Теорија наизменичног кола: шта је наизменични напон и како се он генерише

Увод

Електрични круг је комплетан проводни пут којим електрони теку од извора до терета и назад до извора. Смер и величина протока електрона, међутим, зависе од врсте извора. У електротехници постоје у основи две врсте извора напона или струје (електричне енергије) који дефинишу врсту кола, а то су; Наизменична струја (или напон) и једносмерна струја.

У следећих неколико постова фокусираћемо се на наизменичну струју и кретаћемо се кроз теме у распону од онога што је наизменична струја до облика таласа наизменичне струје и тако даље.

АЦ кругови

Као што и назив (наизменична струја) подразумева да су кругови наизменичне струје једноставно склопови напајани наизменичним извором, било напоном или струјом. Наизменичне струје или напона, је она у којој вредност или напона или струје обично креће посвећених одређеном средња вредност и мијења смјер периодично.

Већина данашњих кућних и индустријских уређаја и система напаја се наизменичном струјом. Сви прикључени уређаји на бази једносмерне струје и уређаји на бази пуњивих батерија технички раде на наизменичну струју, јер сви користе неки облик једносмерне енергије изведене из наизменичне струје или за пуњење батерија или за напајање система. Према томе, наизменична струја је облик путем којег се напајање испоручује из мреже.

Наизменични круг је настао 1980-их када је Тесла одлучио да реши дуготрајну неспособност једносмерних генератора Томаса Едисона. Тражио је начин преноса електричне енергије под високим напоном, а затим је употријебио употребу трансформатора како би га повећао или спустио према потреби за дистрибуцију, те је на тај начин могао да умањи губитак снаге на великој удаљености, што је био главни проблем Дирецт-а. Тренутно актуелно.

Наизменична струја против једносмерне струје (наизменична и једносмерна струја)

АЦ и ДЦ се разликују на неколико начина од генерације до преноса и дистрибуције, али ради једноставности задржаћемо поређење са њиховим карактеристикама за овај пост.

Главна разлика између наизменичне и истосмерне струје, која је такође узрок њихових различитих карактеристика, је смер протока електричне енергије. У једносмерној струји, електрони непрекидно теку у једном смеру или напред, док у наизменичној струји електрони смењују свој смер протока у периодичним интервалима. То такође доводи до промене у напонском нивоу док се он пребацује са позитивног на негативни у складу са струјом.

Испод је табела поређења како би се нагласила нека разлика између АЦ и ДЦ. Остале разлике ће бити истакнуте како будемо више истраживали кругове наизменичне струје.

Основа поређења	АЦ	ДЦ
Капацитет преноса енергије	Путује на велике даљине са минималним губицима енергије	Велика количина енергије губи се када се пошаље на велике удаљености
Основе генерације	Ротирање магнета дуж жице.	Стални магнетизам дуж жице
Фреквенција	Обично 50Хз или 60Хз у зависности од државе	Фреквенција је Нула
Правац	Повремено окреће смер током протока кроз коло	Стални је константан проток у једном правцу.
Тренутни	Његова величина се временом мења	Константна величина
Извор	Сви облици АЦ генератора и мреже	Ћелије, батерије, конверзија из АЦ
Пасивни параметри	Импеданса (РЦ, РЛЦ, итд.)	Само отпор
Фактор снаге	Лаже између 0 и 1	Увек 1
Таласни облик	Синусоидни, трапезоидни, троугласти и квадратни	Равна линија, понекад пулсирајућа.

Основни извор наизменичне струје (једносмерни генератор наизменичне струје)

Принцип око АЦ генерације је једноставна. Ако се магнетно поље или магнет ротира дуж непокретног скупа калемова (жица) или ротације калема око стационарног магнетног поља, генерише се наизменична струја помоћу генератора наизменичне струје (алтернатора).

Најједноставнији облик генератора наизменичне струје састоји се од петље жице која се механички окреће око осе док је смештена између северног и јужног пола магнета.

Размотрите доњу слику.

Како се завојница арматуре окреће унутар магнетног поља створеног магнетима северног и јужног пола, магнетни ток кроз завојницу се мења, а набоји се на тај начин форсирају кроз жицу, што доводи до ефективног напона или индукованог напона. Магнетни флукс кроз петљу резултат је угла петље у односу на смер магнетног поља. Размотрите слике испод;

Из слика приказаних горе можемо закључити да ће се одређени број линија магнетног поља пресећи док се арматура окреће, а количина „пресечених линија“ одређује излазни напон. Са сваком променом угла ротације и резултујућим кружним кретањем арматуре према магнетним линијама, мења се и количина „пресечених магнетних линија“, па се тако мења и излазни напон. На пример, линије магнетног поља пресечене на нултом степену су једнаке нули што резултирајући напон чини нулу, али на 90 степени готово све линије магнетног поља су пресечене, па се максимални напон у једном смеру генерише у једном смеру. Исто важи на 270 степени само да се генерише у супротном смеру. Тако долази до резултатске промене напона док се арматура окреће унутар магнетног поља што доводи до стварања синусног облика таласа. Резултат индукованог напона је према томе синусоидан, са угаоном фреквенцијом ω измереном у радијанима у секунди.

Индукована струја у горњем подешавању даје једначином:

И = В / Р

Где је В = НАБвсин (теж.)

Где је Н = брзина

А = Површина

Б = Магнетско поље

в = угаона фреквенција.

Стварни генератори наизменичне струје су очигледно сложенији од овог, али раде на истим принципима и законима електромагнетне индукције као што је горе описано. Наизменична струја се такође генерише помоћу одређене врсте претварача и осцилаторних кола која се налазе у претварачима.

Трансформатори

Принципи индукције на којима се темељи АЦ нису ограничени само на његово генерисање, већ и на његов пренос и дистрибуцију. Како је у време када је АЦ почео рачунати, једно од главних питања била чињеница да једносмерни ток није могао да се преноси на даљину, па је једно од главних проблема, АЦ требало решити да би постало одрживо, бити у могућности за безбедну испоруку високих напона (КВ) генерисаних потрошачима који користе напоне у опсегу В, а не КВ. То је један од разлога зашто је трансформатор описан као један од главних покретача наизменичне струје и о њему је важно разговарати.

У трансформаторима су две завојнице повезане тако да када се у један примени наизменична струја, у другом се индукује напон. Трансформатори су уређаји који се користе за спуштање или појачавање напона примењеног на једном крају (примарна завојница) да би произвели нижи или виши напон на другом крају (секундарна завојница) трансформатора. Индуковани напон у секундарној завојници увек је једнак напону примењеном на примарном помноженом односом броја окретаја секундарног калема и примарног калема.

Трансформатор који је трансформатор степенастог или степенастог степена, према томе зависи од односа броја завоја на секундарној завојници и броја завоја проводника на примарној завојници. Ако на примарној завојници има више завоја у односу на секундарну, трансформатор спушта напон, али ако примарна завојница има мањи број завоја у односу на секундарну завојницу, трансформатор појачава напон примењен на примарној.

Трансформатори су дистрибуцију електричне енергије на велике домете учинили врло могућом, исплативом и практичном. Да би се смањили губици током преноса, електрична енергија се преноси из производних станица под високим напоном и малом струјом, а затим се уз помоћ трансформатора дистрибуира у домове и канцеларије при ниским напонима и јаким струјама.

Зато ћемо се овде зауставити како не бисмо преоптеретили чланак превише информацијама. У другом делу овог чланка разговараћемо о таласним облицима наизменичне струје и ући у неке једначине и прорачуне. Будите у току.