Ac-circuittheorie: wat is ac en hoe wordt het gegenereerd

Invoering

Een elektrisch circuit is een volledig geleidend pad waardoor elektronen van de bron naar de belasting en terug naar de bron stromen. De richting en grootte van de elektronenstroom is echter afhankelijk van de soort bron. In elektrotechniek zijn er in principe twee soorten spannings- of stroombronnen (elektrische energie) die het soort circuit bepalen en dat zijn ze; Wisselstroom (of spanning) en gelijkstroom.

Voor de volgende paar berichten zullen we ons concentreren op de wisselstroom en door onderwerpen gaan die variëren van wat is wisselstroom tot wisselstroomgolfvormen, enzovoort.

Wisselstroomcircuits

Wisselstroomcircuits, zoals de naam (wisselstroom) aangeeft, zijn eenvoudig circuits die worden gevoed door een wisselstroombron, ofwel spanning of stroom. Een wisselstroom of -spanning is er een waarin de waarde van de spanning of de stroom varieert rond een bepaalde gemiddelde waarde en periodiek van richting verandert.

De meeste hedendaagse huishoudelijke en industriële apparaten en systemen worden gevoed met wisselstroom. Alle op gelijkstroom gebaseerde aangesloten apparaten en op oplaadbare batterijen gebaseerde apparaten werken technisch op wisselstroom, aangezien ze allemaal een of andere vorm van gelijkstroom gebruiken die is afgeleid van wisselstroom voor het opladen van hun batterijen of voor het voeden van het systeem. Wisselstroom is dus de vorm waarmee stroom wordt geleverd aan het lichtnet.

Het wisselcircuit ontstond in de jaren tachtig toen Tesla besloot het lange-afstandsprobleem van de DC-generatoren van Thomas Edison op te lossen. Hij zocht een manier om elektriciteit met een hoge spanning over te brengen en gebruikte vervolgens het gebruik van transformatoren om het naar boven of naar beneden te brengen, zoals nodig kan zijn voor de distributie en was zo in staat om vermogensverlies over een grote afstand te minimaliseren, wat het grootste probleem was van Direct. Actueel op dat moment.

Wisselstroom versus gelijkstroom (AC versus DC)

AC en DC verschillen op verschillende manieren van generatie tot transmissie en distributie, maar omwille van de eenvoud zullen we de vergelijking met hun kenmerken voor dit bericht behouden.

Het belangrijkste verschil tussen de AC en DC, dat ook de oorzaak is van hun verschillende kenmerken, is de stroomrichting van elektrische energie. In gelijkstroom stromen elektronen gestaag in een enkele richting of voorwaarts, terwijl in wisselstroom elektronen hun stroomrichting in periodieke intervallen afwisselen. Dit leidt ook tot afwisseling in het spanningsniveau, omdat het in lijn met de stroom van positief naar negatief schakelt.

Hieronder vindt u een vergelijkingstabel om enkele verschillen tussen AC en DC te benadrukken. Andere verschillen zullen worden benadrukt naarmate we meer ingaan op het verkennen van wisselstroomcircuits.

Vergelijkingsbasis	AC	DC
Energieoverdrachtscapaciteit	Reizen over lange afstanden met minimaal energieverlies	Bij verzending over grote afstanden gaat veel energie verloren
Generation Basics	Een magneet langs een draad draaien.	Stabiel magnetisme langs een draad
Frequentie	Meestal 50Hz of 60Hz, afhankelijk van het land	Frequentie is nul
Richting	Keert periodiek van richting om wanneer het door een circuit stroomt	Het constante constante stroom in één richting.
Actueel	De omvang ervan Varieert met de tijd	Constante omvang
Bron	Alle vormen van wisselstroomgeneratoren en netvoeding	Cellen, batterijen, conversie van wisselstroom
Passieve parameters	Impedantie (RC, RLC, enz.)	Alleen weerstand
Krachtfactor	Ligt tussen 0 en 1	Altijd 1
Golfvorm	Sinusvormig, trapeziumvormig, driehoekig en vierkant	Rechte lijn, soms pulserend.

Basis AC-bron (AC-generator met enkele spoel)

Het principe rond AC-opwekking is eenvoudig. Als een magnetisch veld of magneet wordt geroteerd langs een stationair stel spoelen (draden) of de rotatie van een spoel rond een stationair magnetisch veld, wordt een wisselstroom gegenereerd met behulp van een wisselstroomgenerator (dynamo).

De eenvoudigste vorm van een wisselstroomgenerator bestaat uit een draadlus die mechanisch rond een as wordt geroteerd terwijl hij tussen de noord- en zuidpool van een magneet is geplaatst.

Beschouw de onderstaande afbeelding.

Terwijl de ankerspoel roteert binnen het magnetische veld dat wordt gecreëerd door de noord- en zuidpoolmagneten, verandert de magnetische flux door de spoel en worden ladingen dus door de draad gedwongen, waardoor een effectieve spanning of geïnduceerde spanning ontstaat. De magnetische flux door de lus is het resultaat van de hoek van de lus ten opzichte van de richting van het magnetische veld. Beschouw de onderstaande afbeeldingen;

Uit de bovenstaande afbeeldingen kunnen we afleiden dat een bepaald aantal magnetische veldlijnen wordt afgesneden als het anker roteert, het aantal 'afgesneden lijnen' bepaalt de uitgangsspanning. Met elke verandering in de rotatiehoek en de resulterende cirkelvormige beweging van het anker tegen de magnetische lijnen, verandert ook het aantal 'magnetische lijnen dat wordt afgesneden', waardoor ook de uitgangsspanning verandert. De magnetische veldlijnen die bij nul graden zijn gesneden, zijn bijvoorbeeld nul, wat de resulterende spanning nul maakt, maar bij 90 graden worden bijna alle magnetische veldlijnen doorgesneden, dus de maximale spanning in één richting wordt in één richting gegenereerd. Hetzelfde geldt alleen bij 270 graden dat het in de tegenovergestelde richting wordt gegenereerd. Er is dus een resulterende verandering in de spanning wanneer het anker roteert binnen het magnetische veld, wat leidt tot de vorming van een sinusvormige golfvorm. De resulterende geïnduceerde spanning is dus sinusvormig, met een hoekfrequentie ω gemeten in radialen per seconde.

De geïnduceerde stroom in de bovenstaande opstelling wordt gegeven door de vergelijking:

Ik = V / R

Waar V = NABwsin (wt)

Waar N = snelheid

A = Gebied

B = Magnetisch veld

w = hoekfrequentie.

Echte AC-generatoren zijn duidelijk complexer dan dit, maar ze werken op basis van dezelfde principes en wetten van elektromagnetische inductie als hierboven beschreven. Wisselstroom wordt ook gegenereerd met behulp van bepaalde soorten transducers en oscillatorcircuits zoals die in omvormers worden aangetroffen.

Transformatoren

De inductieprincipes waarop AC is gebaseerd, zijn niet alleen beperkt tot de opwekking ervan, maar ook tot de transmissie en distributie ervan. Net als op het moment dat AC in afrekening kwam, was een van de belangrijkste problemen het feit dat DC niet over een lange afstand kon worden verzonden, dus een van de belangrijkste problemen, AC moest worden opgelost om levensvatbaar te worden, was om te kunnen om de opgewekte hoge spanningen (KV's) veilig te leveren aan consumenten die spanningen in het V-bereik gebruiken en niet KV. Dit is een van de redenen waarom de transformator wordt beschreven als een van de belangrijkste factoren voor wisselstroom en het is belangrijk om erover te praten.

In transformatoren zijn twee spoelen zo bedraad dat wanneer een wisselstroom in de ene wordt aangelegd, deze spanning in de andere induceert. Transformatoren zijn apparaten die worden gebruikt om de spanning die aan het ene uiteinde wordt aangelegd (primaire spoel) te verlagen of op te voeren om respectievelijk een lagere of hogere spanning aan het andere uiteinde (secundaire spoel) van de transformator te produceren. De geïnduceerde spanning in de secundaire spoel is altijd gelijk aan de spanning die wordt aangelegd op de primaire spoel, vermenigvuldigd met de verhouding van het aantal windingen op de secundaire spoel tot de primaire spoel.

Een transformator die een step-down of step-up transformator is, is dus afhankelijk van de verhouding van het aantal windingen op de secundaire spoel tot het aantal windingen van de geleider op de primaire spoel. Als er meer windingen op de primaire spoel zijn in vergelijking met de secundaire, verlaagt de transformator de spanning, maar als de primaire spoel minder windingen heeft in vergelijking met de secundaire spoel, verhoogt de transformator de spanning die op de primaire spoel wordt aangelegd.

Transformatoren hebben de distributie van elektrisch vermogen over een groot bereik zeer mogelijk, kosteneffectief en praktisch gemaakt. Om verliezen tijdens het zenden te verminderen, wordt elektrisch vermogen van opwekkingsstations met hoge spanning en lage stroom overgedragen en vervolgens met behulp van transformatoren met lage spanningen en hoge stromen naar huizen en kantoren gedistribueerd.

We zullen hier dus stoppen om het artikel niet met te veel informatie te overladen. In deel twee van dit artikel zullen we AC-golfvormen bespreken en enkele vergelijkingen en berekeningen bespreken. Blijf kijken.