AC kredsløbsteori: hvad er AC, og hvordan det genereres

Introduktion

Et elektrisk kredsløb er en komplet ledende sti, gennem hvilken elektroner strømmer fra kilden til belastningen og tilbage til kilden. Elektronernes retning og størrelse afhænger dog af kildetypen. I elektroteknik er der grundlæggende to typer spænding eller strømkilde (elektrisk energi), der definerer typen af kredsløb, og de er; Vekselstrøm (eller spænding) og jævnstrøm.

I de næste par indlæg vil vi fokusere på vekselstrømmen og bevæge os gennem emner, der spænder fra hvad der er vekselstrøm til vekselstrømsbølgeformer og så videre.

AC-kredsløb

AC-kredsløb, som navnet (vekselstrøm) antyder, er simpelthen kredsløb, der drives af en vekselstrømskilde, enten spænding eller strøm. En vekselstrøm eller spænding er en, hvor værdien af enten spændingen eller strømmen varierer omkring en bestemt middelværdi og vender retningen med jævne mellemrum.

De fleste nuværende husholdnings- og industriapparater og -systemer får strøm ved hjælp af vekselstrøm. Alle jævnstrømsbaserede tilsluttede apparater og genopladelige batteribaserede enheder kører teknisk på vekselstrøm, da de alle bruger en eller anden form for jævnstrøm, der stammer fra vekselstrøm til enten opladning af deres batterier eller strømforsyning til systemet. Vekselstrøm er således den form, via hvilken strøm leveres til lysnettet.

Det vekslende kredsløb blev til i 1980'erne, da Tesla besluttede at løse Thomas Edisons DC-generatorers manglende evne til lang rækkevidde. Han søgte en måde at overføre elektricitet ved en høj spænding og derefter anvende brugen af transformere til at træde den op eller ned, alt efter behov for distribution, og var således i stand til at minimere strømtab over en stor afstand, hvilket var hovedproblemet med Direct Aktuel på det tidspunkt.

Vekselstrøm VS jævnstrøm (AC vs DC)

AC og DC adskiller sig på flere måder fra generation til transmission og distribution, men for enkelheds skyld beholder vi sammenligningen med deres egenskaber til dette indlæg.

Den største forskel mellem vekselstrøm og jævnstrøm, som også er årsagen til deres forskellige karakteristika, er strømningsretningen for elektrisk energi. I DC strømmer elektroner jævnt i en enkelt retning eller fremad, mens i AC veksler elektroner deres strømningsretning i periodiske intervaller. Dette fører også til veksling i spændingsniveauet, da det skifter fra positivt til negativt i tråd med strømmen.

Nedenfor er et sammenligningstabel for at fremhæve noget af forskellen mellem AC og DC. Andre forskelle vil blive fremhævet, når vi går mere i at udforske vekselstrømskredsløb.

Sammenligningsgrundlag	AC	DC
Energitransmissionskapacitet	Rejser over lang afstand med minimalt energitab	Stor mængde energi går tabt, når den sendes over lange afstande
Generation Basics	Drejning af en magnet langs en ledning.	Stabil magnetisme langs en ledning
Frekvens	Normalt 50Hz eller 60Hz afhængigt af land	Frekvensen er nul
Retning	Vender retningen med jævne mellemrum, når den strømmer gennem et kredsløb	Det konstant konstant flow i en retning.
Nuværende	Dens størrelse varierer med tiden	Konstant størrelse
Kilde	Alle former for vekselstrømsgeneratorer og strømforsyninger	Celler, batterier, konvertering fra vekselstrøm
Passive parametre	Impedans (RC, RLC osv.)	Kun modstand
Magtfaktor	Ligger mellem 0 og 1	Altid 1
Bølgeform	Sinusformet, trapesformet, trekantet og firkantet	Lige linje, undertiden pulserende.

Grundlæggende vekselstrømskilde (Single Coil AC Generator)

Det princip omkring AC generation er enkel. Hvis et magnetfelt eller en magnet roteres langs et stationært sæt spoler (ledninger) eller en spoles rotation omkring et stationært magnetfelt, genereres en vekselstrøm ved hjælp af en vekselstrømsgenerator (generator).

Den enkleste form for vekselstrømsgenerator består af en trådsløjfe, der roteres mekanisk omkring en akse, mens den er placeret mellem nord- og sydpolen af en magnet.

Overvej billedet nedenfor.

Når ankerspolen roterer inden for magnetfeltet skabt af nord- og sydpolsmagneterne, ændres den magnetiske flux gennem spolen, og ladninger tvinges således gennem ledningen, hvilket giver anledning til en effektiv spænding eller induceret spænding. Den magnetiske strømning gennem sløjfen er som et resultat af sløjfens vinkel i forhold til magnetfeltets retning. Overvej billederne nedenfor;

Fra billederne vist ovenfor kan vi udlede, at et bestemt antal magnetfeltlinjer vil blive skåret, når ankeret roterer, mængden af 'linjeskæring' bestemmer spændingsoutputtet. Med hver ændring i rotationsvinklen og den resulterende cirkulære bevægelse af ankeret mod de magnetiske linjer, ændres også mængden af 'magnetiske linier skåret', hvorfor udgangsspændingen også ændres. For eksempel er magnetfeltlinierne skåret i nul grad nul, hvilket gør den resulterende spænding nul, men ved 90 grader skæres næsten alle magnetfeltlinjerne, således genereres maksimal spænding i en retning i en retning. Det samme gælder kun 270 grader, at det genereres i den modsatte retning. Der er således en resulterende ændring i spændingen, når ankeret roterer inden i magnetfeltet, hvilket fører til dannelsen af en sinusformet bølgeform. Den resulterende inducerede spænding er således sinusformet med en vinkelfrekvens ω målt i radianer pr. Sekund.

Den inducerede strøm i opsætningen ovenfor giver ved ligningen:

I = V / R

Hvor V = NABwsin (wt)

Hvor N = Hastighed

A = Areal

B = Magnetfelt

w = Vinkelfrekvens.

Ægte vekselstrømsgeneratorer er naturligvis mere komplekse end dette, men de arbejder ud fra de samme principper og love for elektromagnetisk induktion som beskrevet ovenfor. Vekselstrøm genereres også ved hjælp af visse transducere og oscillatorkredsløb, som de findes i omformere.

Transformere

Induktionsprincipperne, som vekselstrøm er baseret på, er ikke begrænset til kun dens produktion, men også i transmission og distribution. Som på det tidspunkt, hvor AC kom til opgørelse, var et af hovedproblemerne det faktum, at DC ikke kunne overføres over en lang afstand, og et af hovedproblemerne, AC måtte løses for at blive levedygtigt, var at kunne til sikkert at levere de høje spændinger (KV'er), der genereres til forbrugere, der bruger en spænding i V-området og ikke KV. Dette er en af grundene til, at transformeren beskrives som en af de største aktivatorer af AC, og det er vigtigt at tale om det.

I transformere er to spoler kablet på en sådan måde, at når en vekselstrøm påføres i den ene, inducerer den spænding i den anden. Transformere er enheder, der bruges til enten at trække ned eller øge spændingen, der påføres i den ene ende (Primær spole) for at producere henholdsvis en lavere eller højere spænding i den anden ende (Sekundær spole) af transformeren. Den inducerede spænding i den sekundære spole er altid lig med den spænding, der påføres ved den primære ganget med forholdet mellem antallet af omdrejninger på den sekundære spole og den primære spole.

En transformer, der er et trin ned eller trin op-transformer, er således afhængig af forholdet mellem antallet af omdrejninger på den sekundære spole og antallet af omdrejninger af lederen på den primære spole. Hvis der er flere drejninger på den primære spole i forhold til den sekundære, træder transformeren spændingen ned, men hvis den primære spole har færre antal omdrejninger sammenlignet med den sekundære spole, trapper transformeren op den spænding, der påføres ved den primære.

Transformers har gjort distributionen af elektrisk kraft over lang rækkevidde meget mulig, omkostningseffektiv og praktisk. For at reducere tab under transmission transmitteres elektrisk kraft fra generatorstationer ved høj spænding og lav strøm og distribueres derefter til hjem og kontorer ved lave spændinger og høje strømme ved hjælp af transformere.

Så vi stopper her for ikke at overbelaste artiklen med for meget information. I del to af denne artikel vil vi diskutere vekselstrømsbølgeformer og komme ind på nogle ligninger og beregninger. Bliv hængende.