным.

Причины непостоянства

Дело в том, что на выходе любой выпрямительной схемы, преобразующей переменный ток, всегда имеются низкочастотные гармоники исходного сигнала, называемые пульсациями.

Обратите внимание! При работе аккумуляторов и гальванических элементов говорить о его постоянстве также не совсем корректно, поскольку это может относиться только к понятию «полярность».

Сила потока электронов в любой нагрузке со временем также меняется (убывает), что связано со снижением ЭДС источника питания.

Из приведённых выше рассуждений следует, что говорить о постоянстве токовых характеристик в данных цепях можно только с некоторой долей условности. Оно приемлемо лишь в ситуациях, когда изменениями его силы можно пренебречь.

Основные характеристики тока

При рассмотрении основных параметров этой физической величины сразу оговоримся, что часто употребляемый термин «сила тока» большинством специалистов признан не совсем корректным. Гораздо более подходящей для обозначения его скалярной характеристики является не сила, а скорость (иногда её называют интенсивностью) перемещения свободных электрических зарядов.

Согласно классическому представлению, эта скорость определяется как количество заряда, перемещающегося через заданное сечение проводящего материала в единицу времени. Именно этот показатель, принимаемый за единицу силы тока, носит название одного Ампера.

Таким образом, поток в один Ампер – это перемещение заряда в один Кулон через данное проводящее сечение за время, равное секунде. Ещё одна характеристика постоянного тока, связанная с его протеканием по нагрузке с сопротивлением R, называется падением напряжения, которое измеряется в Вольтах. Оно определяется как разность потенциалов, образуемая на проводнике при протекании через него одного Ампера.

Это же определение может быть представлено в следующем виде. Один Вольт – это такая разность потенциалов между разнесёнными в электрическом поле точками, которой достаточно для совершения работы в один Джоуль (при переносе между ними заряда в один Кулон).

К практическим характеристикам получаемой посредством выпрямителей токовой компоненты обычно относят следующие параметры:

• Амплитуда пульсаций, определяемая как разность его предельных значений;
• Показатель пульсаций, представляемый в виде отношения двух величин, в котором в числителе ставится ток AC, а в знаменателе – DC.

Исследуем последнюю более подробно.

DC составляющая

При исследовании формы нагрузочного тока на выходе диодного выпрямителя с помощью осциллографа удаётся разглядеть его пульсации, проявляющиеся из-за ограниченности возможностей фильтрующих компонентов (ёмкостей).

В отдельных случаях эти составляющие настолько малы, что они могут не учитываться при расчёте схем, в которых должны устанавливаться фильтрующие конденсаторы. При таком подходе к категории исследуемый показатель удобнее рассматривать как импульсный или пульсирующий и выделять две его составляющие: DC и ас. Рассмотрим каждую из этих компонент более подробно.

Постоянная DC

Указанная величина вычисляется как среднее значение токового действия в течение периода. Она в корне отлична от другой характеристики пульсирующего потока, называемой переменной составляющей ас.

Изменяющаяся компонента

Переменный ток (точнее составляющая пульсирующего тока) ас представляет собой периодическое колебание его амплитуды около уже рассмотренного ранее среднего положения. При расчёте этой величины следует исходить из того, что её значение включает следующие составляющие:

• Постоянную часть;
• Значение переменной компоненты (ас), определяемое как среднеквадратичная величина.

Обе они являются компонентами исследуемого токового сигнала и, подобно всем электрическим параметрам, имеют фиксированную мощность (то есть способность выполнять определённую работу). Последняя вычисляется как:

где I – это средняя квадратичная постоянной составляющей и пульсаций тока.

То есть при расчёте мощности компоненты постоянной DC и переменной ас суммируются как комплексные величины.

Дополнительная информация. Они представляются в этом случае в виде векторных составляющих исходного сигнала.

Также важно, что все рассмотренные определения, как и символы AC и DC, в равной степени применимы и для категории «напряжение».

В заключение ещё раз обратим внимание на то, что представление о постоянном токе чаще всего связано с неизменностью направления потока свободных электронов. Однако в реальности это понятие предполагает учёт ряда скалярных характеристик, к одной из которых относится интенсивность потока зарядов в пассивной нагрузке.

При изменяющемся во времени номинальном значении этой токовой составляющей считать его постоянным можно только условно, что допускается в рамках решаемой в каждом конкретном случае задачи.

Видео

Сегодня, если вы посмотрите вокруг, практически все, что вы видите, питается от электричества в той или иной форме.
Переменный ток и постоянный ток являются двумя основными формами зарядов, питающих наш электрический и электронный мир.

Что такое AC? Переменный ток может быть определен, как поток электрического заряда, который изменяет свое направление через регулярные промежутки времени.

Период / регулярные интервалы, при котором AC меняет свое направление, является его частотой (Гц). Морские транспортные средства, космические аппараты, и военная техника иногда используют AC с частотой 400 Гц. Тем не менее, в течение большей части времени, в том числе внутреннего использования, частота переменного тока устанавливается на 50 или 60 Гц.

Что такое DC? (Условное обозначение на электроприборах) Постоянный ток является током (поток электрического заряда или электронов), который течет только в одном направлении. Впоследствии, нет частоты связанной с DC. DC или постоянный ток имеет нулевую частоту.
Источники переменного и постоянного тока:

АС: Электростанции и генераторы переменного тока производят переменный ток.

DC: Солнечные батареи, топливные элементы, и термопары являются основными источниками для производства DC. Но основным источником постоянного тока является преобразование переменного тока.

Применение переменного и постоянного тока:

АС используется для питания холодильников, домашних каминов, вентиляторов, электродвигателей, кондиционеров, телевизоров, кухонных комбайнов, стиральных машин, и практически всего промышленного оборудования.

DC в основном используется для питания электроники и другой цифровой техники. Смартфоны, планшеты, электромобили и т.д.. LED и LCD телевизоры также работают на DC, который преобразовывается от обычной сети переменного тока.

Почему AC используется для передачи электроэнергии. Это дешевле и проще в производстве. AC при высоком напряжении может транспортироваться на сотни километров без особых потерь мощности. Электростанции и трансформаторы уменьшают величину напряжения до (110 или 230 В) для передачи его в наши дома.

Что является более опасным? AC или DC?
Считается, что DC является менее опасным, чем AC, но нет окончательного доказательства. Существует заблуждение, что контакт с высоким напряжением переменного тока является более опасным, чем с низким напряжением постоянного тока. На самом деле, это не о напряжении, речь идет о сумме тока, проходящего через тело человека. Постоянный и переменный ток может привести к летальному исходу. Не вставляйте пальцы или предметы внутрь розеток или гаджетов и высокой мощности оборудования.

Вы знаете, что означают надписи AC (переменный ток) и DC (постоянный ток) на сварочных аппаратах и электродах? По сути эти термины описывают полярность электрического тока, который вырабатывается источником питания и направляется к рабочему изделию через электрод. Выбор правильной полярности для той или иной марки электродов оказывает существенное влияние на прочность и качество соединений – поэтому не забывайте проверить надпись на упаковке! Чтобы лишний раз убедиться, Вы можете сделать две пробные попытки с разной полярностью на краю рабочего изделия.

В обиходе используются термины «прямая» и «обратная» полярность или «электрод-отрицательная» и «электрод-положительная» полярность. Последнее звучит более наглядно и поэтому здесь мы будем использовать именно эти обозначения.

Полярность обусловлена тем, что электрический контур имеет отрицательный и положительный полюсы. Постоянный ток (DC) все время движется в одном направлении, из-за чего его полярность всегда одинакова. Переменный ток (AC) половину времени движется в одном направлении и половину – в другом. Таким образом, при частоте 60 Герц полярность тока меняется 120 раз в секунду.

Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки. С некоторыми исключениями электрод-положительная (обратная) полярность обеспечивает более глубокое проплавление. Электрод-отрицательная (прямая) полярность имеет более высокую производительность расплавления электрода и, как следствие, производительность наплавки. На это могут влиять химические вещества в покрытии. Электроды из углеродистой стали с покрытием целлюлозного типа, например, Fleetweld 5P или Fleetweld 5P+, обычно рекомендуют использовать с положительной полярностью. Некоторые типы электродов для сварки в среде защитных газов пригодны для сварки с обоими типами полярности.

Применение сварочных аппаратов трансформаторного типа породило необходимость в электродах, пригодных для сварки с любой полярностью из-за постоянных смен направления переменного тока. Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Чтобы обеспечить необходимое проплавление, однородную форму шва и высокие сварочные характеристики, обязательно нужно использовать подходящую полярность. Неправильная полярность вызовет недостаточное проплавление, непостоянную форму шва, избыточное разбрызгивание, сложности с контролем дуги, перегрев и быстрое сгорание электрода.

На большинстве аппаратов четко обозначены контакты или подробно описано, как их настроить на определенную полярность. Например, некоторые аппараты имеют переключатель полярности, а на других для этого нужно сменить кабельные разъемы. Если Вы не уверены, какая в данный момент используется полярность, есть два несложных способа это выяснить. Первый – это сварка угольным электродом для постоянного тока, который будет нормально работать только при прямой полярности. Второй – сварка электродом Fleetweld 5P, который показывает намного лучшие результаты с обратной полярностью.

Проверка полярности :

А: Определение полярности с помощью угольного электрода

2. Заострите кончики двух угольных электродов на шлифовальном диске, чтобы они имели одинаковую форму в плавным скосом, начинающимся в 5–7.5 см от кончика электрода.
3. Вставьте один электрод в электрододержатель возле начала скоса.
4. Настройте силу сварочного тока 135–150А.
5. Выберите интересующую Вас полярность.
6. Подожгите дугу (не забывайте о маске) и некоторое время подождите. Увеличьте длину дуги, чтобы было удобнее наблюдать действие дуги.
7. Понаблюдайте за дугой. При электрод-отрицательной (прямой) полярности дуга имеет коническую форму и отличается высокой стабильностью, легкой управляемостью и однородностью.
При электрод-положительной (обратной) полярности дугой достаточно сложно управлять. Она будет оставлять черные отложения углерода на основном металле.
8. Смените полярность. Подожгите дугу вторым электродом и подождите такое же время. Понаблюдайте за дугой.
9. Сравните кончики двух электродов. При прямой полярностью электрод сгорает равномерно, сохраняя свою форму. При обратной полярности электрод быстро сгорает и принимает плоскую форму.

Б. Определение полярности с помощью металлического электрода (E6010)

1. Проведите очистку основного металла и расположите его горизонтально.
2. Настройте силу сварочного тока 130–145 А (для электродов диаметром 4 мм).
3. Выберите одну из полярностей.
4. Подожгите дугу. Начните сварку, соблюдая стандартную длину дуги и угол наклона электрода.
5. Прислушайтесь к звуку дуги. При подходящей полярности, нормальной длине дуги и силе тока, дуга будет издавать равномерный «треск».
Неправильная полярность при нормальной длине дуги и силе тока вызовет нерегулярный «хруст» и «хлопки» и нестабильность дуги. См. выше, как ведет себя дуга и как выглядит шов при использовании металлического электрода с правильной и неправильной полярностью.
7. Смените полярность и создайте второй шов.
8. Проведите чистку швов и внимательно их осмотрите. При неправильной, прямой полярности шов будет иметь отрицательные характеристики, перечисленные в Уроке 1.6.
9. Повторите несколько раз, пока Вы не научитесь быстро определять текущую полярность.

Постоянный ток (DC - Direct Current) - электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.

В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.

Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.

Постоянная составляющая тока и напряжения. DC

Если рассмотреть форму тока в нагрузке на выходе выпрямителей или преобразователей, можно увидеть пульсации - изменения величины тока, существующие, как результат ограниченных возможностей фильтрующих элементов выпрямителя.
В некоторых случаях величина пульсаций может достигать достаточно больших значений, которые нельзя не учитывать в расчётах, например, в выпрямителях без применения конденсаторов.
Такой ток обычно называют пульсирующим или импульсным. В этих случаях следует рассматривать постоянную DC и переменную AC составляющие.

Постоянная составляющая DC - величина, равная среднему значению тока за период.

AVG - аббревиатура Avguste - Среднее.

Переменная составляющая AC - периодическое изменение величины тока, уменьшение и увеличение относительно среднего значения .

Следует учитывать при расчётах, что величина пульсирующего тока будет равна не среднему значению, а квадратному корню из суммы квадратов двух величин - постоянной составляющей (DC ) и среднеквадратичного значения переменной составляющей (AC ), которая присутствует в этом токе, обладает определённой мощностью и суммируется с мощностью постоянной составляющей.

Вышеописанные определения, а так же термины AC и DC могут быть использованы в равной степени как для тока, так и для напряжения.

Отличие постоянного тока от переменного

По ассоциативным предпочтениям в технической литературе импульсный ток часто называют постоянным, так как он имеет одно постоянное направление. В таком случае необходимо уточнять, что имеется в виду постоянный ток с переменной составляющей.
А иногда его называют переменным, по той причине, что периодически меняет величину. Переменный ток с постоянной составляющей.
Обычно берут за основу составляющую, которая больше по величине или которая наиболее значима в контексте.

Следует помнить, что постоянный ток или напряжение характеризует, кроме направления, главный критерий - постоянная его величина, которая служит основой физических законов и является определяющей в расчётных формулах электрических цепей.
Постоянная составляющая DC, как среднее значение, является лишь одним из параметров переменного тока.

Для переменного тока (напряжения) в большинстве случаев бывает важен критерий - отсутствие постоянной составляющей, когда среднее значение равно нулю.
Это ток, который протекает в конденсаторах, силовых трансформаторах, линиях электропередач. Это напряжение на обмотках трансформаторов и в бытовой электрической сети.
В таких случаях постоянная составляющая может существовать только в виде потерь, вызванных нелинейным характером нагрузок.

Параметры постоянного тока и напряжения

Сразу следует отметить, что устаревший термин "сила тока" в современной отечественной технической литературе используется уже нечасто и признан некорректным. Электрический ток характеризует не сила, а скорость и интенсивность перемещения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшее за единицу времени через поперечное сечение проводника.
Основным параметром для постоянного тока является величина тока.

Единица измерения тока - Ампер.
Величина тока 1 Ампер - перемещение заряда 1 Кулон за 1 секунду.

Единица измерения напряжения - Вольт.
Величина напряжения 1 Вольт - разность потенциалов между двумя точками электрического поля, необходимая для совершения работы 1 Джоуль при прохождения заряда 1 Кулон.

Для выпрямителей и преобразователей часто бывает важными следующие параметры для постоянного напряжения или тока:

Размах пульсаций напряжения (тока) - величина, равная разности между максимальным и минимальным значениями.
Коэффициент пульсаций - величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей AC напряжения или тока к его постоянной составляющей DC.