Теория цепей переменного тока: что такое переменный ток и как он генерируется

Введение

Электрическая цепь - это полный проводящий путь, по которому электроны текут от источника к нагрузке и обратно к источнику. Однако направление и величина потока электронов зависят от типа источника. В электротехнике в основном есть два типа источника напряжения или тока (электрическая энергия), которые определяют вид цепи, и они есть; Переменный ток (или напряжение) и постоянный ток.

В следующих нескольких статьях мы сосредоточимся на переменном токе и пройдемся по темам, начиная от переменного тока до форм колебаний переменного тока и так далее.

Цепи переменного тока

Цепи переменного тока, как следует из названия («Переменный ток»), - это просто цепи, питаемые от переменного источника напряжения или тока. Переменного тока или напряжения, это тот, в котором значение либо напряжения или тока изменяется относительно частности, среднее значение и меняет направление периодически.

Большинство современных бытовых и промышленных приборов и систем питаются от переменного тока. Все подключаемые к сети электроприборы на базе постоянного тока и устройства на базе аккумуляторных батарей технически работают от переменного тока, поскольку все они используют некоторую форму постоянного тока, получаемую от переменного тока, либо для зарядки своих батарей, либо для питания системы. Таким образом, переменный ток - это форма, по которой мощность передается в сеть.

Схема переменного тока возникла в 1980-х годах, когда Тесла решил решить проблему неспособности генераторов постоянного тока Томаса Эдисона на больших расстояниях. Он искал способ передачи электроэнергии с высоким напряжением, а затем использовал трансформаторы для повышения или понижения его, что может потребоваться для распределения, и, таким образом, смог минимизировать потери мощности на большом расстоянии, что было основной проблемой Direct Текущий в то время.

Переменный ток и постоянный ток (переменный и постоянный)

Переменный ток и постоянный ток по-разному различаются от генерации к передаче и распределению, но для простоты мы сохраним сравнение их характеристик в этом посте.

Основное различие между переменным и постоянным током, которое также является причиной их разных характеристик, заключается в направлении потока электрической энергии. В постоянном токе электроны движутся в одном направлении или вперед, в то время как в переменном токе электроны периодически меняют направление потока. Это также приводит к изменению уровня напряжения, когда он переключается с положительного на отрицательный в соответствии с током.

Ниже приведена сравнительная таблица, чтобы выделить некоторые различия между переменным и постоянным током. Другие различия будут выделены, когда мы углубимся в изучение цепей переменного тока.

Основание для сравнения	AC	ОКРУГ КОЛУМБИЯ
Мощность передачи энергии	Путешествует на большие расстояния с минимальными потерями энергии	Большое количество энергии теряется при передаче на большие расстояния
Основы генерации	Вращение магнита по проволоке.	Устойчивый магнетизм вдоль проволоки
Частота	Обычно 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны	Частота равна нулю
Направление	Периодически меняет направление на обратное при прохождении через контур	Это устойчивый постоянный поток в одном направлении.
Текущий	Его величина меняется со временем	Постоянная величина
Источник	Все виды генераторов переменного тока и сети	Элементы, батареи, преобразование из переменного тока
Пассивные параметры	Импеданс (RC, RLC и т. Д.)	Только сопротивление
Фактор силы	Лежит между 0 и 1	Всегда 1
Форма волны	Синусоидальный, трапециевидный, треугольный и квадратный	Прямая, иногда пульсирующая.

Основной источник переменного тока (генератор переменного тока с одной катушкой)

Принцип вокруг генерации переменного тока прост. Если магнитное поле или магнит вращается вдоль стационарного набора катушек (проводов) или вращается катушка вокруг стационарного магнитного поля, переменный ток генерируется с помощью генератора переменного тока (генератора переменного тока).

Самая простая форма генератора переменного тока состоит из проволочной петли, которая механически вращается вокруг оси, находясь между северным и южным полюсами магнита.

Рассмотрим изображение ниже.

Когда катушка якоря вращается в магнитном поле, создаваемом магнитами северного и южного полюсов, магнитный поток через катушку изменяется, и заряды, таким образом, проталкиваются через провод, вызывая эффективное напряжение или индуцированное напряжение. Магнитный поток через петлю зависит от угла петли относительно направления магнитного поля. Рассмотрим изображения ниже;

Из изображений, показанных выше, мы можем сделать вывод, что определенное количество линий магнитного поля будет обрезано при вращении якоря, количество обрезанных линий определяет выходное напряжение.. С каждым изменением угла поворота и результирующим круговым движением якоря относительно магнитных линий также изменяется количество «перерезанных магнитных линий», следовательно, изменяется и выходное напряжение. Например, линии магнитного поля, обрезанные под нулевым градусом, равны нулю, что делает результирующее напряжение равным нулю, но при 90 градусах почти все линии магнитного поля обрезаются, таким образом, максимальное напряжение в одном направлении генерируется в одном направлении. То же самое и при 270 градусах, только то, что генерируется в противоположном направлении. Таким образом, возникает изменение напряжения при вращении якоря в магнитном поле, что приводит к формированию синусоидальной формы волны. Таким образом, результирующее индуцированное напряжение имеет синусоидальную форму с угловой частотой ω, измеряемой в радианах в секунду.

Индуцированный ток в приведенной выше схеме определяется уравнением:

I = V / R

Где V = NABwsin (вес)

Где N = скорость

A = Площадь

B = Магнитное поле

w = Угловая частота.

Настоящие генераторы переменного тока, очевидно, сложнее этого, но они работают на тех же принципах и законах электромагнитной индукции, которые описаны выше. Переменный ток также генерируется с помощью определенных типов преобразователей и схем генераторов, которые можно найти в инверторах.

Трансформеры

Принципы индукции, на которых основан переменный ток, не ограничиваются только его производством, но также его передачей и распределением. Как и в то время, когда переменный ток приходил в расчет, одной из основных проблем было то, что постоянный ток не мог передаваться на большие расстояния, поэтому одной из основных проблем, которую необходимо было решить, чтобы переменный ток стал жизнеспособным, была возможность для безопасной передачи генерируемых высоких напряжений (KV) потребителям, которые используют напряжения в диапазоне V, а не KV. Это одна из причин, по которой трансформатор описывается как один из основных компонентов переменного тока, и о нем важно говорить.

В трансформаторах две катушки соединены таким образом, что когда к одной подается переменный ток, он индуцирует напряжение в другой. Трансформаторы - это устройства, которые используются для понижения или повышения напряжения, подаваемого на одном конце (первичная обмотка), для создания более низкого или более высокого напряжения соответственно на другом конце (вторичная обмотка) трансформатора. Индуцированное напряжение во вторичной обмотке всегда равно напряжению, приложенному к первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков вторичной обмотки к первичной обмотке.

Таким образом, трансформатор, являющийся понижающим или повышающим трансформатором, зависит от отношения количества витков вторичной катушки к числу витков проводника первичной обмотки. Если на первичной обмотке больше витков по сравнению с вторичной, трансформатор понижает напряжение, но если первичная обмотка имеет меньшее количество витков по сравнению с вторичной обмоткой, трансформатор увеличивает напряжение, приложенное к первичной обмотке.

Трансформаторы сделали распределение электроэнергии на большие расстояния очень возможным, рентабельным и практичным. Чтобы уменьшить потери при передаче, электроэнергия передается от генерирующих станций с высоким напряжением и низким током, а затем распределяется по домам и офисам с низким напряжением и большим током с помощью трансформаторов.

На этом мы остановимся, чтобы не перегружать статью слишком большим количеством информации. Во второй части этой статьи мы обсудим формы сигналов переменного тока и рассмотрим некоторые уравнения и расчеты. Оставайтесь в курсе.