Exitonservice.ru

Экситон Сервис
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Световой источник тока примеры

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.
Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока
— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) , динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока
— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.
Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока
— энергия света преобразуется в электрическую энергию.
Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока
— в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.
Например, гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.
Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.
Аккумуляторы — в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.

Механический источник тока
— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) , динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока
— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.
Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока
— энергия света преобразуется в электрическую энергию.
Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Существуют следующие виды источников электрического тока:

  • механические;
  • тепловые;
  • световые;
  • химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Читать еще:  Розетка кабельная abb 32a

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

  1. Гальванические
  2. Аккумуляторы
  3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

  1. Солевые;
  2. Щелочные;
  3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

  1. Свинцово-кислотные;
  2. Литий-ионные;
  3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

Отличительные особенности

Из сказанного понимаем следующее:

  1. Физика под источником тока понимает агрегат, формирующий на выходе постоянный параметр. Практика часто предъявляет иные требования. Хотя чаще ток требуется постоянный.
  2. На схемах источник тока обозначают по-другому, нежели источник ЭДС. Круг с двумя галками. Иногда рядом стоит латинская литера I. Сие помогает решать согласно уравнениям Кирхгофа задачи нахождения условий элементов электрической цепи.
  3. Форма закона генерируемого тока определяется нуждами потребителя. Большинство бытовых приборов питается напряжением. Постоянство тока, особая форма не нужны, даже приносят вред. Мясорубка при заклинивании вала костью требует больше энергии. На это настроена регулирующая и защитная электроника.
  4. Мощность, отдаваемая идеальным источником, растет пропорционально активному сопротивлению нагрузки. В реальности видим некий лимит, выше которого параметры начнут отличаться от заданных.

Проще говоря, исторически с точки зрения практики удобнее постоянным поддерживать напряжение, не ток. Термин, рассматриваемый разделом, вызывает много затруднений у людей посторонних, далеких электронике, вполне сведущих в технике. Итак, источник тока – отвечает за поддержание нужной формы тока. Чаще требуется постоянный.

Величина тока послужит целям регулирования. Искрение коллекторного двигателя сопровождается возрастанием нагрузки. Растет потребляемый ток, цепи контроля повышают напряжение на обмотках с целью преодолеть возникший «кризис». Приводит к необходимости контроля величины тока. В мясорубках задачу решает цепь обратной связи, формирующая угол отсечки ключом входного напряжения.

Пытаясь сохранить постоянной разность потенциалов, приборы варьируют потребление тока. В результате запрашиваемая от подстанции мощность меняется, эффект приводит к проседанию вольтажа. Визуально наблюдаем медленным миганием лампочек накала (энергосберегающие несут в цоколе драйвер для поддержания постоянства напряжения). Аналогичным образом устройства показали бы проседание тока при неизменном напряжении.

Читать еще:  Беспроводной выключатель света принцип работы

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

  • Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
  • Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
  • Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
  • Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства.

Явление дифракции света

Когда волны на воде набегают на стенку с узкой щелью в ней, они расходятся от щели в виде серии концентрических кругов, как если бы сама щель стала источником волн. Это явление называется дифракцией (лат. diffractus). Звуковые волны также дифрагируют. Если человек проходит мимо дома, где играет музыка и окно открыто, то, подходя к окну, первыми он слышит басовые ноты. Самые высокие ноты можно услышать лишь вблизи окна, потому что высокочастотные волны дифрагируют хуже. Дифракция демонстрирует волновую природу света.

Когда свет одной длины волны проходит сквозь щель, на экране появляется нечетко очерченный светлый кружок, а чередующиеся слабые концентрические кольца: светлые в пиках световых волн и темные в узлах. Луч, проходящий сквозь щель, обычно не заходит в область тени, если только ширина щели не близка к длине световой волны.

Источники напряжения, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Тепловую энергию можно преобразовать в электрическую с помощью, так называемой, термопары (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8. Термопара

Условно-графическое обозначение термопары показано на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9.УГО термопары

В основе принципа действия термопары лежит термоэлектрический эффект. Термопара состоит из двух спаянных вместе разнородных металлов. При нагревании в одном металле (например, в меди), в силу его свойств возникает множество свободных электронов, которые он с легкостью отдает другому металлу, (например железу). В следствие этого медь приобретает положительный заряд, так как отдала электроны, а железо отрицательный. На концах такой термопары появляется небольшое напряжение. Данное напряжение прямо пропорционально количеству полученного тепла.
В основном широкое применение термопары нашли в измерительной технике.

Источники питания AC/AC

Источники питания AC/AC могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими. Первые обычно либо изменяют уровень напряжения (пример-автотрансформатор 220/110 В), либо осуществляют гальваническую развязку от питающей сети для повышения безопасности (пример-развязывающий трансформатор 220/220 В), либо выполняют обе функции сразу (пример-понижающий и развязывающий трансформатор 220/36 В или 220/12 В). Частота выходного напряжения может как совпадать с частотой питающего напряжения(аналогично предыдущим примерах), так и отличаться от неё, например, при частоте сети 50 Гц частота выходного напряжения может быть 400 Гц или наоборот. Может также отличаться и число фаз на входе и выходе. Особый класс источников питания AC/AC составляют источники бесперебойного питания, которые содержат промежуточное звено постоянного тока с резервной аккумуляторной батареей, обеспечивающей питание нагрузки в течение определенного времени при пропадании напряжения сети. Стабилизирующие источники питания AC/AC ( стабилизаторы напряжения) обеспечивают стабильное (в определенных пределах) напряжение на выходе при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Существует несколько типов таких стабилизаторов, различающихся принципом действия. Наиболее распространенные-электромеханические и релейные с переключением обмоток автотрансформатора или трансформатора с помощью электромагнитных реле или полупроводниковых (твердотельных) реле, или симисторов (симметричных тиристоров или триаков). Стабилизаторы напряжения переменного тока могут быть как с гальванической развязкой, так и без гальванической развязки. Чаще используются без гальванической развязки.

Источники питания AC/DC

Это самый широкий и наиболее востребованный класс источников. Источники питания AC/DC также могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими, с гальванической развязкой и без неё. Наиболее часто используются и сточники питания AC/DC с гальванической развязкой от питающей сети, так как они обеспечивают наибольшую электробезопасность потребителей электроэнергии.

Н естабилизирующи е источники питания AC/DC обычно содержат трансформатор, работающий на частоте сети, выпрямитель и сглаживающий фильтр. Трансформатор изменяет величину напряжения в соответствии с коэффициентом трансформации (если нужно) и осуществляет гальваническую развязку. Выпрямитель выпрямляет (преобразует из переменного в постоянное) напряжение вторичной обмотки трансформатора. Сглаживающий фильтр фильтрует выпрямленное напряжение, снижая величину пульсации. Сравнительно редко встречаются н естабилизирующи е источники питания AC/DC с преобразователями напряжения, в которых выпрямитель выпрямляет сетевое напряжение, которое затем преобразуется в напряжение повышенной частоты 20-200 кГц, которое подается на трансформатор, а затем снова выпрямляется. Преимущество здесь – трансформатор, работающий на повышенной частоте, благодаря чему снижаются его габариты, вес и стоимость, а также габариты и вес источника питания в целом. Недостаток – более сложная схема с большим количеством элементов, что снижает надёжность и повышает стоимость.

Читать еще:  Как подключается двойной выключатель с подсветкой

Стабилизирующие источники питания AC/DC могут быть выполнены как с линейными стабилизаторами напряжения (с непрерывным регулированием, или аналоговыми), так и с импульсными. Первые из них обладают очень хорошими характеристиками, самым низким уровнем пульсаций, шумов и помех. Недостатком их является низкий КПД, который обычно не превышает 50% и наличие громоздкого сетевого трансформатора. Применение импульсного стабилизатора вместо линейного (во вторичной цепи после выпрямителя) решает проблему низкого КПД (повышая его до 80-90%), но остается громоздкий сетевой трансформатор и появляется другой недостаток – резко повышается уровень шумов и помех. Но во многих применениях это не критично. И в этих случаях очень широко применяются импульсные источники питания с бестрансформаторным входом. Подавляющее большинство серийно выпускаемых источников питания – именно такие источники. Эти источники питания не содержат низкочастотного трансформатора, работающего на частоте сети (50 или 60 Гц). Напряжение питающей сети сразу выпрямляется выпрямителем и фильтруется сглаживающим фильтром, а затем подается на преобразователь напряжения (инвертор), который снова преобразует его в переменное, но повышенной частоты (50-300 кГц) и прямоугольной формы. Это позволяет з0начительно уменьшить габариты и вес трансформатора и снизить его стоимость за счет уменьшения стоимости сердечника, меди и снижения трудоёмкости изготовления. Одновременно преобразователь напряжения осуществляет функцию стабилизации напряжения или тока за счет изменения длительности (широтно-импульсная модуляция, ШИМ) или частоты (частотно-импульсная модуляция, ЧИМ) импульсов, или одновременно того и другого (ЧИМ-ШИМ). Недостатком таких источников питания, кроме выше перечисленных, является низкий коэффициент мощности (примерно 0,6). Для его устранения во многих импульсных источниках питания устанавливается корректор коэффициента мощности, который позволяет его повысить до 0,95-0,99. В импульсных источниках питания обратная связь в большинстве случаев осуществляется с выхода и подается на преобразователь напряжения через оптическое или трансформаторное устройство гальванической развязки, что позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения или тока. При низких значениях выходного напряжения и больших токах нагрузки в некоторых источниках питания дополнительно используется обратная связь непосредственно с питаемой нагрузки.

Источники питания DC/DC

Источники питания DC/DC могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими, с гальванической развязкой и без гальванической развязки. Источники питания DC/DC применяются в тех случаях, когда первичным источником питания является источник постоянного тока, а питать оборудование непосредственно от него невозможно – требуется другое напряжение, или другая полярность, или другая стабильность, или гальваническая развязка. Во всех этих DC/DC источниках питания в основном используются импульсные преобразователи напряжения различных конфигураций. В тех случаях, когда гальваническая развязка не нужна и не очень большая разница напряжений между входом и выходом, применяются линейные стабилизаторы напряжения, в основном интегральные.

Источники питания DC/AC

Источники питания DC/AC (инверторы) применяются в тех случаях, когда имеется первичный источник питания постоянного тока, а для питания нагрузки необходимо напряжение переменного тока. Такая ситуация может встречаться, например, при необходимости питания нагрузки переменного тока от бортсети подвижных объектов (автомобилей, кораблей, самолётов и т.д.), от станционного источника питания постоянного тока аппаратуры телекоммуникаций, в автономных системах электропитания от солнечных батарей, ветрогенераторов и т.п., в источниках бесперебойного питания (ИБП) с промежуточным звеном постоянного тока в виде резервной аккумуляторной батареи.

Инверторы (в том числе и входящие в состав ИБП) выпускаются двух видов в зависимости от формы выходного напряжения:

С модифицированной синусоидой – выходное напряжение представляет собой двухполярные прямоугольные импульсы с паузой между ними, максимально приближенные по гармоническому составу к синусоиде, следующие с заданной частотой (наиболее часто 50 или 60 Гц).

С чистой синусоидой – выходное напряжение синусоидально с незначительными искажениями.

Достоинством первых является более простая схема и низкая стоимость, недостатком – несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, из-за чего не все потребители могут работать с таким инвертором.

Достоинством вторых является чистая синусоидальная форма кривой выходного напряжения, благодаря чему с этими инверторами могут работать любые потребители электрической энергии. Недостатком – более высокая цена, габариты и вес.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector