Vaihtovirta: Määritelmä ominaisuudet ja sovellukset
Mikä on vaihtovirta?
Vaihtovirta (AC) on vaihtovirta, joka muuttaa suuntaa ja suuruutta säännöllisesti. Toisin kuin suoravirta (DC), joka virtaa vain yhdessä suunnassa, AC voidaan käyttää pitkien etäisyyksien sähkövoiman siirtämiseen pienemmällä energiahäviöllä. AC on myös se sähköenergian muoto, jota useimmat kotitaloustarvikkeet ja laitteet käyttävät, kun ne liitetään seinän pistokkeeseen.
Vaihtovirran aaltomuodon voi vaihdella lähdettä ja kuormaa mukaan. Yleisin aaltomuoto on siniaalto, jolla on sileä ja symmetrinen muoto. Muut aaltomuodot ovat neliömuodot, kolmio- ja pilkkulineja, joilla on erilaisia ominaisuuksia ja sovellutuksia.
Miten vaihtovirtaa mitataan?
Yksi tapa mitata AC on käyttää sen neliöön keskimääräistettyä arvoa (RMS). RMS-arvo on DC-arvo, joka tuottaisi saman määrän lämpöä vastuessa. RMS-arvo lasketaan neliöimällä AC-aaltomuodon hetkelliset arvot, ottaen keskiarvo yhdestä kierrosta ja ottamalla neliöjuuri.
Sinimuotoisen AC-aaltomuodon RMS-arvo on sama kuin sen huippuarvo jaettuna kahden neliöjuurella:
Neliömäisen AC-aaltomuodon RMS-arvo on sama kuin sen huippuarvo:
Kolmio-muotoisen AC-aaltomuodon RMS-arvo on sama kuin sen huippuarvo jaettuna kolmen neliöjuurella:
Pilkkuline-muotoisen AC-aaltomuodon RMS-arvo on sama kuin sen huippuarvo jaettuna kuuden neliöjuurella:
Toinen tapa mitata AC on käyttää taajuutta. AC-aaltomuodon taajuus on kierrosten tai jaksojen määrä, jotka tapahtuvat yhdessä sekunnissa. Taajuuden yksikkö on hertsi (Hz), joka tarkoittaa kierroksia sekunnissa. Esimerkiksi 60 Hz:n AC-aaltomuodo suorittaa 60 kierrosta yhdessä sekunnissa.
AC-aaltomuodon taajuus on yhteydessä jaksoon, joka on aika, joka kuluu yhden kierroksen suorittamiseen. Jakso lasketaan jakamalla yksi sekunti taajuudella:
Taajuus lasketaan jakamalla yksi sekunti jaksolla:
Miksi vaihtovirtaa käytetään?
Vaihtovirta on monia etuja suoravirtaan sähkövoiman siirtämiseen ja jakeluun. Joitakin näistä eduista ovat:
Generointi helposti: AC voidaan generoida helposti pyörittämällä juovan säteen magneettikentässä tai pyörittämällä magneetta juovan säteen ympärillä. Tämä ei vaadi kommutaattoreita tai suorituslaitteita, jotka ovat tarpeen DC-generoinnissa.
Jännite kääntely: AC voidaan helposti nostaa tai lasketa käyttämällä transformaattoreita, jotka ovat laitteita, jotka käyttävät sähkömagneettista induktiota muuttaakseen jännitettä ja virran tasoa AC-piirissä. Tämä mahdollistaa AC:n siirtämisen korkeilla jännitteillä ja alhaisilla virtasuureilla, mikä vähentää voimahäviötä johtojen vastustuksesta. Se myös mahdollistaa AC:n toimittamisen eri jännitteillä ja virrasuureilla eri sovelluksissa ja laitteissa.
Voimakerroin korjaus: AC voidaan säätää parantamaan sen voimakerrointa, joka on mittari, joka ilmaisee, kuinka tehokkaasti AC-piiri käyttää voimaa. Voimakerroin määritellään todellisen voiman (voima, joka tekee hyödyllistä työtä) ja ilmeisen voiman (jännitteen ja virran tulo) suhteena. Alhainen voimakerroin tarkoittaa, että osa voimasta menee hukkaan reaktiivisena voimana (voima, joka heilahtelee lähteen ja kuorman välillä). Reaktiivinen voima voi aiheuttaa jännitteen vaihtelua, ylikuumenemista ja lisääntyneitä häviöitä AC-piirissä. Voimakerrointia voidaan parantaa lisäämällä kondensaattoreita tai induktoreita AC-piiriin, jotka voivat kumota osan reaktiivisesta voimasta.
Tietojen siirto: AC voidaan käyttää äänen tai kuvien kaltaisten tietojen siirtämiseen moduloiden sen amplitudia, taajuutta tai vaihesuhdetta. Näin radio, televisio ja matkapuhelin signaalit siirretään sähköjohtimien kautta tai ilman niitä.
