AC-piiriteoria: mikä on vaihtovirta ja miten se syntyy

Johdanto

Sähköpiiri on täydellinen johtava polku, jonka läpi elektronit virtaavat lähteestä kuormaan ja takaisin lähteeseen. Elektronien virtaussuunta ja suuruus riippuvat kuitenkin lähteen tyypistä. In Electrical Engineering, on periaatteessa kahdenlaisia jännitteen tai virran (Sähköenergia) lähde, joka määrittää sellaista piiri ja ne ovat; Vaihtovirta (tai jännite) ja tasavirta.

Seuraavan parin virkaa, me keskitymme vaihtovirran ja kulkea aiheet vaihtelevat mitä vaihtovirta että AC aalto muotoja ja niin edelleen.

AC-piirit

Vaihtovirtapiirit, kuten nimestä (vaihtovirta) tarkoittavat, ovat yksinkertaisesti piirit, jotka saavat virtaa vaihtovirta, joko jännite tai virta. Vaihto- tai jännite, on sellainen, jossa arvo on joko jännite tai virta vaihtelemasta tietystä keskiarvon ja vaihtaa suuntaa ajoittain.

Suurin osa nykypäivän kotitalous- ja teollisuuslaitteista ja -järjestelmistä saa virtaa vaihtovirralla. Kaikki tasavirtapohjaiset kytketyt laitteet ja ladattavat paristopohjaiset laitteet toimivat teknisesti vaihtovirralla, koska ne kaikki käyttävät jonkinlaista vaihtovirtalähteestä saatavaa tasavirtaa joko akkujen lataamiseen tai järjestelmän virtalähteeseen. Täten vaihtovirta on muoto, jonka kautta teho syötetään verkkovirtaan.

Vaihtopiiri syntyi 1980-luvulla, kun Tesla päätti ratkaista Thomas Edisonin DC-generaattoreiden pitkän kantaman kyvyttömyyden. Hän etsi tapaa siirtää sähköä suurjännitteellä ja käyttää sitten muuntajia sen siirtämiseksi ylös tai alas, mikä saattaa olla tarpeen jakelulle, ja pystyi siten minimoimaan tehohäviöt suurella etäisyydellä, mikä oli suoran suoran pääongelma Nykyinen tuolloin.

Vaihtovirta VS-tasavirta (AC vs DC)

AC ja DC vaihtelevat monin tavoin sukupolvesta toiseen ja jakeluun, mutta yksinkertaisuuden vuoksi pidämme vertailun niiden ominaisuuksiin tässä viestissä.

Suurin ero vaihtovirran ja tasavirran välillä, mikä on myös syy niiden erilaisille ominaisuuksille, on sähköenergian virtaussuunta. Tasavirrassa elektronit virtaavat tasaisesti yhteen suuntaan tai eteenpäin, kun taas vaihtovirrassa elektronit vaihtelevat virtaussuuntaansa jaksoittain. Tämä johtaa myös jännitetason vaihteluun, kun se vaihtuu positiivisesta negatiiviseksi virran mukaisesti.

Alla on vertailukaavio, jossa korostetaan joitain eroja vaihtovirran ja tasavirran välillä. Muut erot korostuvat, kun tutkimme enemmän vaihtovirtapiirejä.

Vertailuperuste	AC	DC
Energian siirtokapasiteetti	Matkat pitkiä matkoja minimaalisella energianhäviöllä	Suuri määrä energiaa menetetään lähetettäessä pitkiä matkoja
Sukupolven perusteet	Magneetin kiertäminen johdinta pitkin.	Tasainen magneettisuus lankaa pitkin
Taajuus	Yleensä 50Hz tai 60Hz maasta riippuen	Taajuus on nolla
Suunta	Kääntää suuntaa säännöllisesti, kun virtaa piirin läpi	Se tasainen jatkuva virtaus yhteen suuntaan.
Nykyinen	Sen suuruus vaihtelee ajan myötä	Jatkuva suuruus
Lähde	Kaikenlaiset vaihtovirtageneraattorit ja verkkovirrat	Solut, paristot, muunnos vaihtovirrasta
Passiiviset parametrit	Impedanssi (RC, RLC jne.)	Vain vastus
Tehokerroin	Valehtelee välillä 0 ja 1	Aina 1
Aaltomuoto	Sinimuotoinen, puolisuunnikkaan, kolmion ja neliön muotoinen	Suora, joskus sykkivä.

Perusvirtalähde (yhden kelan vaihtovirtageneraattori)

Periaate noin AC sukupolvi on yksinkertainen. Jos magneettikenttää tai magneettia pyöritetään pitkin kiinteää käämisarjaa (lankoja) tai kelaa kiertämällä paikallaan olevan magneettikentän ympärillä, generoidaan vaihtovirta vaihtovirtageneraattorilla (laturi).

Yksinkertaisin vaihtovirtageneraattorin muoto koostuu lankasilmukasta, jota pyöritetään mekaanisesti akselin ympäri samalla kun se on sijoitettu magneetin pohjois- ja etelänavan väliin.

Harkitse alla olevaa kuvaa.

Kun ankkurikäämi pyörii pohjois- ja etelänavan magneettien luoman magneettikentän sisällä, kelan läpi kulkeva magneettivuo muuttuu ja varaukset pakotetaan siten langan läpi aiheuttaen tehokkaan jännitteen tai indusoidun jännitteen. Silmukan läpi kulkeva magneettivuo on seurausta silmukan kulmasta suhteessa magneettikentän suuntaan. Harkitse alla olevia kuvia;

Yllä esitetyistä kuvista voidaan päätellä, että tietty määrä magneettikentän viivoja leikataan ankkurin pyöriessä, "leikattujen viivojen" määrä määrittää jännitteen lähdön. Jokaisen muutoksen kiertokulmassa ja siitä johtuvassa ankkurin pyöreässä liikkeessä magneettilinjoja vastaan, myös 'leikattujen magneettisten viivojen' määrä muuttuu, joten myös lähtöjännite muuttuu. Esimerkiksi nollatasolla leikatut magneettikentän viivat ovat nollia, mikä tekee tuloksena olevan jännitteen nollaksi, mutta 90 astetta lähes kaikki magneettikentän viivat leikkautuvat, jolloin maksimijännite yhteen suuntaan syntyy yhteen suuntaan. Sama pätee 270 asteeseen vain, että se syntyy vastakkaiseen suuntaan. Siten jännitteessä tapahtuu seurausta, kun ankkuri pyörii magneettikentän sisällä, mikä johtaa sinimuotoisen aaltomuodon muodostumiseen. Tuloksena oleva indusoitu jännite on siten sinimuotoinen, ja kulmataajuus ω mitataan radiaaneina sekunnissa.

Indusoitu virta yllä olevassa asetuksessa antaa yhtälön:

I = V / R

Missä V = NABwsin (paino)

Missä N = nopeus

A = Pinta-ala

B = magneettikenttä

w = kulmataajuus.

Todelliset vaihtovirtageneraattorit ovat ilmeisesti tätä monimutkaisempia, mutta ne toimivat samojen sähkömagneettisen induktion periaatteiden ja lakien perusteella kuin edellä on kuvattu. Vaihtovirta syntyy myös käyttämällä tietyntyyppisiä muuntimia ja oskillaattoripiirejä, kuten inverttereissä.

Muuntajat

Induktioperiaatteet, joihin AC perustuu, eivät rajoitu vain sen tuottamiseen, vaan myös sen siirtoon ja jakeluun. Kuten AC: n laskemisen aikaan, yksi pääkysymyksistä oli se, että DC: tä ei voitu lähettää pitkällä etäisyydellä, joten yksi pääkysymyksistä, AC oli ratkaistava, jotta siitä tulisi elinkelpoinen, pystyi tuottaa turvallisesti korkeat jännitteet (KV) kuluttajille, jotka käyttävät jännitettä V-alueella, ei KV: tä. Tämä on yksi syy siihen, miksi muuntajaa kuvataan yhdeksi tärkeimmistä AC: n mahdollistajista ja on tärkeää puhua siitä.

Muuntajissa kaksi kelaa on kytketty siten, että kun toisessa käytetään vaihtovirtaa, se indusoi jännitteen toisessa. Muuntajat ovat laitteita, joita käytetään joko alentamaan tai nostamaan toisessa päässä (ensisijainen kela) käytettyä jännitettä tuottamaan pienempi tai suurempi jännite vastaavasti muuntajan toisessa päässä (toissijainen kela). Toissijaisen kelan indusoitu jännite on aina yhtä suuri kuin ensiöpuolella käytetty jännite kerrottuna toissijaisen kelan ja ensiökäämin kierrosten lukumäärän suhteella.

Muuntaja, joka on asteittainen tai ylöspäin suuntautuva muuntaja, riippuu siis toissijaisen kelan kierrosten lukumäärän suhteesta ensiökäämin johtimen kierrosten lukumäärään. Jos ensiökäämin kierrosta on enemmän kuin toissijaiseen, muuntaja laskee jännitettä alaspäin, mutta jos ensiökäämin kierrosta on vähemmän kuin toissijaiseen kelaan, muuntaja lisää ensiöpuolella käytettyä jännitettä.

Muuntajat ovat tehneet sähkön jakamisen pitkällä kantamalla erittäin mahdolliseksi, kustannustehokkaaksi ja käytännölliseksi. Häviöiden vähentämiseksi lähetyksen aikana sähkövirta siirretään voimalaitoksilta suurella jännitteellä ja matalalla virralla ja jaetaan sitten koteihin ja toimistoihin pienillä jännitteillä ja suurilla virroilla muuntajien avulla.

Joten pysähtymme tässä, jotta emme ylikuormita artikkelia liikaa tietoa. Tämän artikkelin toisessa osassa keskustelemme vaihtovirta-aaltomuodoista ja pääsemme joihinkin yhtälöihin ja laskelmiin. Pysy kanavalla.