Střídavý Proud (AC)
Střídavý proud popisuje tok náboje, který mění směr se periodicky. Výsledkem je, že úroveň napětí se také obrátí spolu s proudem. AC se používá k dodávce energie do domů, kancelářských budov atd.
generování AC
AC lze vyrobit pomocí zařízení nazývaného alternátor. Toto zařízení je speciální typ elektrického generátoru určený k výrobě střídavého proudu.
smyčka drátu se točí uvnitř magnetického pole, které indukuje proud podél drátu., Rotace drátu může pocházet z libovolného počtu prostředků: větrné turbíny, parní turbíny, tekoucí vody a tak dále. Protože se drát otáčí a pravidelně vstupuje do jiné magnetické polarity, napětí a proud se střídají na drátu., Zde je krátké animace ukazuje tento princip:
Generování AC může být ve srovnání s naší předchozí vodní analogie:
Pro generování AC v sadě vodovodní potrubí, jsme připojit mechanické kliky na píst, který se pohybuje voda v potrubí tam a zpět (naše „střídavý“ proud). Všimněte si, že sevřená část potrubí stále poskytuje odolnost vůči toku vody bez ohledu na směr toku.,
průběhy
AC mohou přijít v řadě forem, pokud se napětí a proud střídají. Pokud připojíme osciloskop k obvodu s AC a vykreslíme jeho napětí v průběhu času, můžeme vidět řadu různých průběhů. Nejběžnějším typem AC je sinusová vlna. AC ve většině domácností a kanceláří má oscilační napětí, které vytváří sinusovou vlnu.,
Další běžné formy AC patří náměstí vlna a trojúhelník vlna:
Čtvercové vlny jsou často používány v digitální a spínací elektroniku k testování jejich provoz.
Trojúhelník vlny se nacházejí ve zvukové syntézy a jsou užitečné pro testování lineární elektroniky jako zesilovače.
popisující sinusovou vlnu
často chceme matematicky popsat průběh AC. Pro tento příklad použijeme společnou sinusovou vlnu., Existují tři části sinusové vlny: amplituda, frekvence a fáze.
při Pohledu na jen napětí, můžeme popsat sinusovou vlnou jako matematické funkce:
V(t) je naše napětí jako funkce času, což znamená, že naše změny napětí jako čas změny. Rovnice vpravo od znaménka rovnosti popisuje, jak se napětí mění v průběhu času.
VP je amplituda. To popisuje maximální napětí, které naše sinus vlna může dosáhnout v obou směrech, což znamená, že naše napětí může být +VP voltů, -VP voltů, nebo někde mezi.,
sin() funkce ukazuje, že naše napětí bude ve formě pravidelného sinusového průběhu, který je hladký oscilace kolem 0V.
2π je konstanta, která převádí freqency z cyklů (v hz) na úhlové frequnecy (radiány za sekundu).
f popisuje frekvenci sinusové vlny. To je dáno ve formě hertzu nebo jednotek za sekundu. Frekvence říká, kolikrát se určitá forma vlny (v tomto případě jeden cyklus naší sinusové vlny – vzestup a pád) vyskytuje během jedné sekundy.
T je naše nezávislá proměnná: čas (měřeno v sekundách)., Jak se čas mění, náš průběh se liší.
φ popisuje fázi sinusové vlny. Fáze je měřítkem toho, jak posunutý průběh je s ohledem na čas. Často se uvádí jako číslo mezi 0 a 360 a měří se ve stupních. Vzhledem k periodické povaze sinusové vlny, pokud je vlnová forma posunuta o 360°, stává se opět stejným průběhem, jako by byla posunuta o 0°. Pro jednoduchost předpokládáme, že fáze je pro zbytek tohoto tutoriálu 0°.
můžeme se obrátit na naši důvěryhodnou zásuvku pro dobrý příklad toho, jak funguje průběh střídavého proudu., Ve Spojených Státech, energie pro naše domy je, AC se o 170V nula-špička (amplituda) a 60 hz (frekvence). Můžeme plug těchto čísel do vzorce, aby se rovnice (nezapomeňte, za předpokladu, že jsme naše fáze je 0):
můžeme použít náš šikovný grafickým kalkulátorem vytvořit graf rovnice. Pokud není k dispozici žádná grafická kalkulačka, můžeme použít bezplatný Online grafický program, jako je Desmos (Všimněte si, že pro zobrazení grafu budete muset použít “ y „namísto “ v“).,
Všimněte si, že, jak jsme předpokládali, růst napětí až do 170V a dolů -170V pravidelně. Kromě toho dochází každou sekundu k 60 cyklům sinusové vlny. Pokud bychom měli měřit napětí v našich zásuvkách pomocí osciloskopu, viděli bychom to (varování: nepokoušejte se měřit napětí ve výstupu pomocí osciloskopu! To pravděpodobně poškodí zařízení).
poznámka: možná jste slyšeli, že střídavé napětí v USA je 120V. to je také správné. Jak?, Když mluvíme o AC (protože napětí se neustále mění), je často snazší používat průměr nebo průměr. Abychom toho dosáhli, používáme metodu nazvanou “ kořenový průměr na druhou.“(RMS). Často je užitečné použít hodnotu RMS pro AC, pokud chcete vypočítat elektrickou energii. I když v našem příkladu jsme měli napětí v rozmezí od-170V do 170V, kořenový střední čtverec je 120V RMS.
aplikace
domácí a kancelářské prodejny jsou téměř vždy AC. Je to proto, že generování a transport AC na dlouhé vzdálenosti je relativně snadné., Při vysokém napětí (přes 110KV) se při přenosu elektrické energie ztrácí méně energie. Vyšší napětí znamená nižší proudy a nižší proudy znamenají méně tepla generovaného v elektrickém vedení kvůli odporu. AC lze snadno převést na a z vysokého napětí pomocí transformátorů.
AC je také schopen napájet elektromotory. Motory a generátory jsou přesně stejné zařízení, ale motory přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii (pokud se hřídel na motoru otáčí, na svorkách je generováno napětí!)., To je užitečné pro mnoho velkých spotřebičů, jako jsou myčky nádobí, chladničky atd., které běží na AC.