courant alternatif (AC)
le courant alternatif décrit le flux de charge qui change de direction périodiquement. En conséquence, le niveau de tension inverse également avec le courant. AC est utilisé pour fournir de l’énergie aux maisons, immeubles de bureaux, etc.
génération de courant alternatif
le courant alternatif peut être produit à l’aide d’un dispositif appelé alternateur. Cet appareil est un type spécial de générateur électrique conçu pour produire du courant alternatif.
Une boucle de fil est filé à l’intérieur d’un champ magnétique qui induit un courant le long du fil., La rotation du fil peut provenir de n’importe quel nombre de moyens: une éolienne, une turbine à vapeur, de l’eau qui coule, etc. Parce que le fil tourne et entre périodiquement dans une polarité magnétique différente, la tension et le courant alternent sur le fil., Voici une courte animation montrant ce principe:
la génération de courant alternatif peut être comparée à notre précédente analogie avec l’eau:
pour générer du courant alternatif dans un ensemble de conduites connectez une manivelle mécanique à un piston qui déplace l’eau dans les tuyaux d’avant en arrière (notre courant « alternatif »). Notez que la section pincée du tuyau offre toujours une résistance à l’écoulement de l’eau quel que soit le sens de l’écoulement.,
formes d’onde
le courant alternatif peut prendre plusieurs formes, à condition que la tension et le courant alternent. Si nous branchons un oscilloscope à un circuit avec AC et tracer sa tension au fil du temps, nous pourrions voir un certain nombre de formes d’onde différentes. Le type de courant alternatif le plus courant est l’onde sinusoïdale. Le courant alternatif dans la plupart des maisons et des bureaux a une tension oscillante qui produit une onde sinusoïdale.,
d’Autres formes courantes de AC inclure le carré et le triangle des vagues:
les ondes Carrées sont souvent utilisés dans le numérique et de commutation de l’électronique afin de tester leur fonctionnement.
Les ondes triangulaires se trouvent dans la synthèse sonore et sont utiles pour tester l’électronique linéaire comme les amplificateurs.
description D’une onde sinusoïdale
nous voulons souvent décrire une forme D’onde CA en termes mathématiques. Pour cet exemple, nous allons utiliser l’onde sinusoïdale commune., Il y a trois parties à une onde sinusoïdale: amplitude, fréquence et phase.
en regardant juste la tension, nous pouvons décrire une onde sinusoïdale comme la fonction mathématique:
V(t) est notre tension en fonction du temps, ce qui signifie que notre tension change en fonction du temps. L’équation à droite du signe égal décrit comment la tension change dans le temps.
VP est l’amplitude. Ceci décrit la tension maximale que notre onde sinusoïdale peut atteindre dans les deux sens, ce qui signifie que notre tension peut être +VP volts,- VP volts, ou quelque part entre les deux.,
la fonction sin() indique que notre tension sera sous la forme d’une onde sinusoïdale périodique, qui est une oscillation douce autour de 0V.
2π est une constante qui convertit la fréquence des cycles (EN hertz) En fréquence angulaire (radians par seconde).
f décrit la fréquence de l’onde sinusoïdale. Ceci est donné sous la forme de hertz ou d’unités par seconde. La fréquence indique combien de fois une forme d’onde particulière (dans ce cas, un cycle de notre onde sinusoïdale – une montée et une chute) se produit en une seconde.
t est notre variable indépendante: le temps (mesuré en secondes)., Comme le temps varie, notre forme d’onde varie.
φ décrit la phase de l’onde sinusoïdale. La Phase est une mesure du décalage de la forme d’onde par rapport au temps. Il est souvent donné comme un nombre entre 0 et 360 et mesuré en degrés. En raison de la nature périodique de l’onde sinusoïdale, si la forme d’onde est décalée de 360°, elle redevient la même forme d’onde, comme si elle était décalée de 0°. Pour plus de simplicité, nous supposons que la phase est 0° pour le reste de ce tutoriel.
Nous pouvons nous tourner vers notre fidèle prise pour un bon exemple du fonctionnement d’une forme D’onde CA., Aux États-Unis, la puissance fournie à nos maisons est AC avec environ 170V zéro à crête (amplitude) et 60Hz (fréquence). Nous pouvons brancher ces nombres dans notre formule pour obtenir l’équation (rappelez-vous que nous supposons que notre phase est 0):
Nous pouvons utiliser notre calculatrice graphique pratique pour représenter graphiquement cette équation. Si aucune calculatrice graphique n’est disponible, nous pouvons utiliser un programme graphique en ligne gratuit comme Desmos (notez que vous devrez peut-être utiliser » y « au lieu de » v » dans l’équation pour voir le graphique).,
Notez que, comme nous l’avions prédit, la montée de la tension jusqu’à 170V et jusqu’à-170V périodiquement. De plus, 60 cycles de l’onde sinusoïdale se produisent chaque seconde. Si nous devions mesurer la tension dans nos prises avec un oscilloscope, c’est ce que nous verrions (ATTENTION: Ne tentez pas de mesurer la tension dans une prise avec un oscilloscope! Cela endommagera probablement l’équipement).
REMARQUE: Vous avez peut-être entendu dire que la tension CA aux États-Unis est de 120 V. c’est également correct. Comment?, Quand on parle de CA (puisque la tension change constamment), il est souvent plus facile d’utiliser une moyenne ou une moyenne. Pour ce faire, nous utilisons une méthode appelée » racine moyenne au carré. »(RMS). Il est souvent utile d’utiliser la valeur RMS pour AC lorsque vous souhaitez calculer la puissance électrique. Même si, dans notre exemple, nous avions la tension variant de – 170V à 170V, le carré moyen racine est 120V RMS.
Applications
Les prises domestiques et de bureau sont presque toujours AC. En effet, la génération et le transport de courant alternatif sur de longues distances sont relativement faciles., À des tensions élevées (plus de 110kV), moins d’énergie est perdue dans le transport d’énergie électrique. Des tensions plus élevées signifient des courants plus faibles, et des courants plus faibles signifient moins de chaleur générée dans la ligne électrique en raison de la résistance. Le courant alternatif peut être facilement converti vers et depuis des tensions élevées à l’aide de transformateurs.
AC est également capable d’alimenter des moteurs électriques. Les moteurs et les générateurs sont exactement le même dispositif, mais les moteurs convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique (si l’arbre d’un moteur est tourné, une tension est générée aux bornes!)., Ceci est utile pour de nombreux gros appareils comme les lave-vaisselle, les réfrigérateurs, etc., qui fonctionnent sur AC.