Від альтернативного до безперервного
1) Експлуатація електричних приймачів.
Зазвичай використовувані електричні приймачі можна розділити на дві категорії:
в) Пристрої, що працюють безпосередньо під напругою мережі: нагрівальні прилади (піч, плита, праска), освітлення (лампа розжарювання, люмінесцентні трубки) або приймачі, що містять двигуни (пральна машина, холодильник, газонокосарка, змішувач, дриль).
б) Електронні приймачі: комп’ютери, система Hi-Fi, радіокасети, які працюють не в змінному, а в постійному струмі.
Більше того, деякі з цих пристроїв можуть працювати від батарейок та мати зовнішній адаптер для заміни дуже дорогої енергії акумуляторів енергією мережі. У настільному комп’ютері або системі Hi-Fi адаптер є внутрішнім, він є частиною їжа пристрою.
Адаптер забезпечує низьковольтна пряма від 230 В змінного струму від розетки.
2) Перетворення змінної напруги.
Роль трансформатора
Трансформатор використовується для модифікації середньоквадратичного значення змінної напруги. Він може його опустити або підняти.
Опис трансформатора
Трансформатор складається з 2 котушки ізольованого мідного дроту, встановленого на м'який залізний каркас.
Примітка: М'яке залізо - це чисте залізо, тоді як сталь - це сплав заліза та вуглецю. М'яке залізо і сталь намагнічуються при розміщенні в магнітному полі котушки, але коли струм в котушці переривається, м'яке залізо перестає намагнічуватися, поки сталь зберігає свою намагніченість.
Як працює трансформатор
Переміщуючи магніт поблизу котушки, в котушці створюється змінна напруга (див. Генератори змінного струму). Індукована в котушці напруга обумовлена зміною магнітного поля магніту, який рухається.
Ось варіація магнітного поля, створюваного струмом змінна циркулює в первинній котушці, яка індукує напругу змінна у вторинній котушці.
Примітка: Трансформатор не працює постійним струмом (ні варіація магнітне поле), подібно до того, як генератор змінного струму не подає жодної напруги, якщо він не включений.
Якщо на первинну частину впливає змінна напруга, на вторинну - змінну напругу тієї ж частоти.
Ефективна напруга, отримана на вторинній, залежить від кількості витків котушок.
Коефіцієнт трансформації
Коефіцієнт перетворення k - коефіцієнт напруги на вторинній Us і напруга на первинному Вгору:
k = Нас/Вгору
Приклад: Трансформатор, який подає на вихід напругу 24 В, коли вхід піддається напрузі 240 В, має коефіцієнт трансформації:
k = 24В/240В = 1/10 = 0,1
Якщо підрахувати кількість витків котушок цього трансформатора, ми помітимо, що це співвідношення становить приблизно 1/10
Відношення трансформатора (вважається без втрат) дорівнює частці числа Us витків на вторинній і кількості Вт витків на первинному.
k = Ns/Np
Для отримання відношення k = 1/10 достатньо, щоб кількість витків на вторинній передачі було вдесятеро меншою, ніж на первинній
Це правило передбачає ідеальний трансформатор без втрат. Це досить добре перевірено порожнім, тобто, коли нічого не підключено до вторинного. Але коли струм проходить через цю котушку, відбувається падіння напруги.
Примітка: Щоб мінімізувати втрати, кількість поворотів повинна бути достатньою. Неможливо зробити трансформатор із співвідношенням 1/10 з 20 витками на первинному та 2 витками на вторинному. Ми часто підраховуємо близько десяти витків на вольт або близько 2000 витків для первинної мережі, підключеної до сектора 230 В.
3) Випрямлення змінної напруги.
Відновлення роботи-дослідження
Перехідні діоди складаються з двох невеликих шматочків напівпровідника (зазвичай кремнію). Одна з частин має тип НЕ (негативний), оскільки він був легований додаванням домішки, яка дає йому більшість негативних носіїв заряду (електронів), тоді як інший шматок типу був легований, щоб мати позитивні більшість носіїв (дірки). Ці два шматки зварені, щоб утворити стик.
Діод пропускає струм лише в одному напрямку.
Відновлення 2-х чергувань
Випрямлена напівхвильова напруга менш ефективна, ніж змінна напруга, оскільки струм протікає лише вдвічі менше.
Використовуючи 4 розумно підключених діода, ми можемо вирівняти 2 чергування і, таким чином, збільшити ефективність.
Примітка: Коли діод перетинається струмом, ми спостерігаємо падіння напруги порядку 0,7 В на його клемах (див характер діода). Отже, на мосту Граца падіння напруги становитиме 2 х 0,7 В = 1,4 В
4) Згладжування випрямленої напруги.
Випрямлена напруга завжди має однаковий знак, але вона не є постійною, оскільки вона варіюється від 0 до Um.
Для отримання безперервної напруги залишається один крок: згладжування. Він полягає у запобіганні раптових змін напруги.
Перша аналогія (для старших, хто знав насос на Ратушній площі): Коли раніше ми наповнювали відра ручним насосом, вода різко хлинула при кожному ударі насоса. Щоб вона виходила регулярно, було б достатньо перекачувати воду в резервуар, вихід якого був досить малим, щоб насос мав час підтримувати рівень води майже постійним. Водонапірні башти працюють за цим принципом.
Друга аналогія (для бретонців, шотландців, ірландців та музикантів): Не дихання сопільника діє безпосередньо на звукову трубу, це повітря, що потрапило в трубу. Таким чином, завдяки запасу повітря, інструмент може видавати безперервний звук, на відміну від флейти, звук якої переривається, коли музикант переводить подих.
Як працює конденсатор
Конденсатор може бути реалізований двома металевими пластинами, розділеними повітрям.
Деякі конденсатори виготовляються з металевих листів, розділених ізоляційним шаром, або ізолюючою плівкою, на гранях якої накладено два металеві шари. Вузол згортають у циліндр, щоб обмежити об'єм.
Зарядка конденсатора
Якщо ми підключаємо конденсатор до генератора постійного струму, ми спостерігаємо проходження струму, інтенсивність якого швидко зменшується і припиняється через час, який, як правило, досить короткий. Конденсатор заряджається.
Основною характеристикою конденсатора (як і резервуару) є його ємність VS. Це виражається в фаради (F)
Конденсатор, що має заряд q (кулони) коли напруга на ньому є U (вольт) має ємність C (фаради):
Приклад: Конденсатор 5 мкФ, який піддається напрузі 10 В, має навантаження
q = Cx U = (5 x 10 -6 F) x 10V = 5 x 10 -5 кулонів
Примітка: Для збільшення ємності конденсатора необхідно збільшити поверхню провідників і зменшити відстань між ними. Характер ізоляції, розміщеної між провідними поверхнями, відіграє важливу роль. Характерна кількість цього діелектрика називається його діелектрична проникність. Вона повинна бути якомога більшою.
Розряд конденсатора
Якщо ми підключаємо світлодіод до клем зарядженого конденсатора великої ємності, ми спостерігаємо за роботою світлодіода протягом декількох секунд: конденсатор розряджається.
Примітка: З міркувань економії в електронних пристроях, які мають пам’ять (наприклад, відеореєстратор), деякі виробники поставили конденсатор як генератор для подачі цих пам’яті під час відключення живлення. Але час резервного копіювання низький (зазвичай кілька десятків хвилин), хоча ємність дуже велика (1 фарад). Основна різниця між акумулятором і конденсатором, крім кількості накопиченої енергії, полягає в тому, що під час розряду конденсатора напруга постійно падає, тоді як напруга акумулятора практично постійна, поки вона не "виснажиться".
Фільтрування випрямленої напруги
На виході випрямного мосту конденсатор розміщений в байпасі.
Коли напруга зростає, конденсатор заряджається.
Коли напруга на виході має тенденцію до зменшення, конденсатор розряджається, що значно зменшує падіння напруги.
Якщо конденсатор має достатню ємність, коливання напруги можуть бути незначними, напруга майже безперервна.
Осцилограма навпроти представляє випрямлену повноволновую напругу (верхня частина) та згладжувальну (недосконалу), що працює конденсатором на цій напрузі (нижня частина)
5) Коротко.
Адаптер змінного струму складається з трансформатора, який знижує змінну напругу, за яким слідують діодний міст, який випрямляє цю напругу, і конденсатор, який згладжує випрямлену напругу.