Vad är en växelströmskrets?

Grundläggande omväxlingskrets

En omväxlingskrets definieras som en krets som drivs av en växelströmskälla. Växelström (AC) används vidt och brett för hem- och industriländamål på grund av dess unika egenskaper: till skillnad från likström varierar både strömmens och spännings styrka och riktning periodiskt över tid i en AC-krets.

AC-vågor följer vanligtvis en sinusformig mönster, med en full cykel bestående av lika positiva och negativa hälften. Detta beteende beskrivs matematiskt som en funktion av tid (t) eller vinkel (θ = ωt), där ω representerar den vinkelstora frekvensen.

Impedans i AC jämfört med DC-kretsar

• I DC-kretsar kommer strömopposition endast från resistans (R).

• I AC-kretsar uppstår opposition från:

• Resistans (R)

• Induktiv reaktans (XL = 2πfL), där L är induktans och f är frekvens

• Kapacitiv reaktans (XC = 1/(2πfC)), där C är kapacitans

Fasförhållanden i AC-system

I AC-kretsar karakteriseras ström och spänning av både magnitud och fasvinkel. Deras fasjustering beror på kretsparametrar (R, L, C). Sinusformiga storheter som spänning och ström varierar med sinuset av vinkeln θ, vilket gör dem fundamentala för analys av AC-system.

Fördelar med sinusformiga vågor i energiproduktion

Sinusformiga spänningar och strömmar föredras globalt för energiproduktion på grund av:

• Minskade järn- och kopparförluster i transformatorer och roterande maskiner, vilket ökar effektiviteten.

• Minimerad interferens med angränsande kommunikationssystem.

• Lägre störningsnivåer i elektriska kretsar.

Dynamik för växelspänning och -ström

Vågform för växelspänning och resistiv ström

Vågformen för växelspänningen över tid och strömmen genom resistansen (R) i kretsen visas nedan:

Typer av AC-kretsar och viktig terminologi
Klassificering av AC-kretsar

AC-kretsar kategoriseras baserat på deras komponentkonfigurationer:

• Ren resistans (R) kretsar

• Ren kapacitans (C) kretsar

• Ren induktans (L) kretsar

• RL (resistans-induktans) kombinationer

• RC (resistans-kapacitans) kretsar

• LC (induktans-kapacitans) kretsar

• RLC (resistans-induktans-kapacitans) kretsar

Viktiga termer för AC-kretsar

• Amplitud:Den maximala positiva eller negativa värdet av en alternerande storhet inom en cykel, även känd som toppvärde. Symboliserad av Em/Vm för spänning och Im för ström.

• Alternering:En halvcykel av en alternerande vågform, motsvarande 180° elektriskt.

• Cykel:En komplett uppsättning av positiva och negativa värden av en alternerande storhet, motsvarande 360° elektriskt.

• Momentanvärde:Spännings- eller strömmens magnitud vid ett specifikt ögonblick, betecknas med e (spänning) eller i (ström).

• Frekvens (f): Antalet cyklar per sekund av en alternerande storhet, mätt i hertz (Hz).

• Tidsperiod (T):Tiden i sekunder för att slutföra en cykel av en spännings- eller strömvågform.

• Vågform:En grafisk representation som plottar momentana värden av en alternerande storhet (spänning/ström) på y-axeln mot tid (t) eller vinkel (θ = ωt) på x-axeln.

En växelspänning växlar periodiskt polaritet och magnitud, medan växelströmmen följer med, ändrar riktning och amplitud över tid. När en växelspänningskälla ansluts till en resistiv belastning (som visas nedan) flödar strömmen i en riktning under den positiva halvcykeln och växlar riktning under den negativa halvcykeln, speglar källans polaritetsförändringar.