AC circuit theory: hva er AC og hvordan det genereres

Introduksjon

En elektrisk krets er en komplett ledende bane gjennom hvilken elektroner strømmer fra kilden til belastningen og tilbake til kilden. Elektronenes retning og størrelse avhenger imidlertid av kildetypen. I elektroteknikk er det i utgangspunktet to typer spenning eller strømkilde (elektrisk energi) som definerer typen krets og de er; Vekselstrøm (eller spenning) og likestrøm.

For de neste par innleggene vil vi fokusere på vekselstrømmen, og gå gjennom emner som spenner fra det som er vekselstrøm til vekselstrømsformer og så videre.

AC-kretser

AC-kretser som navnet (vekselstrøm) tilsier, er ganske enkelt kretser drevet av en vekselstrøm, enten spenning eller strøm. En vekselstrøm eller spenning er en verdi hvor spenningen eller strømmen varierer omtrent en bestemt middelverdi og reverserer retning med jevne mellomrom.

De fleste nåværende husholdnings- og industriapparater og -systemer får strøm ved hjelp av vekselstrøm. Alle DC-baserte tilkoblede apparater og oppladbare batteribaserte enheter kjøres teknisk på vekselstrøm, ettersom de alle bruker en eller annen form for likestrøm avledet fra vekselstrøm for enten å lade batteriene eller drive systemet. Dermed er vekselstrøm formen som strømmen leveres via.

Den vekslende kretsen ble til på 1980-tallet da Tesla bestemte seg for å løse Thomas Edisons DC-generatorer med lang rekkevidde. Han søkte en måte å overføre elektrisitet med høy spenning for å bruke transformatorer til å trappe den opp eller ned etter behov for distribusjon, og var dermed i stand til å minimere strømtap over en lang avstand som var hovedproblemet med Direct Nåværende på den tiden.

Vekselstrøm VS Likestrøm (AC vs DC)

AC og DC er forskjellige på flere måter fra generasjon til overføring, og distribusjon, men for enkelhets skyld vil vi beholde sammenligningen med deres egenskaper for dette innlegget.

Den største forskjellen mellom AC og DC, som også er årsaken til deres forskjellige egenskaper, er strømningsretningen for elektrisk energi. I DC flyter elektroner jevnt og trutt i en enkelt retning eller fremover, mens i AC veksler elektroner sin strømningsretning i periodiske intervaller. Dette fører også til veksling i spenningsnivået når det bytter fra positivt til negativt i tråd med strømmen.

Nedenfor er et sammenligningskart for å markere noe av forskjellen mellom AC og DC. Andre forskjeller vil bli fremhevet når vi går mer inn på å utforske vekselstrømskretser.

Sammenligningsgrunnlag	AC	DC
Energitransmisjonskapasitet	Reiser over lang avstand med minimalt energitap	Stor mengde energi går tapt når den sendes over lange avstander
Generasjon Grunnleggende	Roter en magnet langs en ledning.	Jevn magnetisme langs en ledning
Frekvens	Vanligvis 50Hz eller 60Hz, avhengig av land	Frekvensen er null
Retning	Vender retning med jevne mellomrom når det strømmer gjennom en krets	Det jevn konstant strøm i en retning.
Strøm	Dens størrelse varierer med tiden	Konstant styrke
Kilde	Alle former for vekselstrømsgeneratorer og strømnettet	Celler, batterier, konvertering fra vekselstrøm
Passive parametere	Impedans (RC, RLC, etc)	Bare motstand
Maktfaktor	Ligger mellom 0 og 1	Alltid 1
Bølgeform	Sinusformet, trapesformet, trekantet og firkantet	Rett linje, noen ganger pulserende.

Grunnleggende AC-kilde (Single Coil AC Generator)

Det prinsipp rundt AC generasjon er enkel. Hvis et magnetfelt eller magnet roteres langs et stasjonært sett med spoler (ledninger) eller rotasjonen av en spole rundt et stasjonært magnetfelt, genereres en vekselstrøm ved hjelp av en vekselstrømsgenerator (generator).

Den enkleste formen for vekselstrømsgenerator består av en trådløkke som roteres mekanisk rundt en akse mens den er plassert mellom nord- og sørpolen til en magnet.

Tenk på bildet nedenfor.

Når ankerspolen roterer innenfor magnetfeltet som er opprettet av nord- og sørpolsmagneter, endres magnetfluksen gjennom spolen, og ladninger blir dermed tvunget gjennom ledningen, noe som gir en effektiv spenning eller indusert spenning. Den magnetiske strømmen gjennom sløyfen er som et resultat av sløyfens vinkel i forhold til retningen til magnetfeltet. Tenk på bildene nedenfor;

Fra bildene vist ovenfor kan vi utlede at et visst antall magnetfeltlinjer vil bli kuttet når ankeret roterer, mengden 'linjer kuttet' bestemmer spenningsutgangen. For hver endring i rotasjonsvinkelen og den resulterende sirkelbevegelsen til ankeret mot magnetlinjene, endres også mengden 'magnetiske linjer kuttet', og utgangsspenningen endres også. For eksempel er magnetfeltlinjene kuttet med null grad null som gjør den resulterende spenningen null, men ved 90 grader blir nesten alle magnetfeltlinjene kuttet, og dermed genereres maksimal spenning i en retning i en retning. Det samme holder bare 270 grader at det genereres i motsatt retning. Det er således en resulterende endring i spenningen når ankeret roterer innenfor magnetfeltet som fører til dannelsen av en sinusformet bølgeform. Den resulterende induserte spenningen er således sinusformet, med en vinkelfrekvens ω målt i radianer per sekund.

Den induserte strømmen i oppsettet ovenfor gir ved ligningen:

Jeg = V / R

Hvor V = NABwsin (wt)

Hvor N = Hastighet

A = Areal

B = Magnetfelt

w = Vinkelfrekvens.

Ekte vekselstrømsgeneratorer er åpenbart mer komplekse enn dette, men de jobber basert på de samme prinsippene og lovene for elektromagnetisk induksjon som beskrevet ovenfor. Vekselstrøm genereres også ved bruk av visse typer transdusere og oscillatorkretser som finnes i omformere.

Transformatorer

Induksjonsprinsippene som AC er basert på er ikke begrenset til generering bare, men også i overføring og distribusjon. På det tidspunktet da AC kom i beregning, var et av hovedproblemene det faktum at DC ikke kunne overføres over lang avstand, og dermed en av hovedproblemene, AC måtte løses for å bli levedyktig, var å kunne for å trygt levere de høye spenningene (KV) som genereres til forbrukere som bruker en spenning i V-området og ikke KV. Dette er en av grunnene til at transformatoren blir beskrevet som en av de viktigste aktiveringene av AC, og det er viktig å snakke om den.

I transformatorer er to spoler koblet på en slik måte at når en vekselstrøm påføres i den ene, induserer den spenning i den andre. Transformatorer er enheter som brukes til å enten trappe ned eller øke spenningen påført i den ene enden (Primary Coil) for å produsere henholdsvis en lavere eller høyere spenning i den andre enden (Secondary Coil) av transformatoren. Den induserte spenningen i sekundærspolen er alltid lik spenningen på primæren multiplisert med forholdet mellom antall svinger på sekundærspolen og primærspolen.

En transformator som er en trappetrinn eller trappetransformator er således avhengig av forholdet mellom antall svinger på sekundærspolen og antall omdreininger av leder på primærspolen. Hvis det er flere svinger på primærspolen sammenlignet med sekundæren, trapper transformatoren ned spenningen, men hvis primærspolen har færre antall omdreininger sammenlignet med sekundærspolen, trapper transformatoren opp spenningen som påføres på primærspolen.

Transformers har gjort fordelingen av elektrisk kraft over lang rekkevidde meget mulig, kostnadseffektiv og praktisk. For å redusere tap under overføring overføres elektrisk kraft fra generasjonsstasjoner med høy spenning og lav strøm, og blir deretter distribuert til hjem og kontorer ved lave spenninger og høye strømmer ved hjelp av transformatorer.

Så vi vil stoppe her for ikke å overbelaste artikkelen med for mye informasjon. I del to av denne artikkelen vil vi diskutere vekselstrømsbølgeformer og komme inn på noen ligninger og beregninger. Følg med.