Wat is een wisselstroomcircuit?

Grondprincipes van Wisselstroomcircuits

Een wisselstroomcircuit wordt gedefinieerd als een circuit dat gevoed wordt door een wisselspanningsbron. Wisselstroom (AC) wordt breed gebruikt voor huishoudelijke en industriële toepassingen vanwege zijn unieke eigenschappen: in tegenstelling tot gelijkstroom varieert zowel de grootte als de richting van stroom en spanning in een wisselstroomcircuit periodiek over de tijd.

Wisselspanningsgolven volgen meestal een sinusvormig patroon, met één cyclus die bestaat uit gelijke positieve en negatieve helften. Dit gedrag wordt wiskundig beschreven als een functie van de tijd (t) of hoek (θ = ωt), waarbij ω de hoekfrequentie vertegenwoordigt.

Impedantie in Wisselstroom versus Gelijkstroomcircuits

• In gelijkstroomcircuits komt de stroomverzet uitsluitend voort uit weerstand (R).

• In wisselstroomcircuits ontstaat verzet door:

• Weerstand (R)

• Inductieve reactantie (XL = 2πfL), waarbij L de inductie is en f de frequentie

• Capacitieve reactantie (XC = 1/(2πfC)), waarbij C de capaciteit is

Faseverhoudingen in Wisselstroomsystemen

In wisselstroomcircuits worden stroom en spanning gekenmerkt door zowel grootte als fasehoek. Hun faseovereenstemming hangt af van de circuitparameters (R, L, C). Sinusvormige grootheden zoals spanning en stroom variëren met de sinus van hoek θ, waardoor ze fundamenteel zijn voor de analyse van wisselstroomsystemen.

Voordelen van Sinusvormige Golven in Energieopwekking

Sinusvormige spanning en stroom worden wereldwijd voor energieopwekking verkozen vanwege:

• Gereduceerde ijzer- en koperverliezen in transformatoren en roterende machines, wat de efficiëntie verhoogt.

• Geminderde interferentie met naburige communicatiesystemen.

• Lagere verstoring in elektrische circuits.

Dynamiek van Wisselspanning en -stroom

Golfvorm van Wisselspanning en Weerstandsstromen

De golfvorm van wisselspanning over de tijd en de stroom die door de weerstand (R) in het circuit stroomt, wordt hieronder getoond:

Soorten Wisselstroomcircuits en Belangrijke Terminologie
Classificatie van Wisselstroomcircuits

Wisselstroomcircuits worden ingedeeld op basis van hun componentconfiguraties:

• Zuivere weerstand (R) circuits

• Zuivere capaciteit (C) circuits

• Zuivere inductie (L) circuits

• RL (weerstand-inductie) combinaties

• RC (weerstand-capaciteit) circuits

• LC (inductie-capaciteit) circuits

• RLC (weerstand-inductie-capaciteit) circuits

Belangrijke Termen voor Wisselstroomcircuits

• Amplitude:De maximale positieve of negatieve waarde van een wisselgrootheid binnen één cyclus, ook bekend als piekwaarde of maximale waarde. Aangeduid door Em/Vm voor spanning en Im voor stroom.

• Alternatie:Een halve cyclus van een wisselgolfvorm, overeenkomend met 180° elektrisch.

• Cyclus:Eén complete set van positieve en negatieve waarden van een wisselgrootheid, equivalent aan 360° elektrisch.

• Momentane Waarde:De spanning- of stroomgrootte op elk specifiek moment, aangeduid door e (spanning) of i (stroom).

• Frequentie (f):Het aantal cycli per seconde van een wisselgrootheid, gemeten in hertz (Hz).

• Tijdsperiode (T):De duur in seconden om één cyclus van een spannings- of stroomgolfvorm te voltooien.

• Golfvorm:Een grafische weergave waarbij de momentane waarden van een wisselgrootheid (spanning/stroom) op de y-as worden geplot tegen de tijd (t) of hoek (θ = ωt) op de x-as.

Een wisselspanning keert periodiek polariteit en grootte om, terwijl de wisselstroom dit volgt – de richting en amplitude veranderen met de tijd. Wanneer een wisselspanningsbron verbonden wordt met een weerstandslading (zoals hieronder getoond), stroomt de stroom in één richting tijdens de positieve halve cyclus en keert deze om tijdens de negatieve halve cyclus, spiegelend de polariteitsveranderingen van de bron.