Teoria obwodu prądu przemiennego: czym jest prąd przemienny i jak jest generowany

Wprowadzenie

Obwód elektryczny to kompletna ścieżka przewodząca, przez którą elektrony przepływają od źródła do obciążenia iz powrotem do źródła. Kierunek i wielkość przepływu elektronów zależą jednak od rodzaju źródła. W elektrotechnice istnieją zasadniczo dwa rodzaje źródeł napięcia lub prądu (energii elektrycznej), które definiują rodzaj obwodu i są; Prąd przemienny (lub napięcie) i prąd stały.

Przez następne kilka stanowisk, będziemy się skupiać na prąd zmienny, a ruch przez tematy, począwszy od tego, co jest zmienny prąd do AC wave form i tak dalej.

Obwody prądu przemiennego

Obwody prądu przemiennego, jak sama nazwa wskazuje (prąd przemienny), to po prostu obwody zasilane ze źródła przemiennego, napięcie lub prąd. Przemiennego prądu lub napięcia, jest taka, w której wartość każdej z napięcia lub prądowy Róne o określoną wartość średnią i zmienia kierunek okresowo.

Większość współczesnych urządzeń i systemów domowych i przemysłowych jest zasilana prądem przemiennym. Wszystkie podłączone do prądu stałego urządzenia i urządzenia oparte na akumulatorach są technicznie zasilane prądem przemiennym, ponieważ wszystkie wykorzystują jakąś formę prądu stałego pochodzącego z prądu przemiennego do ładowania akumulatorów lub zasilania systemu. Zatem prąd przemienny jest formą, przez którą moc jest dostarczana do sieci.

Obwód przemienny powstał w latach 80-tych, kiedy Tesla zdecydował się rozwiązać problem dalekiego zasięgu generatorów prądu stałego Thomasa Edisona. Szukał sposobu na przesyłanie energii elektrycznej przy wysokim napięciu, a następnie wykorzystał transformatory do podwyższenia lub obniżenia jej poziomu, co może być potrzebne do dystrybucji, i tym samym był w stanie zminimalizować straty mocy na dużej odległości, co było głównym problemem Direct Obecny w tym czasie.

Prąd przemienny VS Prąd stały (AC vs DC)

AC i DC różnią się na kilka sposobów od generacji do transmisji i dystrybucji, ale dla uproszczenia zachowamy porównanie z ich charakterystyką dla tego postu.

Główną różnicą między prądem przemiennym i stałym, która jest również przyczyną ich odmiennych charakterystyk, jest kierunek przepływu energii elektrycznej. W przypadku prądu stałego elektrony płyną równomiernie w jednym kierunku lub do przodu, podczas gdy w przypadku prądu przemiennego elektrony zmieniają kierunek przepływu w okresowych odstępach czasu. Prowadzi to również do zmiany poziomu napięcia, gdy zmienia się on z dodatniego na ujemny zgodnie z prądem.

Poniżej znajduje się tabela porównawcza, aby podkreślić niektóre różnice między AC a DC. Inne różnice zostaną podkreślone, gdy będziemy bardziej zagłębiać się w badanie obwodów prądu przemiennego.

Podstawa porównania	AC	DC
Zdolność przesyłu energii	Podróżuje na duże odległości przy minimalnych stratach energii	Przesyłanie na duże odległości powoduje utratę dużej ilości energii
Podstawy generacji	Obracanie magnesu wzdłuż drutu.	Stały magnetyzm wzdłuż drutu
Częstotliwość	Zwykle 50 Hz lub 60 Hz w zależności od kraju	Częstotliwość wynosi zero
Kierunek	Okresowo zmienia kierunek podczas przepływu przez obwód	Zapewnia stały przepływ w jednym kierunku.
obecny	Jego wielkość zmienia się w czasie	Stała wielkość
Źródło	Wszystkie formy generatorów prądu przemiennego i sieci	Ogniwa, baterie, konwersja z AC
Parametry pasywne	Impedancja (RC, RLC itp.)	Tylko odporność
Współczynnik mocy	Leży między 0 a 1	Zawsze 1
Waveform	Sinusoidalny, trapezowy, trójkątny i kwadratowy	Linia prosta, czasami pulsująca.

Podstawowe źródło prądu przemiennego (generator prądu przemiennego z jedną cewką)

Zasada całego pokolenia AC jest prosta. Jeżeli pole magnetyczne lub magnes obraca się wzdłuż nieruchomego zestawu cewek (przewodów) lub cewki obraca się wokół stacjonarnego pola magnetycznego, prąd przemienny jest generowany za pomocą generatora prądu przemiennego (alternatora).

Najprostsza forma generatora prądu przemiennego składa się z pętli drutu, który jest mechanicznie obracany wokół osi, gdy jest umieszczony między biegunem północnym i południowym magnesu.

Rozważ obraz poniżej.

Gdy cewka twornika obraca się w polu magnetycznym wytwarzanym przez magnesy biegunów północnych i południowych, strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę zmienia się, a ładunki są przepychane przez drut, powodując powstanie napięcia efektywnego lub indukowanego. Strumień magnetyczny przez pętlę jest wynikiem kąta pętli względem kierunku pola magnetycznego. Rozważ poniższe obrazy;

Z przedstawionych powyżej zdjęć możemy wywnioskować, że pewna liczba linii pola magnetycznego zostanie odcięta podczas obracania się twornika, a ilość `` przeciętych linii '' określa napięcie wyjściowe. Z każdą zmianą kąta obrotu i wynikającym z tego ruchem okrężnym twornika względem linii magnetycznych, zmienia się również ilość „przeciętych linii magnetycznych”, a zatem zmienia się również napięcie wyjściowe. Na przykład linie pola magnetycznego przecięte przy zerowym stopniu są równe zero, co powoduje, że wypadkowe napięcie wynosi zero, ale przy 90 stopniach prawie wszystkie linie pola magnetycznego są przecięte, a zatem maksymalne napięcie w jednym kierunku jest generowane w jednym kierunku. To samo dotyczy 270 stopni, tylko że jest generowany w przeciwnym kierunku. W wyniku tego następuje zmiana napięcia, gdy zwora obraca się w polu magnetycznym, co prowadzi do powstania przebiegu sinusoidalnego. Wynikowe indukowane napięcie jest zatem sinusoidalne, a częstotliwość kątowa ω jest mierzona w radianach na sekundę.

Prąd indukowany w powyższej konfiguracji jest określony przez równanie:

I = V / R

Gdzie V = NABwsin (wt)

Gdzie N = prędkość

A = powierzchnia

B = pole magnetyczne

w = częstotliwość kątowa.

Prawdziwe generatory prądu przemiennego są oczywiście bardziej złożone, ale działają w oparciu o te same zasady i prawa indukcji elektromagnetycznej, co opisano powyżej. Prąd przemienny jest również generowany za pomocą pewnego rodzaju przetworników i obwodów oscylatorów, takich jak falowniki.

Transformers

Zasady indukcji, na których opiera się prąd przemienny, nie ograniczają się tylko do jego wytwarzania, ale także do jego przesyłania i dystrybucji. Podobnie jak w czasie, gdy AC przyszedł do rozliczenia, jednym z głównych problemów był fakt, że DC nie mógł być przesyłany na duże odległości, a więc jednym z głównych problemów, aby AC było opłacalne, było to, że aby bezpiecznie dostarczać wysokie napięcia (KVs) generowane konsumentom, którzy używają napięcia z zakresu V, a nie KV. Jest to jeden z powodów, dla których transformator jest opisywany jako jeden z głównych czynników umożliwiających AC i ważne jest, aby o tym porozmawiać.

W transformatorach dwie cewki są okablowane w taki sposób, że gdy prąd przemienny jest przyłożony do jednej, indukuje napięcie w drugiej. Transformatory to urządzenia, które służą do obniżania lub podwyższania napięcia przyłożonego na jednym końcu (cewka pierwotna) w celu wytworzenia odpowiednio niższego lub wyższego napięcia na drugim końcu (cewka wtórna) transformatora. Napięcie indukowane w cewce wtórnej jest zawsze równe napięciu przyłożonemu do pierwotnego, pomnożonemu przez stosunek liczby zwojów cewki wtórnej do cewki pierwotnej.

Transformator będący transformatorem obniżającym lub podwyższającym jest zatem zależny od stosunku liczby zwojów cewki wtórnej do liczby zwojów przewodnika w cewce pierwotnej. Jeśli na cewce pierwotnej jest więcej zwojów w porównaniu z cewką wtórną, transformator obniża napięcie, ale jeśli cewka pierwotna ma mniejszą liczbę zwojów w porównaniu z cewką wtórną, transformator zwiększa napięcie przyłożone do uzwojenia pierwotnego.

Transformatory sprawiły, że dystrybucja energii elektrycznej na duże odległości jest bardzo możliwa, opłacalna i praktyczna. Aby zmniejszyć straty podczas przesyłu, energia elektryczna jest przesyłana z elektrowni o wysokim napięciu i niskim prądzie, a następnie jest dystrybuowana do domów i biur przy niskim napięciu i wysokim natężeniu prądu za pomocą transformatorów.

Więc zatrzymamy się tutaj, aby nie przeładować artykułu zbyt dużą ilością informacji. W drugiej części tego artykułu omówimy przebiegi prądu przemiennego i przejdziemy do kilku równań i obliczeń. Bądźcie czujni.