Co to jest obwód przemienny?

Podstawy obwodów AC

Obwód AC to obwód zasilany przez źródło napędu przemiennego. Prąd przemienny (AC) jest szeroko stosowany w aplikacjach domowych i przemysłowych ze względu na swoje unikalne cechy: w odróżnieniu od prądu stałego (DC), zarówno natężenie, jak i kierunek prądu i napięcia w obwodzie AC zmieniają się okresowo w czasie.

Formy falowe AC typowo podążają za wzorem sinusoidalnym, ukończonego jednego cyklu z równymi pozytywnymi i negatywnymi połówkami. To zachowanie opisane jest matematycznie jako funkcja czasu (t) lub kąta (θ = ωt), gdzie ω reprezentuje częstotliwość kątową.

Impedancja w obwodach AC vs. DC

• W obwodach DC opór dla prądu wynika wyłącznie z oporu (R).

• W obwodach AC opór powstaje z:

• Oporu (R)

• Reaktancji indukcyjnej (XL = 2πfL), gdzie L to indukcyjność, a f to częstotliwość

• Reaktancji pojemnościowej (XC = 1/(2πfC)), gdzie C to pojemność

Związki fazowe w systemach AC

W obwodach AC prąd i napięcie charakteryzują się zarówno wartością, jak i kątem fazowym. Ich wyrównanie fazowe zależy od parametrów obwodu (R, L, C). Sinusoidalne wielkości, takie jak napięcie i prąd, zmieniają się wraz z sinusem kąta θ, co czyni je fundamentalnym elementem analizy systemów AC.

Zalety form falowych sinusoidalnych w generacji energii

Sinusoidalne napięcie i prąd są globalnie preferowane w generacji energii ze względu na:

• Zmniejszone straty żelaza i miedzi w transformatorach i maszynach obrotowych, zwiększające wydajność.

• Minimalizację interferencji z sąsiednimi systemami komunikacyjnymi.

• Niski poziom zakłóceń w obwodach elektrycznych.

Dynamika napięcia i prądu przemiennego

Forma fali napięcia przemiennego i prądu rezystancyjnego

Forma fali napięcia przemiennego w czasie i prąd płynący przez opór (R) w obwodzie przedstawione są poniżej:

Typy obwodów AC i kluczowe terminologie
Klasyfikacja obwodów AC

Obwody AC są klasyfikowane na podstawie konfiguracji ich komponentów:

• Czyste obwody rezystancyjne (R)

• Czyste obwody pojemnościowe (C)

• Czyste obwody indukcyjne (L)

• Kombinacje RL (rezystancja-indukcyjność)

• Obwody RC (rezystancja-pojemność)

• Obwody LC (indukcyjność-pojemność)

• Obwody RLC (rezystancja-indukcyjność-pojemność)

Kluczowe terminy obwodów AC

• Amplituda:Maksymalna dodatnia lub ujemna wartość wielkości przemiennych w ciągu jednego cyklu, znana również jako wartość szczytowa lub maksymalna. Oznaczana symbolem Em/Vm dla napięcia i Im dla prądu.

• Alternacja:Połowa cyklu fali przemiennego, odpowiadająca 180° elektrycznych.

• Cykl:Kompletny zestaw wartości dodatnich i ujemnych wielkości przemiennych, równoważny 360° elektrycznych.

• Wartość chwilowa:Wartość napięcia lub prądu w dowolnym konkretnym momencie, oznaczona symbolem e (napięcie) lub i (prąd).

• Częstotliwość (f): Liczba cykli na sekundę wielkości przemiennych, mierzona w hercach (Hz).

• Okres czasu (T):Czas w sekundach potrzebny do ukończenia jednego cyklu fali napięcia lub prądu.

• Forma fali:Graficzne przedstawienie, na którym wartości chwilowe wielkości przemiennych (napięcia/prądu) są nanoszone na osi y, a czas (t) lub kąt (θ = ωt) na osi x.

Napięcie przemienne okresowo zmienia polaryzację i wartość, podczas gdy prąd przemieny następuje za nim – zmieniając kierunek i amplitudę w czasie. Gdy źródło napięcia AC jest podłączone do obciążenia rezystancyjnego (jak pokazano poniżej), prąd płynie w jednym kierunku podczas pozytywnej połowy cyklu i odwraca się podczas negatywnej połowy cyklu, odzwierciedlając zmiany polaryzacji źródła.