Что такое пульсирующий ток
Содержание
Пульсирующим называют электроток, который регулярно изменяется по величине от некоторого постоянного (среднего) значения. Другими словами, это электроток, протекающий всегда в одном направлении, но с изменяющимся мгновенным значением. Образно можно представить пульсирующий ток как поток электронов, движущийся по проводнику в одном направлении, но с меняющейся скоростью — с замедлением и ускорением.
Примеры пульсирующих электротоков
Изменяться может как электроток, так и напряжение. Особенность пульсирующего электротока заключается в том, что изменения происходят всегда в одной полярности, оттого все виды переменных электротоков, будь то прямоугольный, синусоидальный или пилообразный, не являются пульсирующими. В 2003 году с целью упорядочения терминологии было принято решение называть пульсирующий электроток, не меняющий своего направления, однонаправленным пульсирующим электротоком. Поэтому постоянный электроток, прерывающийся через определенные и одинаковые промежутки времени, также можно назвать пульсирующим.
Из вышеизложенного следует, что пульсирующий электроток можно рассматривать как сумму постоянного и переменного электротоков. В этом случае они являются составляющими или слагающими электротоками. Но по факту никаких отдельно протекающих по нагрузке постоянного и переменного электротоков нет. По ней протекает единый электроток, изменяющий свое значение. Поскольку переменные электротоки (в частности) бывают синусоидальные и прямоугольные, пульсирующие электротоки также могут определяться как синусоидальные и прямоугольные.
При желании можно выделить из пульсирующего электротока его составляющие, пропустив переменный электроток через конденсатор, а постоянный через дроссель.
Пульсирующий электроток может вырабатываться генераторами, выпрямителями переменного электротока, а также корректирующими цепями.
Коэффициент пульсации
Степень пульсаций принято оценивать по коэффициенту, но определений этого показателя существует несколько. Так, показатель можно оценивать как отношение половины размаха напряжения к его среднему значению. Обычно этот показатель вычисляется в процентах. Размах пульсаций — это разница между максимальным и минимальным значением напряжения. Следовательно:
Кп = 100% · (Uмакс – Uмин)/Uпост
Формально для постоянного электротока коэффициент пульсаций на основе данного определения равен 0%. К переменному напряжению ввиду его нулевого среднего значения понятие коэффициента пульсации неприменимо.
Удобство данного определения коэффициента пульсации заключается в том, что его значение можно оценить по форме напряжения на экране осциллографа, руководствуясь сеткой на экране. Другие определения коэффициента пульсации подобным удобством не обладают. Так, существует определение коэффициента как отношение амплитуды первой гармоники к постоянной составляющей. Для оценки этого показателя требуется выделение переменной составляющей путем фильтрации и измерение ее амплитуды или действующего значения.
Коэффициент пульсации по электротоку вычисляется аналогично коэффициенту пульсации по напряжению.
Практическое применение коэффициента пульсации
Рассмотрим выпрямление синусоидального переменного электротока однополупериодным и двухполупериодным мостовым выпрямителем без фильтра. Из курса электротехники известно, что среднее значение выпрямленного напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя равно 0.318 от амплитудного значения выпрямляемого переменного напряжения. Отсюда коэффициент пульсации выпрямленного напряжения равняется 314% (не стоит удивляться этому числу, поскольку оно вытекает из числа «пи»).
Для двухполупериодного и мостового выпрямителей коэффициент пульсации оказывается вдвое меньше — 157% (при том же размахе пульсирующего напряжения среднее значение выпрямленного электронапряжения вдвое больше). А для трехфазного выпрямителя он еще меньше, и составляет 60%. Но наилучший коэффициент пульсации — 14% у трехфазной схемы выпрямления Ларионова (с 6 полупроводниковыми диодами). Оттого она применяется в современных автомобилях для выпрямления вырабатываемого автомобильным генератором трехфазного напряжения.
Знание коэффициента пульсации необходимо для оценки возможности подключения определенной электрической нагрузки к источнику питания. Так, однополупериодный или мостовой выпрямители вполне пригодны для зарядки автомобильных аккумуляторов, где степень зарядки оценивается числом ампер-часов, т. е. только на основе постоянной составляющей зарядного электротока и времени зарядки.
К источникам питания усилителей низкой частоты предъявляются более строгие требования, и на выходе выпрямителей необходим сглаживающий фильтр, минимизирующий размах пульсирующего напряжения за счет своих инерционных свойств. Так, микрофонные усилители требуют источников питания с коэффициентом пульсации порядка 0.001–0.01%.
В генераторах постоянного электротока (динамо-машинах) пульсация генерируемого напряжения уменьшается за счет увеличения числа витков обмотки ротора и коллекторных пластин.
Импульсные электротоки
Импульсные электротоки — это разновидность пульсирующих электротоков. Признаком таких токов является наличие пауз между отдельными импульсами. Импульсные электротоки различаются по форме, длительности импульса и частоте их следования. Так, по форме импульсные электротоки могут быть прямоугольные, треугольные, трапецеидальные, пилообразные, экспоненциальные и тому подобное.
Мощность пульсирующего электротока
Мощность пульсирующего электротока вычисляется обычным способом, как произведение квадрата действующего значения электротока на сопротивление нагрузки (активной). При рассмотрении пульсирующего электротока как суммы постоянного и переменного, мощность равна сумме мощностей этих составляющих.
Как следует из вышеизложенного, если электроцепь требует питания только постоянным электротоком (например, для зарядки аккумуляторов), пульсации приводят к потере мощности и бесполезному нагреву элементов электроцепи. Коэффициент мощности нагрузки, питаемой пульсирующим электротоком, меньше единицы.
Применение пульсирующих и импульсных электротоков
Из истории известно применение импульсных электротоков для получения высокочастотных напряжений (методом ударного возбуждения) еще в 19 веке. Вырабатываемое электрическим зуммером прерывистое напряжение подавалось на колебательный контур, который вырабатывал затухающие высокочастотные колебания.
Импульсные электротоки используются для регулирования постоянного напряжения в импульсных регуляторах и широтно-импульсных регуляторах напряжения. При достаточно высокой рабочей частоте регуляторов (порядка десятков и сотен килогерц) они обладают высоким коэффициентом полезного действия, им свойственны небольшие размеры и малый вес. Принцип регулирования заключается в периодическом подключении источника постоянного электротока к нагрузке (через коммутирующий элемент) с последующим устранением переменной составляющей (фильтрацией).
Световой поток светодиодов невозможно регулировать путем изменения напряжения на них, поскольку характер изменения светового потока от напряжения (в отличие от ламп накаливания) резко нелинейный. При питании светодиодов от импульсного источника напряжения светодиод излучает свет короткими вспышками полной яркости, а при достаточной частоте вспышек глаз «усредняет» средний световой поток, что и приводит субъективно к его регулированию.
Пульсирующий или импульсный ток широко применяется в физиотерапии, где его эффективность выше, чем при терапии постоянным электротоком, поскольку нервы и мышечные волокна возбуждаются ритмически, что активирует кровообращение, обмен веществ и приводит к уменьшению болей.
Загрузка...
