De växelströmskretsar eller AC-kretsar består av kombinationer av resistiva, induktiva och kapacitiva element, kombinerade med en växlande spänningskälla, som vanligtvis är sinusformad.
Genom att applicera spänningen skapas en variabel ström under en kort tid, kallad en övergående ström, vilket viker för sinusformad stående ström.
Den sinusformade strömmen har värden som växlar mellan positiva och negativa och ändras med jämna mellanrum bestämda av en tidigare fastställd frekvens. Strömens form uttrycks som:
I (t) = Im synd (ωt - φ)
Där jagm är maximal ström- eller strömamplitud, itude är frekvensen, t är tiden och φ fasskillnaden. Vanligt använda enheter för ström är ampere (A) och dess submultiplar, såsom milliamp och mikroampere..
För sin del mäts tiden i sekunder, för frekvensen finns hertz eller Hertz, förkortat Hz, medan fasskillnaden är en vinkel som vanligtvis mäts i radianer, även om den också ibland ges i grader. Varken dessa eller radianerna betraktas som enheter.
Växelspänningen symboliseras ofta av vågen inuti cirkeln för att skilja den från likspänningen, symboliserad av de två ojämna och parallella linjerna..
Artikelindex
Det finns många typer av växelströmskretsar, med början med de enklaste kretsarna som visas i följande bild. Från vänster till höger har du:
-Krets med motstånd R
-Krets med spole L
-Krets med kondensator C.
I kretsen med ett motstånd R anslutet till en växelspänningskälla är spänningen över motståndet V.R = Vm sen ωt. Enligt Ohms lag, som också gäller för rent resistiva växelströmskretsar:
VR = JagR∙ R
Därför den maximala strömmen Im = Vm / R.
Både ström och spänning är i fas, vilket innebär att de når sina maximala värden, liksom 0, samtidigt.
I spole L är spänningen V.L = Vm sin ωt och är relaterad till strömmen i induktorn genom ekvationen:
Integrering:
Genom egenskaper av trigonometriska förhållanden, IL skrivs i termer av synd ast som:
JagL = Jagm sin (ωt - ½ π)
Då är spänningen och strömmen ur fas, den senare släpar ½ π = 90º i förhållande till spänningen (strömmen börjar tidigare, med t = 0 s startpunkten). Detta ses i följande figur som jämför sinusformen av IL och VL:
Induktiv reaktans definieras som XL = ωL, ökar med frekvens och har dimensioner av motstånd, därför, i analogi med Ohms lag:
VL = JagL ∙ XL
För en kondensator C ansluten till en växelströmskälla är det sant att:
Q = C ∙ VC = C ∙ Vm sen ωt
Strömmen i kondensatorn hittas genom att flytta laddningen med avseende på tid:
JagC= ωC ∙ Vm cos ωt
Men cos ωt = sin (ωt + ½ π), sedan:
JagC = ωCVm sin (ωt + ½ π)
I detta fall leder strömmen spänningen med ½ π, vilket framgår av grafen.
Kapacitiv reaktans kan skrivas XC = 1 / ωC, den minskar med frekvensen och har också motståndsenheter, det vill säga ohm. På detta sätt ser Ohms lag ut så här:
VC = XC.JagC
Michael Faraday (1791-1867) var den första som fick en ström som med jämna mellanrum ändrade sin betydelse genom sina induktionsexperiment, även om endast likström under de första dagarna användes..
I slutet av 1800-talet inträffade det välkända striden mellan Thomas A. Edison, försvarare av likström och George Westinghouse, anhängare av växelström. Slutligen var det den som vann på grund av ekonomi, effektivitet och enkel överföring med lägre förluster..
Av denna anledning är den nuvarande strömmen som når hem och industrier växelström, även om användningen av likström aldrig har försvunnit helt..
Växelström används för nästan allt, och i många applikationer är den konstanta riktningsändringen för växelström inte relevant, såsom glödlampor, strykjärnet eller spisen för matlagning, eftersom uppvärmningen av det resistiva elementet inte beror på lasternas rörelseriktning.
Istället är det faktum att strömmen ändrar riktning med en viss frekvens grunden för elmotorer och olika mer specifika tillämpningar, såsom följande:
Kretsar som består av en alternerande källa ansluten till ett motstånd och en kondensator i serie kallas RC-seriekretsar och används för att eliminera oönskade fasförskjutningar i en annan krets, eller för att lägga till någon speciell effekt på den..
De fungerar också som spänningsdelare och för att ställa in radiostationer (se exempel 1 i nästa avsnitt).
Brytkretsar matade med växelström kan användas för att mäta kapacitans eller induktans, på samma sätt som Wheatstone-bron, en känd likströmskrets som kan mäta värdet på ett okänt motstånd..
I de föregående avsnitten beskrivs de enklaste växelströmskretsarna, men naturligtvis kan de grundläggande elementen som beskrivits ovan, liksom andra lite mer komplexa såsom dioder, förstärkare och transistorer, för att nämna några, kombineras för att erhålla olika effekter ..
En av de vanligaste kretsarna i AC är den som inkluderar ett motstånd R, en spole eller induktor L och en kondensator eller kondensator C placerad i serie med en växelströmskälla.
Serie RLC-kretsar svarar på ett särskilt sätt på frekvensen hos den växlande källa från vilken de matas. Det är därför en av de mest intressanta applikationerna är som radiokanaler..
En radiosignal med frekvens ω genererar en ström med samma frekvens i en krets speciellt utformad för att fungera som en mottagare, och amplituden för denna ström är maximal om mottagaren är inställd på den frekvensen, genom en effekt som kallas resonans.
Mottagarkretsen fungerar som en tuner eftersom den är utformad så att signaler om oönskade frekvenser genererar mycket små strömmar som inte detekteras av radiohögtalarna och därför inte hörs. I stället når strömens amplitud vid resonansfrekvensen ett maximum och sedan hörs signalen tydligt..
Resonansfrekvensen uppträder när kretsens induktiva och kapacitiva reaktanser utjämnar:
XL = XC
1 / ωC = ωL
ωtvå = 1 / LC
Radiostationen med frekvenssignalen said sägs vara "inställd", och värdena för L och C väljs för den specifika frekvensen..
Parallella RLC-kretsar har också vissa svar enligt källfrekvensen, vilket beror på reaktansen hos vart och ett av elementen, definierat som förhållandet mellan spänning och ström..
I serie LRC-kretsen i exempel 1 i föregående avsnitt är motståndet 200 ohm, induktansen är 0,4 H och kondensatorn är 6 μF. För sin del är strömförsörjningen en alternerande spänning med amplitud lika med 30 V, med en frekvens på 250 rad / s. Det ombeds att hitta:
a) Reaktanserna för varje element
b) Värdet på modulen för kretsens impedans.
c) Strömens amplitud
Respektive reaktanser beräknas med formlerna:
XC = 1 / ωC = 1 / (250 rad / s x 6 x 10-6 F) = 666,67 ohm
XL = ωL = 250 rad / s x 0,4 H = 100 ohm
Och motståndets reaktans är lika med dess värde i ohm:
XR = R = 200 ohm
Impedans Z definieras som förhållandet mellan spänning och ström i kretsen, antingen i serie eller parallellt:
Z = Vm / Jagm
Impedansen mäts i ohm, samma som ett motstånd eller en reaktans, men det hänvisar till motståndet mot strömöverföringen av induktanserna och kondensatorerna, med tanke på att förutom dess speciella effekter, såsom att fördröja eller förflytta spänningen, det har också ett visst inre motstånd.
Det kan visas att för serie RLC-kretsen ges impedansmodulen av:
När vi utvärderar värdena i uttalandet får vi:
Från:
Z = Vm / Jagm
Det måste;
Jagm = Vm / Z = 30V / 601 ohm = 0,05 A..
Skillnader mellan växelström och likström
Ingen har kommenterat den här artikeln än.