Теорія схем змінного струму: що таке змінний струм і як він генерується

Вступ

Електрична схема - це повний провідний шлях, по якому електрони перетікають від джерела до навантаження і назад до джерела. Напрямок і величина потоку електронів, однак, залежать від виду джерела. В електротехніці в основному існує два типи джерела напруги або струму (електрична енергія), які визначають тип ланцюга, і вони є; Змінний струм (або напруга) і постійний струм.

У наступних кількох постах ми зосередимося на змінній струмі та перейдемо до тем, що варіюються від змінного струму до хвильових форм тощо.

Схеми змінного струму

Схеми змінного струму, як випливає з назви (змінний струм), - це просто схеми, що живляться від змінного джерела, напруги або струму. Змінного струму або напруги, це той, в якому значення якого напруження або струму змінюється щодо Зокрема, середнє значення і змінює напрямок періодично.

Більшість сучасних побутових та промислових приладів та систем живляться змінним струмом. Всі підключені до постійного струму пристрої та пристрої на основі акумуляторних батарей технічно працюють від змінного струму, оскільки всі вони використовують якусь форму постійного струму, що отримується від змінного струму, або для зарядки своїх батарей, або для живлення системи. Таким чином, змінний струм є формою, через яку подається живлення в мережу.

Змінна ланцюг з’явилася у 1980-х роках, коли Тесла вирішив вирішити велику неможливість генераторів постійного струму Томаса Едісона. Він шукав спосіб передачі електроенергії під високою напругою, а потім використовував трансформатори для її збільшення або зниження, як це може знадобитися для розподілу, і таким чином зміг мінімізувати втрати потужності на великій відстані, що було основною проблемою Direct Поточний на той час.

Змінний струм проти постійного струму (змінного та постійного струму)

Перемінний та постійний струми різняться у кількох напрямках від покоління до передачі та розподілу, але для простоти для цього повідомлення ми збережемо порівняння з їх характеристиками.

Основною відмінністю змінного та постійного струму, що також є причиною їх різних характеристик, є напрямок потоку електричної енергії. У постійному струмі електрони стабільно течуть в одному напрямку або вперед, тоді як в змінного струму електрони чергують свій напрямок потоку через періодичні інтервали. Це також призводить до чергування рівня напруги, оскільки він перемикається з позитивного на негативний відповідно до струму.

Нижче наведена таблиця порівняння, щоб висвітлити деякі відмінності між змінним та постійним струмом. Інші відмінності будуть виділені, коли ми будемо більше досліджувати схеми змінного струму.

Основа порівняння	Змінного струму	Постійного струму
Потужність передачі енергії	Подорожує на великі відстані з мінімальними втратами енергії	Велика кількість енергії втрачається при передачі на великі відстані
Основи покоління	Обертання магніту вздовж дроту.	Стійкий магнетизм вздовж дроту
Частота	Зазвичай 50 Гц або 60 Гц залежно від країни	Частота нульова
Напрямок	Періодично змінює напрямок, коли протікає по ланцюгу	Це стійкий постійний потік в одному напрямку.
Поточний	Його величина змінюється з часом	Постійна величина
Джерело	Усі форми генераторів та мереж змінного струму	Елементи, батареї, перетворення з змінного струму
Пасивні параметри	Імпеданс (RC, RLC тощо)	Тільки опір
Коефіцієнт потужності	Брехня між 0 і 1	Завжди 1
Форма сигналу	Синусоїдальний, трапецієподібний, трикутний та квадратний	Пряма лінія, іноді пульсуюча.

Основне джерело змінного струму (генератор змінного струму з однією котушкою)

Принцип навколо генерації змінного струму простий. Якщо магнітне поле або магніт обертаються вздовж нерухомого набору котушок (проводів) або обертання котушки навколо нерухомого магнітного поля, змінний струм генерується за допомогою генератора змінного струму (генератор змінного струму).

Найпростіша форма генератора змінного струму складається з петлі дроту, яка механічно обертається навколо осі, розташована між північним і південним полюсами магніту.

Розгляньте зображення нижче.

Коли котушка якоря обертається в магнітному полі, створюваному магнітами північного та південного полюсів, магнітний потік через котушку змінюється, і, таким чином, заряди змушуються через провід, створюючи ефективну напругу або індуковану напругу. Магнітний потік через петлю є результатом кута петлі відносно напрямку магнітного поля. Розгляньте зображення нижче;

З зображень, показаних вище, ми можемо зробити висновок, що певна кількість ліній магнітного поля буде обрізана під час обертання якоря, величина "ліній розрізу" визначає напругу. З кожною зміною кута повороту та результуючим круговим рухом якоря проти магнітних ліній також змінюється величина "розрізаних магнітних ліній", отже, змінюється і вихідна напруга. Наприклад, лінії магнітного поля, обрізані при нульовому градусі, дорівнюють нулю, що робить результуючу напругу нульовим, але при 90 градусах майже всі лінії магнітного поля обрізані, таким чином, максимальна напруга в одному напрямку генерується в одному напрямку. Те саме відбувається при 270 градусах, лише якщо воно генерується в протилежному напрямку. Таким чином, виникає зміна напруги при обертанні якоря в магнітному полі, що призводить до утворення синусоїдальної форми сигналу. Таким чином, результуюча індукована напруга є синусоїдальною, кутова частота ω вимірюється в радіанах за секунду.

Індукований струм у установці вище подається за рівнянням:

I = V / R

Де V = NABwsin (мас.)

Де N = швидкість

A = площа

B = магнітне поле

w = кутова частота.

Справжні генератори змінного струму, очевидно, є більш складними, ніж це, але вони працюють, спираючись на ті самі принципи та закони електромагнітної індукції, що описані вище. Змінний струм також генерується за допомогою певного типу перетворювачів та осциляторних ланцюгів, як в інверторах.

Трансформатори

Принципи індукції, на яких базується змінний струм, не обмежуються лише його генеруванням, але також його передачею та розподілом. Оскільки на той момент, коли змінна система почала рахуватися, однією з головних проблем був той факт, що постійний струм не міг передаватися на велику відстань, отже, однією з головних проблем, яку потрібно було вирішити, щоб стати життєздатною, була можливість для безпечної доставки високих напруг (КВ), що генеруються споживачам, які використовують напруги в діапазоні V, а не KV. Це одна з причин, чому трансформатор описується як один з основних факторів, що сприяють змінного струму, і важливо говорити про нього.

У трансформаторах дві котушки підключені таким чином, що коли в одному подається змінний струм, він індукує напругу в іншому. Трансформатори - це пристрої, які використовуються для зниження або збільшення напруги, що подається на одному кінці (первинна котушка), щоб виробляти меншу або вищу напругу відповідно на іншому кінці (вторинна котушка) трансформатора. Індукована напруга у вторинній котушці завжди дорівнює напрузі, що подається на первинній, помноженій на відношення кількості витків вторинної котушки до первинної котушки.

Таким чином, трансформатор, що є понижуючим або підвищуючим трансформатором, залежить, таким чином, від відношення кількості витків вторинної котушки до кількості витків провідника на первинній котушці. Якщо на первинній котушці більше поворотів порівняно з вторинною, трансформатор знижує напругу, але якщо первинна котушка має меншу кількість витків порівняно з вторинною котушкою, трансформатор збільшує напругу, подану на первинній.

Трансформатори зробили розподіл електроенергії на великі відстані дуже можливим, економічним та практичним. Для зменшення втрат під час передачі електроенергія передається від генеруючих станцій під високою напругою та низьким струмом, а потім розподіляється по будинках та офісах при низькій напрузі та сильному струмі за допомогою трансформаторів.

Тож ми зупинимось тут, щоб не перевантажувати статтю занадто великою кількістю інформації. У другій частині цієї статті ми будемо обговорювати форми хвиль змінного струму та розглядати деякі рівняння та розрахунки. Залишайтеся з нами.