Växelström: Definition, egenskaper och tillämpningar
Vad är växelström?
En växelström (AC) är en elektrisk ström som ändrar riktning och styrka periodiskt. I motsats till gångström (DC), som flödar endast i en riktning, kan AC användas för att överföra energi över långa avstånd med mindre energiförlust. AC är också den form av elektrisk energi som de flesta hushållsapparater och enheter använder när de är anslutna till en vägguttag.
Formen på AC-vågen kan variera beroende på källan och belastningen. Den vanligaste vågformen är en sinusvåg, som har en slät och symmetrisk form. Andra vågformer inkluderar kvadratiska vågor, triangulära vågor och sågtandsvågor, vilka har olika egenskaper och tillämpningar.
Hur mäts växelström?
Ett sätt att mäta AC är genom att använda dess effektivvärde (RMS). Det effektivvärde av en AC-våg är det DC-värde som skulle producera samma mängd värme i en motstånd. Effektivvärdet kan beräknas genom att kvadrera de momentana värdena av AC-vågen, ta genomsnittet under en cykel och sedan ta kvadratroten.
Effektivvärdet för en sinusformig AC-våg är lika med dess toppvärde delat med kvadratroten ur två:
Effektivvärdet för en kvadratisk AC-våg är lika med dess toppvärde:
Effektivvärdet för en triangulär AC-våg är lika med dess toppvärde delat med kvadratroten ur tre:
Effektivvärdet för en sågtandformig AC-våg är lika med dess toppvärde delat med kvadratroten ur sex:
Ett annat sätt att mäta AC är genom att använda dess frekvens. Frekvensen för en AC-våg är antalet cykler eller perioder som inträffar inom en sekund. Enheten för frekvens är hertz (Hz), vilket betyder cykler per sekund. Till exempel fullföljer en 60 Hz AC-våg 60 cykler inom en sekund.
Frekvensen för en AC-våg är relaterad till dess period, vilket är tiden det tar för en cykel att slutföras. Perioden kan beräknas genom att dela en sekund med frekvensen:
Frekvensen kan beräknas genom att dela en sekund med perioden:
Varför används växelström?
Växelström har många fördelar jämfört med gångström för energioverföring och distribution. Några av dessa fördelar är:
Lätt generering: AC kan genereras enkelt genom att rotera en spole tråd i ett magnetfält eller genom att rotera en magnet runt en spole tråd. Detta kräver inte några kommutatorer eller rektifierare, vilka behövs för DC-generering.
Spänning transformation: AC kan lätt stegras upp eller ner genom att använda transformatorer, vilka är enheter som använder elektromagnetisk induktion för att ändra spänningen och strömnivåerna i en AC-krets. Detta gör att AC kan överföras vid höga spänningar och låga strömmar, vilket minskar energiförlusten på grund av motstånd i ledarna. Det gör också att AC kan levereras vid olika spänningar och strömmar för olika tillämpningar och enheter.
Effektfaktor korrektion: AC kan justeras för att förbättra sin effektfaktor, vilket är ett mått på hur effektivt en AC-krets använder energi. Effektfaktor definieras som förhållandet mellan verklig effekt (den effekt som utför nyttigt arbete) och synlig effekt (produk
