Teoria circuitului de curent alternativ: ce este curent alternativ și cum este generată

Introducere

Un circuit electric este o cale conductivă completă prin care electronii curg de la sursă la sarcină și înapoi la sursă. Direcția și amploarea fluxului de electroni depind totuși de tipul sursei. În Ingineria electrică, există practic două tipuri de surse de tensiune sau curent (energie electrică) care definesc tipul de circuit și sunt; Curent alternativ (sau tensiune) și curent continuu.

Pentru următoarele câteva postări, ne vom concentra asupra curentului alternativ și vom trece prin subiecte care variază de la ceea ce este curent alternativ la formele de undă alternativă etc.

Circuite de curent alternativ

Circuitele de curent alternativ, așa cum sugerează numele (curent alternativ), sunt pur și simplu circuite alimentate de o sursă alternativă, fie de tensiune, fie de curent. Un curent alternativ sau tensiune este unul în care valoarea tensiunii sau a curentului variază în funcție de o anumită valoare medie și inversează direcția periodic.

Cele mai multe aparate și sisteme de uz casnic și industriale din prezent sunt alimentate cu curent alternativ. Toate dispozitivele pe bază de curent continuu conectate la aparate și dispozitivele pe bază de baterii reîncărcabile funcționează tehnic pe curent alternativ deoarece toate utilizează o formă de curent continuu derivată din c.a. fie pentru încărcarea bateriilor, fie pentru alimentarea sistemului. Astfel, curentul alternativ este forma prin care se livrează energie la rețea.

Circuitul alternativ a luat ființă în anii 1980, când Tesla a decis să rezolve incapacitatea pe termen lung a generatoarelor de curent continuu ale lui Thomas Edison. El a căutat o modalitate de a transfera electricitatea la o tensiune înaltă și apoi a folosit utilizarea transformatoarelor pentru a o mări fie în sus, fie în jos, după cum ar putea fi necesar pentru distribuție și a fost astfel capabil să minimizeze pierderile de energie pe o distanță mare, care a fost principala problemă a Direct Curent la acea vreme.

Curent alternativ VS curent continuu (AC vs DC)

AC și DC diferă în mai multe moduri de la generație la transmisie și distribuție, dar din simplitate, vom păstra comparația cu caracteristicile lor pentru acest post.

Diferența majoră dintre curent alternativ și curent continuu, care este, de asemenea, cauza diferitelor caracteristici ale acestora, este direcția de curgere a energiei electrice. În curent continuu, electronii curg constant într-o singură direcție sau înainte, în timp ce în curent alternativ, electronii alternează direcția de curgere în intervale periodice. Acest lucru duce, de asemenea, la alternarea nivelului de tensiune, deoarece trece de la pozitiv la negativ în conformitate cu curentul.

Mai jos este o diagramă de comparație pentru a evidenția unele dintre diferențele dintre AC și DC. Alte diferențe vor fi evidențiate pe măsură ce vom explora mai mult circuitele de curent alternativ.

Baza de comparație	AC	DC
Capacitatea de transmitere a energiei	Călătorește pe distanțe lungi cu pierderi minime de energie	Cantitatea mare de energie se pierde atunci când este trimisă pe distanțe mari
Bazele generației	Rotirea unui magnet de-a lungul unui fir.	Magnetism constant de-a lungul unui fir
Frecvență	De obicei 50Hz sau 60Hz în funcție de țară	Frecvența este zero
Direcţie	Inversează direcția periodic când curge printr-un circuit	Debit constant constant într-o singură direcție.
Actual	Magnitudinea sa variază în timp	Magnitudine constantă
Sursă	Toate formele de generatoare și rețele de curent alternativ	Celule, baterii, conversie de la AC
Parametrii pasivi	Impedanță (RC, RLC etc.)	Numai rezistență
Factor de putere	Se află între 0 și 1	Întotdeauna 1
Forma de undă	Sinusoidal, trapezoidal, triunghiular și pătrat	Linia dreaptă, uneori Pulsantă.

Sursă CA de bază (Generator de curent alternativ cu o singură bobină)

Principiul în jurul valorii de generare de curent alternativ este simplu. Dacă un câmp magnetic sau un magnet este rotit de-a lungul unui set staționar de bobine (fire) sau rotația unei bobine în jurul unui câmp magnetic staționar, se generează un curent alternativ utilizând un generator de curent alternativ (alternator).

Cea mai simplă formă de generator de curent alternativ constă dintr-o buclă de sârmă care este rotită mecanic în jurul unei axe în timp ce este poziționată între polii nord și sud ai unui magnet.

Luați în considerare imaginea de mai jos.

Pe măsură ce bobina armăturii se rotește în câmpul magnetic creat de magneții polului nord și sud, fluxul magnetic prin bobină se schimbă, iar sarcinile sunt astfel forțate prin fir, dând naștere unei tensiuni efective sau a unei tensiuni induse. Fluxul magnetic prin buclă este rezultatul unghiului buclei în raport cu direcția câmpului magnetic. Luați în considerare imaginile de mai jos;

Din imaginile prezentate mai sus, putem deduce că, un anumit număr de linii de câmp magnetic vor fi tăiate pe măsură ce armatura se rotește, cantitatea de "linii tăiate" determină tensiunea de ieșire. Cu fiecare schimbare a unghiului de rotație și a mișcării circulare rezultate a armăturii împotriva liniilor magnetice, se modifică și cantitatea de „linii magnetice tăiate”, prin urmare se modifică și tensiunea de ieșire. De exemplu, liniile câmpului magnetic tăiate la zero sunt zero, ceea ce face ca tensiunea rezultată să fie zero, dar la 90 de grade, aproape toate liniile câmpului magnetic sunt tăiate, astfel tensiunea maximă într-o direcție este generată într-o singură direcție. Același lucru se menține la 270 de grade numai că este generat în direcția opusă. Prin urmare, se produce o schimbare a tensiunii pe măsură ce armătura se rotește în câmpul magnetic, ducând la formarea unei forme de undă sinusoidale. Tensiunea indusă rezultată este astfel sinusoidală, cu o frecvență unghiulară ω măsurată în radiani pe secunde.

Curentul indus în configurația de mai sus este dat de ecuația:

I = V / R

Unde V = NABwsin (wt)

Unde N = Viteza

A = Zona

B = Câmp magnetic

w = Frecvența unghiulară.

Generatoarele de curent alternativ reale sunt evident mai complexe decât acestea, dar funcționează pe baza acelorași principii și legi ale inducției electromagnetice descrise mai sus. Curentul alternativ este, de asemenea, generat folosind anumite tipuri de traductoare și circuite oscilatoare, așa cum se găsește în invertoare.

Transformatoare

Principiile de inducție pe care se bazează AC nu se limitează doar la generarea sa, ci și la transmiterea și distribuția sa. Ca la momentul în care AC a intrat în calcul, una dintre problemele principale a fost faptul că DC nu putea fi transmis pe o distanță lungă, astfel una dintre problemele principale, AC trebuia rezolvată pentru a deveni viabilă, a fost posibilitatea pentru a livra în siguranță tensiunile ridicate (KV) generate consumatorilor care utilizează tensiuni în domeniul V și nu KV. Acesta este unul dintre motivele pentru care transformatorul este descris ca unul dintre principalii factori de curent alternativ și este important să vorbim despre el.

În transformatoare, două bobine sunt conectate în așa fel încât atunci când un curent alternativ este aplicat într-unul, acesta induce tensiune în celălalt. Transformatoarele sunt dispozitive care sunt utilizate fie pentru a descrește, fie pentru a crește tensiunea aplicată la un capăt (bobină primară) pentru a produce o tensiune mai mică sau mai mare respectiv la celălalt capăt (bobină secundară) a transformatorului. Tensiunea indusă în bobina secundară este întotdeauna egală cu tensiunea aplicată la primar înmulțită cu raportul dintre numărul de spire ale bobinei secundare la bobina primară.

Un transformator care este un transformator cu pas în jos sau cu un pas în sus depinde astfel de raportul dintre numărul de spire ale bobinei secundare și numărul de spire ale conductorului pe bobina primară. Dacă bobina primară are mai multe rotații în comparație cu cea secundară, transformatorul scade tensiunea, dar dacă bobina primară are un număr mai mic de rotații în comparație cu bobina secundară, transformatorul intensifică tensiunea aplicată la primar.

Transformatoarele au făcut ca distribuția energiei electrice pe distanțe lungi să fie foarte posibilă, rentabilă și practică. Pentru a reduce pierderile în timpul transmisiei, energia electrică este transmisă de la stațiile electrice la tensiune înaltă și curent redus și apoi este distribuită la case și birouri la tensiuni mici și curenți mari cu ajutorul transformatoarelor.

Deci ne vom opri aici pentru a nu suprasolicita articolul cu prea multe informații. În partea a doua a acestui articol, vom discuta despre formele de undă AC și vom intra în unele ecuații și calcule. Rămâneți aproape.