Plik obwody prądu przemiennego lub obwody prądu przemiennego składają się z kombinacji elementów rezystancyjnych, indukcyjnych i pojemnościowych, połączonych ze źródłem napięcia przemiennego, które jest zwykle sinusoidalne.
Poprzez przyłożenie napięcia na krótki czas ustala się zmienny prąd, zwany prądem przejściowym, który ustępuje sinusoidalnemu prądowi stojącemu.
Prąd sinusoidalny ma wartości, które zmieniają się naprzemiennie między dodatnimi i ujemnymi, zmieniając się w regularnych odstępach czasu, określonych wcześniej ustaloną częstotliwością. Kształt prądu wyraża się jako:
I (t) = Im sin (ωt - φ)
Gdzie jam to maksymalna amplituda prądu lub prądu, ω to częstotliwość, t to czas i φ różnica faz. Powszechnie używanymi jednostkami prądu są amper (A) i jego podwielokrotności, takie jak miliamper i mikroamper..
Ze swojej strony czas mierzy się w sekundach, dla częstotliwości są herce lub herce, w skrócie Hz, podczas gdy różnica faz to kąt, który jest zwykle mierzony w radianach, chociaż czasami jest również podawany w stopniach. Ani te, ani radiany nie są uważane za jednostki.
Często napięcie przemienne jest symbolizowane przez falę wewnątrz koła, aby odróżnić je od napięcia stałego, symbolizowanego przez dwie nierówne i równoległe linie.
Indeks artykułów
Istnieje wiele rodzajów obwodów prądu przemiennego, zaczynając od najprostszych obwodów pokazanych na poniższym rysunku. Od lewej do prawej masz:
-Obwód o rezystancji R
-Obwód z cewką L.
-Obwód z kondensatorem C.
W obwodzie z rezystorem R podłączonym do zmiennego źródła napięcia napięcie na rezystorze wynosi V.R = Vm sen ωt. Zgodnie z prawem Ohma, które obowiązuje również dla czysto rezystancyjnych obwodów prądu przemiennego:
VR = JaR∙ R.
Dlatego maksymalny prąd Im = Vm / R.
Prąd i napięcie są w fazie, co oznacza, że jednocześnie osiągają swoje wartości maksymalne, jak również 0.
W cewce L napięcie wynosi V.L = Vm sin ωt i jest powiązany z prądem w cewce za pomocą równania:
Integracja:
Według właściwości stosunków trygonometrycznych, I.L jest zapisany w terminach sin ωt jako:
jaL = Jam sin (ωt - ½ π)
Wówczas napięcie i prąd są poza fazą, przy czym ta ostatnia pozostaje w tyle ½ π = 90º w stosunku do napięcia (prąd zaczyna się wcześniej, przy t = 0 s punktem początkowym). Widać to na poniższym rysunku, który porównuje sinusoidę I.L a VL:
Reaktancję indukcyjną definiuje się jako XL = ωL, rośnie wraz z częstotliwością i ma wymiary rezystancji, więc analogicznie do prawa Ohma:
VL = JaL ∙ XL
W przypadku kondensatora C podłączonego do źródła prądu przemiennego prawdą jest, że:
Q = C ∙ Vdo = C ∙ Vm sen ωt
Prąd w kondensatorze jest określany przez przesunięcie ładunku w stosunku do czasu:
jado= ωC ∙ Vm cos ωt
Ale cos ωt = sin (ωt + ½ π), to:
jado = ωCVm sin (ωt + ½ π)
W tym przypadku prąd prowadzi do napięcia o ½ π, jak widać na wykresie.
Reaktancję pojemnościową można zapisać Xdo = 1 / ωC, maleje wraz z częstotliwością, a także ma jednostki rezystancji, czyli omy. W ten sposób prawo Ohma wygląda następująco:
Vdo = Xdo.jado
Michael Faraday (1791-1867) był pierwszym, który uzyskał prąd, który okresowo zmieniał swoje znaczenie, poprzez swoje eksperymenty indukcyjne, chociaż na początku używano tylko prądu stałego..
Pod koniec XIX wieku doszło do dobrze znanej wojny prądów między Thomasem A. Edisonem, obrońcą stosowania prądu stałego, a George'em Westinghouse'em, zwolennikiem prądu przemiennego. Ostatecznie wygrał on ze względu na oszczędność, wydajność i łatwość transmisji przy mniejszych stratach..
Z tego powodu do chwili obecnej prąd docierający do domów i przemysłu jest prądem przemiennym, chociaż wykorzystanie prądu stałego nigdy całkowicie nie zniknęło..
Prąd przemienny jest używany do prawie wszystkiego, aw wielu zastosowaniach ciągła zmiana kierunku prądu przemiennego nie ma znaczenia, na przykład żarówki, żelazko lub piec do gotowania, ponieważ ogrzewanie elementu rezystancyjnego nie zależy od kierunek ruchu ładunków.
Zamiast tego fakt, że prąd zmienia kierunek z określoną częstotliwością, jest podstawą silników elektrycznych i różnych bardziej specyficznych zastosowań, takich jak:
Obwody składające się ze źródła przemiennego podłączonego do rezystora i kondensatora szeregowo są znane jako obwody szeregowe RC i służą do eliminacji niepożądanych przesunięć fazowych w innym obwodzie lub do dodania do niego jakiegoś specjalnego efektu..
Służą również jako dzielniki napięcia i do strojenia stacji radiowych (patrz przykład 1 w następnej sekcji).
Obwody typu mostkowego zasilane prądem przemiennym mogą być używane do pomiaru pojemności lub indukcyjności, w taki sam sposób jak mostek Wheatstone'a, znany obwód prądu stałego, który może mierzyć wartość nieznanej rezystancji..
W poprzednich rozdziałach opisano najprostsze obwody prądu przemiennego, chociaż oczywiście opisane powyżej podstawowe elementy, a także inne nieco bardziej złożone, takie jak diody, wzmacniacze i tranzystory, aby wymienić tylko kilka, można łączyć w celu uzyskania różnych efektów. ..
Jeden z najczęstszych obwodów w AC to ten, który zawiera rezystancję R, cewkę lub cewkę indukcyjną L i kondensator lub kondensator C umieszczone szeregowo ze źródłem prądu przemiennego.
Obwody szeregowe RLC reagują w szczególny sposób na częstotliwość źródła przemiennego, z którego są zasilane. Dlatego jednym z najciekawszych zastosowań są obwody tunera radiowego..
Sygnał radiowy o częstotliwości ω generuje prąd o tej samej częstotliwości w obwodzie specjalnie zaprojektowanym jako odbiornik, a amplituda tego prądu jest maksymalna, jeśli odbiornik jest dostrojony do tej częstotliwości, poprzez efekt zwany rezonans.
Obwód odbiornika służy jako tuner, ponieważ został zaprojektowany w taki sposób, aby sygnały o niepożądanych częstotliwościach generowały bardzo małe prądy, które nie są wykrywane przez głośniki radia, a zatem nie są słyszalne. Zamiast tego przy częstotliwości rezonansowej amplituda prądu osiąga maksimum i wtedy sygnał jest wyraźnie słyszalny..
Częstotliwość rezonansowa występuje, gdy reaktancje indukcyjne i pojemnościowe obwodu wyrównują się:
XL = Xdo
1 / ωC = ωL
ωdwa = 1 / LC
Mówi się, że stacja radiowa z sygnałem częstotliwości ω jest „dostrojona”, a wartości L i C są wybierane dla tej konkretnej częstotliwości..
Równoległe obwody RLC mają również określone odpowiedzi w zależności od częstotliwości źródła, która zależy od reaktancji każdego z elementów, definiowanej jako stosunek napięcia do prądu..
W obwodzie szeregowym LRC z przykładu 1 w poprzedniej sekcji rezystancja wynosi 200 omów, indukcyjność wynosi 0,4 H, a kondensator 6 μF. Ze swojej strony zasilacz jest napięciem przemiennym o amplitudzie równej 30 V i częstotliwości 250 rad / s. Należy znaleźć:
a) Reaktancje każdego elementu
b) Wartość modułu impedancji obwodu.
c) Amplituda prądu
Odpowiednie reaktancje są obliczane ze wzorów:
Xdo = 1 / ωC = 1 / (250 rad / s x 6 x10-6 F) = 666,67 omów
XL = ωL = 250 rad / s x 0,4 H = 100 omów
A reaktancja rezystancji jest równa jej wartości w omach:
XR = R = 200 omów
Impedancja Z jest definiowana jako stosunek napięcia do prądu w obwodzie, szeregowo lub równolegle:
Z = Vm / JAm
Impedancja jest mierzona w omach, czyli tak samo jak rezystancja lub reaktancja, ale odnosi się do przeciwstawienia się przepływowi prądu indukcyjności i kondensatorów, biorąc pod uwagę, że oprócz szczególnych efektów, takich jak opóźnianie lub podwyższanie napięcia, ma również pewien opór wewnętrzny.
Można wykazać, że dla obwodu szeregowego RLC moduł impedancji jest określony wzorem:
Oceniając wartości podane w wyciągu otrzymujemy:
Z:
Z = Vm / JAm
Musi;
jam = Vm / Z = 30 V / 601 omów = 0,05 A..
Różnice między prądem przemiennym a stałym
Jeszcze bez komentarzy