curent alternativ (AC)
curentul alternativ descrie fluxul de sarcină care schimbă direcția periodic. Ca urmare, nivelul de tensiune se inversează împreună cu curentul. AC este utilizat pentru a furniza energie pentru case, cladiri de birouri, etc.
generarea AC
AC poate fi produs folosind un dispozitiv numit alternator. Acest dispozitiv este un tip special de generator electric conceput pentru a produce curent alternativ.o buclă de sârmă este rotită în interiorul unui câmp magnetic, care induce un curent de-a lungul firului., Rotirea firului poate proveni din orice număr de mijloace: o turbină eoliană, o turbină cu abur, apă curgătoare și așa mai departe. Deoarece firul se învârte și intră periodic într-o polaritate magnetică diferită, tensiunea și curentul alternează pe fir., Aici este o scurtă animație care arată acest principiu:
Generatoare de curent ALTERNATIV pot fi comparate noastre anterioare apă analogie:
Pentru a genera AC într-un set de conducte de apă, am conecta un mecanice cu manivelă la un piston care se mișcă de apă în conducte și înapoi (nostru „alternativ” de curent). Observați că secțiunea ciupită a țevii oferă încă rezistență la curgerea apei, indiferent de direcția de curgere.,
forme de undă
AC poate veni într-un număr de forme, atâta timp cât tensiunea și curentul sunt alternante. Dacă conectăm un osciloscop la un circuit cu curent alternativ și îi trasăm tensiunea în timp, am putea vedea o serie de forme de undă diferite. Cel mai frecvent tip de AC este unda sinusoidală. AC în cele mai multe case și birouri au o tensiune oscilantă care produce o undă sinusoidală.,
Alte forme comune de AC includ val pătrat și triunghi val:
valuri Pătrați sunt adesea folosite în digital și de comutare electronice pentru a testa funcționarea lor.
undele triunghiulare se găsesc în sinteza sunetului și sunt utile pentru testarea electronicii liniare precum amplificatoarele.
descriind o undă sinusoidală
deseori dorim să descriem o formă de undă AC în termeni matematici. Pentru acest exemplu, vom folosi unda sinusoidală comună., Există trei părți la o undă sinusoidală: amplitudine, frecvență și fază.privind doar tensiunea, putem descrie o undă sinusoidală ca funcție matematică:
v(t) este tensiunea noastră ca funcție a timpului, ceea ce înseamnă că tensiunea noastră se schimbă pe măsură ce timpul se schimbă. Ecuația din dreapta semnului egal descrie modul în care tensiunea se schimbă în timp.VP este amplitudinea. Aceasta descrie tensiunea maximă pe care o poate atinge unda sinusoidală în ambele direcții, ceea ce înseamnă că tensiunea noastră poate fi +VP volți, -VP volți sau undeva între ele.,
funcția sin() indică faptul că ne tensiune va fi în formă de un periodică sinusoidală, care este o buna oscilație în jurul 0V.
2π este o constantă care convertește freqency de cicluri (în hertz) să unghiulare frequnecy (radiani pe secundă).
f descrie frecvența undei sinusoidale. Acest lucru este dat sub formă de hertz sau unități pe secundă. Frecvența spune de câte ori o anumită formă de undă (în acest caz, un ciclu al undei sinusoidale – o creștere și o cădere) are loc într-o secundă.
t este variabila noastră independentă: timp (măsurat în secunde)., Pe măsură ce timpul variază, forma noastră de undă variază.φ descrie faza undei sinusoidale. Faza este o măsură a modului în care este deplasată forma de undă în raport cu timpul. Acesta este adesea dat ca un număr între 0 și 360 și măsurat în grade. Datorită naturii periodice a undei sinusoidale, dacă forma de undă este deplasată cu 360°, devine din nou aceeași formă de undă, ca și cum ar fi fost deplasată cu 0°. Pentru simplitate, vom presupune că pervazul faza este 0° pentru restul acestui tutorial.
putem apela la priza noastră de încredere pentru un bun exemplu despre cum funcționează o formă de undă AC., În Statele Unite, puterea furnizată caselor noastre este AC cu aproximativ 170v de la zero la vârf (amplitudine) și 60Hz (Frecvență). Putem plug aceste numere în formula noastră pentru a obține ecuația (amintiți-vă că ne asumăm fază este 0):
putem folosi la îndemână graphing calculator pentru a grafic această ecuație. Dacă nu este disponibil niciun calculator de grafică, putem folosi un program gratuit de grafică online, cum ar fi Desmos (rețineți că este posibil să fiți nevoit să utilizați ” y „în loc de” v ” în ecuație pentru a vedea graficul).,
observați că, așa cum am prezis, tensiunea crește până la 170v și până la-170v periodic. În plus, 60 de cicluri ale undei sinusoidale apar în fiecare secundă. Dacă ar fi să măsurăm tensiunea în prizele noastre cu un osciloscop, aceasta este ceea ce am vedea (Avertisment: Nu încercați să măsurați tensiunea într-o priză cu un osciloscop! Acest lucru va deteriora probabil echipamentul).notă: este posibil să fi auzit că tensiunea AC în SUA este de 120V.acest lucru este, de asemenea, corect. Cum?, Când vorbim despre AC (deoarece tensiunea se schimbă constant), este adesea mai ușor să folosiți o medie sau medie. Pentru a realiza acest lucru, folosim o metodă numită „rădăcină medie pătrat.”(RMS). Adesea este util să folosiți valoarea RMS pentru AC atunci când doriți să calculați energia electrică. Chiar dacă, în exemplul nostru, am avut tensiunea variind de la-170v la 170v, pătratul mediu rădăcină este 120V RMS.
Aplicații
prizele de acasă și de birou sunt aproape întotdeauna AC. Acest lucru se datorează faptului că generarea și transportul AC pe distanțe lungi este relativ ușor., La tensiuni mari (peste 110KV), se pierde mai puțină energie în transmisia de energie electrică. Tensiunile mai mari înseamnă curenți mai mici, iar curenții mai mici înseamnă mai puțină căldură generată în linia electrică datorită rezistenței. AC pot fi convertite la și de la tensiuni mari cu ușurință folosind transformatoare.
AC este, de asemenea, capabil să alimenteze motoare electrice. Motoarele și generatoarele sunt exact același dispozitiv, dar motoarele transformă energia electrică în energie mecanică (dacă arborele unui motor este rotit, o tensiune este generată la borne!)., Acest lucru este util pentru multe aparate mari, cum ar fi mașini de spălat vase, frigidere, și așa mai departe, care rulează pe AC.