vekselstrøm (AC)
vekselstrøm beskriver strømmen af ladning, der ændrer retning periodisk. Som følge heraf vender spændingsniveauet også sammen med strømmen. AC bruges til at levere strøm til huse, kontorbygninger mv.
generering af AC
AC kan produceres ved hjælp af en enhed kaldet en generator. Denne enhed er en speciel type elektrisk generator designet til at producere vekselstrøm.
en trådsløjfe spindes inde i et magnetfelt, hvilket inducerer en strøm langs ledningen., Rotationen af ledningen kan komme fra et hvilket som helst antal midler: en vindmølle, en dampturbine, rindende vand og så videre. Fordi ledningen spinder og går ind i en anden magnetisk polaritet med jævne mellemrum, skifter spændingen og strømmen på ledningen., Her er en kort animation, der viser dette princip:
Generering AC kan være i forhold til vores tidligere vand analogi:
for At generere AC i et sæt af vandrør, vi tilslut en mekanisk håndsving, til et stempel, der bevæger sig i vand i rørene frem og tilbage (vores “vekselstrøm”). Bemærk, at den klemte del af røret stadig giver modstand mod strømmen af vand uanset strømningsretningen.,
bølgeformer
AC kan komme i en række former, så længe spændingen og strømmen veksler. Hvis vi tilslut dig et oscilloskop til et kredsløb med AC og plot dens spænding over tid, vi kan se et antal forskellige bølgeformer. Den mest almindelige type AC er sinusbølgen. AC i de fleste hjem og kontorer har en oscillerende spænding, der producerer en sinusbølge.,
Andre almindelige former for AC omfatter square wave og trekant-bølge:
Square bølger, der ofte bruges i digital og skift elektronik-til at teste deres drift.
Trekantbølger findes i lydsyntese og er nyttige til test af lineær elektronik som forstærkere.
beskriver en sinusbølge
Vi vil ofte beskrive en AC-bølgeform i matematiske termer. I dette eksempel bruger vi den fælles sinusbølge., Der er tre dele til en sinusbølge: amplitude, frekvens og fase.
Kigger på lidt spænding, at vi kan beskrive en sinus-bølge, som den matematiske funktion:
V(t) er vores spænding som funktion af tiden, hvilket betyder, at vores spænding ændringer, som tiden ændringer. Ligningen til højre for lighedstegnet beskriver, hvordan spændingen ændrer sig over tid.
VP er amplituden. Dette beskriver den maksimale spænding, som vores sinusbølge kan nå i begge retninger, hvilket betyder, at vores spænding kan være + VP volt, – VP volt eller et sted imellem.,
sin() funktion viser, at vores spændingen vil være i form af en periodisk sinusbølge, der er en jævn svingning omkring 0V.
2π er en konstant, der konverterer freqency fra cykler (i hertz) at kantede frequnecy (radianer per sekund).
f beskriver frekvensen af sinusbølgen. Dette gives i form af Hert.eller enheder pr. Frekvensen fortæller, hvor mange gange en bestemt bølgeform (i dette tilfælde forekommer en cyklus af vores sinusbølge – en stigning og et fald) inden for et sekund.
t er vores uafhængige variabel: tid (målt i sekunder)., Som tiden varierer, varierer vores bølgeform.
φ beskriver fasen af sinusbølgen. Fase er et mål for, hvordan skiftet bølgeformen er med hensyn til tid. Det er ofte givet som et tal mellem 0 og 360 og målt i grader. På grund af sinusbølgens periodiske karakter, hvis bølgeformen forskydes 360., bliver den samme bølgeform igen, som om den blev forskudt med 0.. For enkelhed antager vi, at fase er 0.for resten af denne tutorial.
Vi kan henvende os til vores pålidelige afsætningsmulighed for et godt eksempel på, hvordan en AC-bølgeform fungerer., I USA er strømmen til vores hjem AC med omkring 170V nul-til-top (amplitude) og 60H. (frekvens). Vi kan sætte disse tal ind i vores formel for at få den ligning (husk, at vi antager, at vores fase 0):
Vi kan bruge vores smarte håndholdte grafregner for at plotte denne ligning. Hvis der ikke er nogen grafregner til rådighed, kan vi bruge et gratis online grafregneprogram som Desmos (Bemærk at du måske skal bruge ‘y’ i stedet for ‘v’ i ligningen for at se grafen).,
Bemærk, at som vi forudsagde, stiger spændingen op til 170V og ned til-170V periodisk. Derudover forekommer 60 cykler af sinusbølgen hvert sekund. Hvis vi skulle måle spændingen i vores forretninger med et oscilloskop, er det det, vi ville se (advarsel: forsøg ikke at måle spændingen i en stikkontakt med et oscilloskop! Dette vil sandsynligvis skade udstyret).Bemærk: du har måske hørt, at vekselstrømsspændingen i USA er 120V. dette er også korrekt. Hvordan?, Når man taler om AC (da spændingen ændres konstant), er det ofte lettere at bruge et gennemsnit eller middelværdi. For at opnå det bruger vi en metode kaldet “Root mean s .uared.”(RMS). Det er ofte nyttigt at bruge RMS-værdien for AC, når du vil beregne elektrisk strøm. Selvom vi i vores eksempel havde spændingen varierende fra-170V til 170V, er den gennemsnitlige firkant 120V RMS.
applikationer
hjemme-og kontorforretninger er næsten altid AC. Dette skyldes, at generering og transport af AC over lange afstande er relativt let., Ved høje spændinger (over 110kV) går mindre energi tabt ved elektrisk kraftoverførsel. Højere spændinger betyder lavere strømme, og lavere strømme betyder mindre varme, der genereres i kraftledningen på grund af modstand. AC kan nemt konverteres til og fra høje spændinger ved hjælp af transformere.
AC er også i stand til at drive elektriske motorer. Motorer og generatorer er nøjagtigt den samme enhed, men motorer konverterer elektrisk energi til mekanisk energi (hvis akslen på en motor er spundet, genereres en spænding ved terminalerne!)., Dette er nyttigt for mange store apparater som opvaskemaskiner, køleskabe og så videre, der kører på AC.