Co je střídavý obvod?

Základy střídavých obvodů

Střídavý obvod se definuje jako obvod napájený střídavým zdrojem. Střídavý proud (AC) se široce používá pro domácí a průmyslové aplikace díky svým unikátním vlastnostem: na rozdíl od stejnosměrného proudu se jak velikost, tak směr proudu a napětí ve střídavém obvodu časově periodicky mění.

Formy střídavých vln obvykle následují sinusový vzorec, dokončují jeden cyklus s rovnocennými kladnou a zápornou polovinou. Toto chování je matematicky popsáno jako funkce času (t) nebo úhlu (θ = ωt), kde ω představuje úhlovou frekvenci.

Impedance ve střídavých a stejnosměrných obvodech

• V stejnosměrných obvodech pochází odporem jedině od odporu (R).

• V střídavých obvodech odporem pochází z:

• Odporu (R)

• Indukční reaktance (XL = 2πfL), kde L je indukčnost a f je frekvence

• Kapacitní reaktance (XC = 1/(2πfC)), kde C je kapacitance

Fázové vztahy ve střídavých systémech

Ve střídavých obvodech jsou proud a napětí charakterizovány jak velikostí, tak fázovým úhlem. Jejich fázová shoda závisí na parametrech obvodu (R, L, C). Sinusoidální hodnoty, jako jsou napětí a proud, se mění s sinem úhlu θ, což je základní pro analýzu střídavých systémů.

Výhody sinusoidálních vln v produkci energie

Sinusoidální napětí a proud jsou globálně preferovány pro produkci energie kvůli:

• Sníženým ocelovým a měděným ztrátám v transformátorech a rotujících strojích, což zvyšuje efektivitu.

• Minimalizaci rušení sousedních komunikačních systémů.

• Nižším úrovním rušení v elektrických obvodech.

Dynamika střídavého napětí a proudu

Vlna střídavého napětí a proud proudu skrze odpor

Vlna střídavého napětí v čase a proud proudu skrze odpor (R) v obvodu jsou znázorněny níže:

Typy střídavých obvodů a klíčová terminologie
Třídění střídavých obvodů

Střídavé obvody jsou kategorizovány podle konfigurace jejich komponent:

• Čistě odporové (R) obvody

• Čistě kapacitní (C) obvody

• Čistě indukční (L) obvody

• Kombinace odpor-indukce (RL)

• Obvody odpor-kapacita (RC)

• Obvody indukce-kapacita (LC)

• Obvody odpor-indukce-kapacita (RLC)

Základní termíny střídavých obvodů

• Amplituda:Maximální kladná nebo záporná hodnota střídavé veličiny během jednoho cyklu, také známá jako vrcholová hodnota nebo maximální hodnota. Symbolizována jako Em/Vm pro napětí a Im pro proud.

• Alternace:Půlkolo střídavé vlny, odpovídající 180° elektrickému.

• Cyklus:Jeden kompletní soubor kladných a záporných hodnot střídavé veličiny, ekvivalentní 360° elektrickému.

• Okamžitá hodnota:Velikost napětí nebo proudu v libovolném specifickém okamžiku, označena jako e (napětí) nebo i (proud).

• Frekvence (f): Počet kol za sekundu střídavé veličiny, měřen v herzích (Hz).

• Časový období (T):Doba v sekundách potřebná k dokončení jednoho cyklu vlny napětí nebo proudu.

• Vlna:Grafické zobrazení, které zobrazuje okamžité hodnoty střídavé veličiny (napětí/proud) na y-ose proti času (t) nebo úhlu (θ = ωt) na x-ose.

Střídavé napětí periodicky mění polaritu a velikost, zatímco střídavý proud následuje – mění směr a amplitudu v čase. Když se střídavý zdroj napětí připojí k odporovému zatížení (jak je znázorněno níže), proud teče v jednom směru během kladné půlkole a obrátí se během záporné půlkole, kopíruje změny polaritu zdroje.