Prąd przemienny: Definicja właściwości i zastosowania
Co to jest prąd zmienny?
Prąd zmienny (AC) to prąd elektryczny, który okresowo zmienia swoją kierunkowość i wartość. W odróżnieniu od prądu stałego (DC), który płynie tylko w jednym kierunku, AC można wykorzystać do przesyłania energii na długie dystanse z mniejszymi stratami energii. AC to również forma energii elektrycznej, której używają większość urządzeń domowych, gdy są podłączone do gniazdka.
Kształt fali AC może się różnić w zależności od źródła i obciążenia. Najbardziej powszechny kształt fali to fala sinusoidalna, która ma gładki i symetryczny kształt. Inne kształty fal obejmują fale prostokątne, trójkątne i piłokształtne, które mają różne charakterystyki i zastosowania.
Jak mierzyć prąd zmienny?
Jednym ze sposobów pomiaru AC jest użycie wartości skutecznej (RMS). Wartość RMS fali AC to równoważna wartość DC, która wytworzyłaby taką samą ilość ciepła w rezystorze. Wartość RMS można obliczyć, podnosząc do kwadratu chwilowe wartości fali AC, biorąc średnią w ciągu jednego cyklu, a następnie biorąc pierwiastek kwadratowy.
Wartość RMS sinusoidalnej fali AC jest równa jej wartości szczytowej podzielonej przez pierwiastek z dwóch:
Wartość RMS prostokątnej fali AC jest równa jej wartości szczytowej:
Wartość RMS trójkątniej fali AC jest równa jej wartości szczytowej podzielonej przez pierwiastek z trzech:
Wartość RMS piłokształtnej fali AC jest równa jej wartości szczytowej podzielonej przez pierwiastek z sześciu:
Innym sposobem pomiaru AC jest użycie częstotliwości. Częstotliwość fali AC to liczba cykli lub okresów, które występują w ciągu jednej sekundy. Jednostką częstotliwości jest herc (Hz), co oznacza cykle na sekundę. Na przykład, fala AC o częstotliwości 60 Hz wykonuje 60 cykli w ciągu jednej sekundy.
Częstotliwość fali AC jest związana z jej okresem, który to czas potrzebny na ukończenie jednego cyklu. Okres można obliczyć, dzieląc jedną sekundę przez częstotliwość:
Częstotliwość można obliczyć, dzieląc jedną sekundę przez okres:
Dlaczego używa się prądu zmiennego?
Prąd zmienny ma wiele zalet nad prądem stałym w zakresie przesyłania i dystrybucji energii. Niektóre z tych zalet to:
Łatwość generacji: AC można łatwo wygenerować, obracając zwój drutu w polu magnetycznym lub obracając magnes wokół zwiniętego drutu. Nie wymaga to żadnych komutatorów ani prostowników, które są niezbędne do generacji DC.
Napięcie transformacja: AC można łatwo podnieść lub obniżyć, używając transformatorów, które są urządzeniami, które wykorzystują indukcję elektromagnetyczną, aby zmienić napięcie i poziom prądu w obwodzie AC. Pozwala to na przesyłanie AC przy wysokich napięciach i niskich prądach, co redukuje straty energii spowodowane oporem przewodów. Umożliwia to także dostarczanie AC w różnych napięciach i prądach dla różnych zastosowań i urządzeń.
Faktor mocy korekcja: AC można dostosować, aby poprawić jego współczynnik mocy, który jest miarą tego, jak efektywnie obwód AC wykorzystuje moc. Faktor mocy definiuje się jako stosunek rzeczywistej mocy (mocy, która wykonuje użyteczną pracę) do widocznej mocy (iloczynu napięcia i prądu). Niski współczynnik mocy oznacza, że część mocy jest marnowana jako reaktywna moc (moc, która oscyluje między źródłem a obciążeniem). Reaktywna moc może powodować wahania napięcia, nagrzewanie się i zwiększone straty w obwodzie AC. Faktor mocy można poprawić, dodając kondensatory lub
