Вопрос №9: «Что такое источник тока и чем он отличается от источника напряжения?»

Генератор тока

и
генератор напряжения
. В чём разница? Что такое Генератор тока и каковы области его применения.

***

По работе нужно было найти какое либо внятное описание того, что собой представляет генератор тока (стабилизатор тока, источник тока)

, его области применения и примеры расчёта. Ничего приемлемого найти не удалось.

Пришлось самому приступить к написанию статьи отвечающей на эти вопросы.

И ещё, пришлось заменить общепринятые обозначения «дельта» и «бесконечность» на слова. К сожалению, вместо них при попытке считать текст отображаются вопросительные знаки.

28.02.2012г.

***

Первое, что нам необходимо понять — это то в чём различия генератора тока и стабилизатора напряжения.

Что такое идеальный источник тока

Реальный источник тока представляет собой объект, в котором происходят сложные процессы. Чтобы упростить ситуацию, выгодно использовать идеальную абстракцию. Её особенность заключается в том, что она обладает только строго определёнными свойствами. Такой подход позволяет упростить проведение расчётов и при этом обеспечивает получение данных имеющих необходимую точность.

Идеальным может быть не только источник тока, но и напряжения. В первом случае рассматривается активный элемент, обеспечивающий нужную силу электротока между его клеммами. При этом принято считать ток абсолютно не зависящим от напряжения. Он может иметь любую, наперёд заданную форму. Идеальный ИТ обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением.

Идеальный источник напряжения обеспечивает на своих клеммах разность потенциалов, не зависящую от электротока, протекающего в цепи. У этого источника отсутствует внутреннее сопротивление. В реальности у любого источника ЭДС такое сопротивление есть и в этом заключается отличие реального источника ЭДС от идеального.

Зависимость между электронапряжением на зажимах ИТ и электротоком принято называть внешней характеристикой. Ее график для идеального ИН выражается прямой, параллельной оси токов. Внешняя характеристика идеального ИТ — это параллельная прямая с осью напряжений.

Важно отметить, что идеализированное отображение источников питания имеет существенные недостатки. В качестве примера можно рассмотреть следующую ситуацию. Представим себе цепь с идеальным источником тока, в которой присутствует только нагрузка.

Если повышать величину сопротивления, то выделяемая на резисторе мощность также будет увеличиваться. В рассматриваемой идеализированной ситуации таким образом можно получить бесконечную мощность. Но на практике это невозможно, поскольку мощность любого источника энергии — это величина конечная.

Следует различать неуправляемые (независимые) источники и управляемые (зависимые) источники. У неуправляемого идеального источника тока параметры не зависят от того, что происходит в электроцепи. Характеристики управляемого устройства представляют собой функцию от электротока или электронапряжения определённого участка схемы.

На практике управляемые источники тока — это устройства с четырьмя клеммами. На одну пару клемм подаётся управляющий ток или напряжение, а с других двух клемм снимают идеальные параметры, являющиеся функцией входной характеристики. Существует четыре типа подобных узлов:

• Источник напряжения, управление которого осуществляется напряжением. Такой источник сокращенно называется ИНУН. Это вариант (а). Входной сигнал поступает на клеммы, расположенные слева. Напряжение на клеммах справа — это функция управляющего напряжения.
• Источник напряжения, управление которого осуществляется током (ИНУТ). На схеме (б) видно, что на входные клеммы поступает управляющий ток, а справа снимается напряжение, являющееся функцией тока.
• Источник, управление которого осуществляется током, являющимся функцией от управляющего напряжения (ИТУН). Вариант (в).
• Источник, управление которого осуществляется током, являющимся функцией от управляющего тока (ИТУТ). Вариант (г).

Зависимые источники

Как следует из названия, зависимые источники производят величину напряжения или тока, которая зависит от некоторого другого напряжения или тока. Зависимые источники также называются контролируемыми источниками

. Зависимые источники могут быть далее разделены на следующие две категории —

• Зависимые источники напряжения
• Зависимые источники тока

Зависимые источники напряжения

Зависимый источник напряжения создает напряжение на своих двух клеммах. Величина этого напряжения зависит от некоторого другого напряжения или тока. Следовательно, зависимые источники напряжения могут быть далее классифицированы на следующие две категории —

• Зависимый от напряжения источник напряжения (VDVS)
• Зависимый от тока источник напряжения (CDVS)

Зависимые источники напряжения представлены знаками «+» и «-» внутри ромбовидной формы. Величина источника напряжения может быть представлена ​​вне формы ромба.

Зависимые источники тока

Зависимый источник тока производит ток. Величина этого тока зависит от некоторого другого напряжения или тока. Следовательно, зависимые источники тока могут быть далее классифицированы на следующие две категории —

• Зависимый от напряжения источник тока (VDCS)
• Зависимый от тока источник тока (CDCS)

Зависимые источники тока представлены стрелкой внутри ромба. Величина источника тока может быть представлена ​​вне формы ромба.

Мы можем наблюдать эти зависимые или контролируемые источники в эквивалентных моделях транзисторов.

Чем идеальный источник отличается от реального

Когда рассматривается идеальный источник тока, предполагается, что он обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому на его ток не оказывают влияние те параметры внешней электроцепи, от которых зависит напряжение на зажимах устройства. Реальный элемент питания ведёт себя по-другому: чем больший ток в нем, тем меньше разность потенциалов.

Это можно объяснить следующим образом. Ток представляет собой упорядоченное движение зарядов. Когда источник тока подсоединён к электрической цепи, то электроны перемещаются с одной клеммы на другую. Если ток в цепи сильный, электродвижущая сила хуже справляется с перемещением носителей внутри батареи. Это приводит к уменьшению разности потенциалов.

При подключении электроприборов к электросети они создают для неё нагрузку. Если она значительная, то происходит изменение напряжения и силы тока, с которыми оборудование работает.

Когда рассматривается идеальный источник, то сила тока остаётся не зависящей от напряжения. В большинстве случаев речь идёт о постоянной силе тока, хотя она может изменяться в соответствии с произвольной, заранее определённой функцией. Наличие постоянной характеристики позволяет упростить расчёт схемы.

В реальности идущий по цепи ток зависит от нагрузки. Если она уменьшится, то сила тока может резко возрасти. Этот эффект называется коротким замыканием. Чтобы избежать этого, используют предохранители. Если ток слишком высокий, то выделяется большое количество тепловой энергии. Это приводит к тому, что предохранитель плавится и цепь разрывается.

При внезапном увеличении силы тока может произойти авария, но чрезмерное его уменьшение также способно стать причиной нештатной ситуации. Например, может оказаться, что сила тока недостаточна для нормальной работы прибора.

Техника преобразования источника

Мы знаем, что существует два практических источника: источник напряжения и источник
тока
. Мы можем преобразовать (преобразовать) один источник в другой на основе требований, решая проблемы сети.

Техника преобразования одного источника в другой называется техникой преобразования источника

. Ниже приведены два возможных преобразования источника:

• Практический источник напряжения в практический источник тока
• Практический источник тока в практический источник напряжения

Практический источник напряжения в практический источник тока

Преобразование практического источника напряжения в практический источник тока показано на следующем рисунке.

Практический источник напряжения

состоит из источника напряжения (V S ), включенного последовательно с резистором (R S ). Это может быть преобразовано в практический источник тока, как показано на рисунке. Он состоит из источника тока (I S ) параллельно с резистором (R S ).

Значение IS будет равно отношению V S и R S. Математически это можно представить как

$$ I_S = \ frac {V_S} {R_S} $$

Практический источник тока в практический источник напряжения

Преобразование практического источника тока в практический источник напряжения показано на следующем рисунке.

Практический источник тока состоит из источника тока (I S ) параллельно с резистором (R S ). Это может быть преобразовано в практический источник напряжения, как показано на рисунке. Он состоит из источника напряжения (V S ), включенного последовательно с резистором (R S ).

Значение V S будет равно произведению I S и R S. Математически это можно представить как

$$ V_S = I_S R_S $$

Как используются идеальные источники

Идеальные схемы иногда используются, когда требуется провести точный расчет реальных электрических приборов. В таких ситуациях замещение производится по строго определённым правилам. Их важно соблюдать, чтобы полученный результат обладал требуемой точностью. Такая замена допустима не во всех случаях, а для очень ограниченного диапазона электротоков и электронапряжений.

Например, управляемые источники нашли применение при построении замещающих схем таких полупроводниковых устройств, как транзисторы. В частности ИТУН можно увидеть в схеме замещения полевого транзистора.

Невозможно построить идеальный ИТ с бесконечно большим внутренним сопротивлением. Но на практике могут применяться устройства, созданные на транзисторах. Их внутреннее сопротивление достигает довольно больших величин. С использованием подобных источников тока строятся схемы дифференциальных и операционных усилителей, цифро-аналоговых преобразователей.

Отрывок, характеризующий Источник тока

Через несколько минут князь Андрей позвонил, и Наташа вошла к нему; а Соня, испытывая редко испытанное ею волнение и умиление, осталась у окна, обдумывая всю необычайность случившегося. В этот день был случай отправить письма в армию, и графиня писала письмо сыну. – Соня, – сказала графиня, поднимая голову от письма, когда племянница проходила мимо нее. – Соня, ты не напишешь Николеньке? – сказала графиня тихим, дрогнувшим голосом, и во взгляде ее усталых, смотревших через очки глаз Соня прочла все, что разумела графиня этими словами. В этом взгляде выражались и мольба, и страх отказа, и стыд за то, что надо было просить, и готовность на непримиримую ненависть в случае отказа. Соня подошла к графине и, став на колени, поцеловала ее руку. – Я напишу, maman, – сказала она. Соня была размягчена, взволнована и умилена всем тем, что происходило в этот день, в особенности тем таинственным совершением гаданья, которое она сейчас видела. Теперь, когда она знала, что по случаю возобновления отношений Наташи с князем Андреем Николай не мог жениться на княжне Марье, она с радостью почувствовала возвращение того настроения самопожертвования, в котором она любила и привыкла жить. И со слезами на глазах и с радостью сознания совершения великодушного поступка она, несколько раз прерываясь от слез, которые отуманивали ее бархатные черные глаза, написала то трогательное письмо, получение которого так поразило Николая. На гауптвахте, куда был отведен Пьер, офицер и солдаты, взявшие его, обращались с ним враждебно, но вместе с тем и уважительно. Еще чувствовалось в их отношении к нему и сомнение о том, кто он такой (не очень ли важный человек), и враждебность вследствие еще свежей их личной борьбы с ним. Но когда, в утро другого дня, пришла смена, то Пьер почувствовал, что для нового караула – для офицеров и солдат – он уже не имел того смысла, который имел для тех, которые его взяли. И действительно, в этом большом, толстом человеке в мужицком кафтане караульные другого дня уже не видели того живого человека, который так отчаянно дрался с мародером и с конвойными солдатами и сказал торжественную фразу о спасении ребенка, а видели только семнадцатого из содержащихся зачем то, по приказанию высшего начальства, взятых русских. Ежели и было что нибудь особенное в Пьере, то только его неробкий, сосредоточенно задумчивый вид и французский язык, на котором он, удивительно для французов, хорошо изъяснялся. Несмотря на то, в тот же день Пьера соединили с другими взятыми подозрительными, так как отдельная комната, которую он занимал, понадобилась офицеру. Все русские, содержавшиеся с Пьером, были люди самого низкого звания. И все они, узнав в Пьере барина, чуждались его, тем более что он говорил по французски. Пьер с грустью слышал над собою насмешки. На другой день вечером Пьер узнал, что все эти содержащиеся (и, вероятно, он в том же числе) должны были быть судимы за поджигательство. На третий день Пьера водили с другими в какой то дом, где сидели французский генерал с белыми усами, два полковника и другие французы с шарфами на руках. Пьеру, наравне с другими, делали с той, мнимо превышающею человеческие слабости, точностью и определительностью, с которой обыкновенно обращаются с подсудимыми, вопросы о том, кто он? где он был? с какою целью? и т. п. Вопросы эти, оставляя в стороне сущность жизненного дела и исключая возможность раскрытия этой сущности, как и все вопросы, делаемые на судах, имели целью только подставление того желобка, по которому судящие желали, чтобы потекли ответы подсудимого и привели его к желаемой цели, то есть к обвинению. Как только он начинал говорить что нибудь такое, что не удовлетворяло цели обвинения, так принимали желобок, и вода могла течь куда ей угодно. Кроме того, Пьер испытал то же, что во всех судах испытывает подсудимый: недоумение, для чего делали ему все эти вопросы. Ему чувствовалось, что только из снисходительности или как бы из учтивости употреблялась эта уловка подставляемого желобка. Он знал, что находился во власти этих людей, что только власть привела его сюда, что только власть давала им право требовать ответы на вопросы, что единственная цель этого собрания состояла в том, чтоб обвинить его. И поэтому, так как была власть и было желание обвинить, то не нужно было и уловки вопросов и суда. Очевидно было, что все ответы должны были привести к виновности. На вопрос, что он делал, когда его взяли, Пьер отвечал с некоторою трагичностью, что он нес к родителям ребенка, qu’il avait sauve des flammes [которого он спас из пламени]. – Для чего он дрался с мародером? Пьер отвечал, что он защищал женщину, что защита оскорбляемой женщины есть обязанность каждого человека, что… Его остановили: это не шло к делу. Для чего он был на дворе загоревшегося дома, на котором его видели свидетели? Он отвечал, что шел посмотреть, что делалось в Москве. Его опять остановили: у него не спрашивали, куда он шел, а для чего он находился подле пожара? Кто он? повторили ему первый вопрос, на который он сказал, что не хочет отвечать. Опять он отвечал, что не может сказать этого. – Запишите, это нехорошо. Очень нехорошо, – строго сказал ему генерал с белыми усами и красным, румяным лицом. На четвертый день пожары начались на Зубовском валу. Пьера с тринадцатью другими отвели на Крымский Брод, в каретный сарай купеческого дома. Проходя по улицам, Пьер задыхался от дыма, который, казалось, стоял над всем городом. С разных сторон виднелись пожары. Пьер тогда еще не понимал значения сожженной Москвы и с ужасом смотрел на эти пожары. В каретном сарае одного дома у Крымского Брода Пьер пробыл еще четыре дня и во время этих дней из разговора французских солдат узнал, что все содержащиеся здесь ожидали с каждым днем решения маршала. Какого маршала, Пьер не мог узнать от солдат. Для солдата, очевидно, маршал представлялся высшим и несколько таинственным звеном власти. Эти первые дни, до 8 го сентября, – дня, в который пленных повели на вторичный допрос, были самые тяжелые для Пьера. Х 8 го сентября в сарай к пленным вошел очень важный офицер, судя по почтительности, с которой с ним обращались караульные. Офицер этот, вероятно, штабный, с списком в руках, сделал перекличку всем русским, назвав Пьера: celui qui n’avoue pas son nom [тот, который не говорит своего имени]. И, равнодушно и лениво оглядев всех пленных, он приказал караульному офицеру прилично одеть и прибрать их, прежде чем вести к маршалу. Через час прибыла рота солдат, и Пьера с другими тринадцатью повели на Девичье поле. День был ясный, солнечный после дождя, и воздух был необыкновенно чист. Дым не стлался низом, как в тот день, когда Пьера вывели из гауптвахты Зубовского вала; дым поднимался столбами в чистом воздухе. Огня пожаров нигде не было видно, но со всех сторон поднимались столбы дыма, и вся Москва, все, что только мог видеть Пьер, было одно пожарище. Со всех сторон виднелись пустыри с печами и трубами и изредка обгорелые стены каменных домов. Пьер приглядывался к пожарищам и не узнавал знакомых кварталов города. Кое где виднелись уцелевшие церкви. Кремль, неразрушенный, белел издалека с своими башнями и Иваном Великим. Вблизи весело блестел купол Ново Девичьего монастыря, и особенно звонко слышался оттуда благовест. Благовест этот напомнил Пьеру, что было воскресенье и праздник рождества богородицы. Но казалось, некому было праздновать этот праздник: везде было разоренье пожарища, и из русского народа встречались только изредка оборванные, испуганные люди, которые прятались при виде французов.

Сравнение источников напряжения и тока

Большинство источников электроэнергии ( сеть, а аккумулятор) моделируются как источники напряжения. идеальный

источник напряжения не дает энергии, когда он нагружен разомкнутая цепь (т.е. бесконечное сопротивление), но приближается к бесконечным энергиям и токам, когда сопротивление нагрузки стремится к нулю (a короткое замыкание). Такое теоретическое устройство имело бы нулевой выходное сопротивление последовательно с источником. Реальный источник напряжения имеет очень низкий, но ненулевой внутреннее сопротивление и выходное сопротивление, часто намного меньше 1 Ом.

И наоборот, a Источник тока обеспечивает постоянный ток, пока нагрузка, подключенная к клеммам источника, имеет достаточно низкий импеданс. Идеальный источник тока не обеспечил бы энергию короткого замыкания и приблизился бы к бесконечным энергиям и напряжению как сопротивление нагрузки приближается к бесконечности (разрыв цепи). An идеальный

текущий источник имеет бесконечный выходное сопротивление параллельно с источником. А
реальный мир
источник тока имеет очень высокий, но конечный выходное сопротивление. В случае транзисторных источников тока полное сопротивление составляет несколько единиц. мегоммы (на низких частотах) типично.

Поскольку не существует идеальных источников любой из разновидностей (все реальные примеры имеют конечный и ненулевой импеданс источника), любой источник тока можно рассматривать как источник напряжения с одно и тоже

сопротивление источника наоборот. Источники напряжения и источники тока иногда называют двойники друг друга и любой неидеальный источник можно преобразовать из одного в другой, применив Теорема Нортона или же Теорема Тевенина.

Электроника как искусство: электрический ток

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток

Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее. На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток. Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.
Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме. Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника. Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.

Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: . Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток. Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный. Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.

Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.

Библиографический список

1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
3. Wiki и интернет ресурсы.