Źródła prądu stałego

Prąd stały to prąd, który prawie (ponieważ na świecie nie ma nic idealnego) zmienia się w czasie, ani pod względem wielkości, ani kierunku. Historycznie pierwsze źródła prądu stałego były wyłącznie chemiczne. Początkowo były reprezentowane tylko przez ogniwa galwaniczne, a później pojawiły się baterie.

Ogniwa galwaniczne i baterie mają ściśle określoną biegunowość, a kierunek prądu w nich nie zmienia się spontanicznie, dlatego chemiczne źródła prądu - są to w zasadzie źródła prądu stałego.

Ogniwo galwaniczne

Bateria AA AA jest doskonałym przykładem nowoczesnego ogniwa galwanicznego. Cylindryczna bateria alkaliczna (którą nazywają alkaliczną, podczas gdy słowo alkaliczna jest tłumaczona jako alkaliczna) zawiera roztwór wodorotlenku potasu jako elektrolitu w środku. Dwutlenek manganu znajduje się na dodatnim biegunie akumulatora, a cynk w postaci proszku na ujemnym.

Gdy zewnętrzny obwód akumulatora jest zamknięty dla ładunku, reakcja chemiczna utleniania cynku zachodzi na anodzie (biegun ujemny), a jednocześnie katoda (biegun dodatni) zostaje zredukowana do czterowartościowego tlenku manganu do trójwartościowego tlenku manganu.

W rezultacie elektrony biegną od bieguna ujemnego w kierunku bieguna dodatniego przez zewnętrzny obwód obciążenia. Tak działa źródło prądu stałego - ogniwo galwaniczne.

Proces chemiczny w ogniwie galwanicznym nie jest odwracalny, to znaczy próba naładowania go jest bezużyteczna. Napięcie między biegunami nowej baterii palcowej wynosi 1,5 wolta, co wynika z potencjału substancji biorących udział w reakcji chemicznej wewnątrz niej.

Bateria

Bateria litowo-jonowa, w przeciwieństwie do baterii, może być ponownie ładowana po rozładowaniu, ponieważ proces chemiczny w niej jest odwracalny. Z wyglądu bateria działa jak bateria, to znaczy, że dostarcza również prąd stały do ​​obwodu obciążenia, ale pojemność baterii jest zwykle większa niż baterii mniej więcej tego samego rozmiaru.

Podczas rozładowania baterii litowej reakcja chemiczna na anodzie (elektroda ujemna) polega na oddzieleniu litu od węgla i jego konwersji do soli na katodzie (elektroda dodatnia). Podczas ładowania jony litu ponownie przechodzą na węgiel na anodzie.

Różnica potencjałów między biegunami akumulatora litowo-jonowego może dochodzić do 4,2 woltów. Maksymalny prąd zależy od obszaru interakcji elektrod wewnątrz akumulatora z elektrolitem i odpowiednio ze sobą.

Generator

W skali przemysłowej prąd stały uzyskuje się za pomocą generatory prądu stałego. Z reguły na stojanie takiej maszyny znajdują się stałe magnesy lub elektromagnesy, które indukują EMF w obwodach wirujących zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej.

Oba obwody obrotowe są połączone z płytkami stykowymi zespołu szczotki-kolektora, przez które generowany prąd jest usuwany przez stałe szczotki do obwodu obciążenia. Ponieważ kontury stykają się ze szczotkami dodatnimi i ujemnymi tylko przy przejściu przez pewne bieguny magnetyczne stojana, prąd w obwodzie zewnętrznym jest uzyskiwany przez zmienną rektyfikowaną, to znaczy stałą pulsującą.

Wielkość prądu zależy od przekroju drutów, indukcji pola magnetycznego stojana i obszaru stojana. Wielkość napięcia - od prędkości obrotowej wirnika generatora i od indukcji pola magnetycznego stojana.

Ogniwo słoneczne

Panele słoneczne zapewniają również prąd stały.Fotony światła słonecznego padające na fotokomórkę powodują ruch dodatnio naładowanych dziur i ujemnie naładowanych elektronów przez złącze pn, dzięki czemu w obwodzie zewnętrznym uzyskuje się prąd stały.

Im większa łączna powierzchnia ogniw słonecznych - im więcej elektronów i dziur bierze udział w tworzeniu prądu, tym więcej prądu można uzyskać z akumulatora słonecznego. Generowane napięcie baterii słonecznej zależy od natężenia światła słonecznego i liczby połączonych szeregowo fotokomórek, które są częścią konstrukcji baterii słonecznej.

Transformator z prostownikiem

Wcześniej w sprzęcie elektronicznym do uzyskiwania prądu stałego, gdy był zasilany z domowej sieci prądu przemiennego, zasilacze z transformatorami na żelazie były bardzo często używane. Napięcie prądu przemiennego obniżono za pomocą transformatora, a następnie wyprostowano za pomocą rurki lub diodowy prostownik.

Za prostownikiem w takim obwodzie zawsze znajduje się filtr składający się przynajmniej z kondensator, aw najlepszym przypadku - z kondensatora i cewki indukcyjnej, a nawet tranzystorowego regulatora napięcia, zwłaszcza jeśli źródło prądu musi być regulowane.

Napięcie na wyjściu takiego zasilacza zależy od liczby zwojów uzwojenia wtórnego transformatora, a maksymalna wartość prądu zależy od mocy znamionowej transformatora.

Przełączanie zasilania

Dziś w sprzęcie elektronicznym do wytwarzania prądu stałego zasilacze z transformatorami niskiej częstotliwości na żelazie prawie nie są używane, przyszły je wymienić przełączanie zasilaczy. W nich rektyfikowane napięcie sieciowe jest najpierw redukowane za pomocą transformatora wysokiej częstotliwości i przełączników tranzystorowych, a następnie prostowane. Prąd przepływa przez filtr do kondensatora filtra.

Konstrukcja zasilacza impulsowego jest znacznie mniejsza niż w przypadku żelaznego transformatora. Ale w prądzie wyjściowym jest więcej szumu. Dlatego przy projektowaniu zasilaczy przełączających szczególną uwagę zwraca się na filtrowanie prądu wyjściowego do obciążenia.

Napięcie na wyjściu zasilacza impulsowego zależy od urządzenia obwodu elektronicznego, a maksymalny prąd zależy od wielkości transformatora wysokiej częstotliwości i jakości elementów elektronicznych w obwodzie.

Kondensator i jonistor

W pewnym sensie kondensator elektryczny można nazwać źródłem bezpośredniego prądu elektrycznego. Kondensator gromadzi energię elektryczną w postaci stałego pola elektrycznego między swoimi płytami, a następnie może przekazywać tę energię w postaci prądu stałego lub wyładowania pulsacyjnego. Zarówno to, jak i drugie, w rzeczywistości - prąd stały różniący się jedynie czasem trwania manifestacji.

Ale dziś kondensatory elektrolityczne są dostępne w ogromnych pojemnościach tysięcy lub więcej mikrofaradów. Specjalnym rodzajem kondensatora jest jonistor (superkondensator) - Zajmuje miejsce pośrednie między akumulatorem a kondensatorem.

Procesy chemiczne w jonistorze przebiegają z prawie taką samą prędkością jak w kondensatorze, ale w przeciwieństwie do akumulatora, jonistor ma niższą rezystancję wewnętrzną, co umożliwia uzyskanie dużych prądów stałych z jonistów przez dłuższy czas. Im większy kondensator, tym większy i dłuższy prąd można z nim uzyskać.

Jak działa rektyfikacja AC

Regulacja napięcia stałego

Który prąd jest bardziej niebezpieczny, bezpośredni lub przemienny?

Jak działają czujniki i mierniki cęgowe do pomiaru prądu stałego i przemiennego