Τροφοδοσία σε κυκλώματα AC
Τα ρεύματα κατηγοριοποιούνται σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC), με βάση την κατεύθυνση του ρεύματα που διαρρέουν ένα κύκλωμα. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται AC όταν ρέει περιοδικά προς την αντίστροφη κατεύθυνση του. Αντίθετα, όταν το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση, είναι γνωστό ως DC. Η τάση AC μπορεί εύκολα να μετατραπεί από υψηλότερη σε χαμηλότερη τάση και αντίστροφα. Λαμβάνοντας υπόψη αυτήν την ιδιότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος, η ισχύς τάσης από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας μπορεί να μειωθεί για να γίνει ασφαλέστερος για οικιακές συσκευές. Μόνο εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί με πυκνωτές και επαγωγείς για να μετατρέψει τη ροή του ηλεκτρισμού σε άλλη κατεύθυνση. Αυτές οι ιδιότητες του AC βοηθούν στο συντονισμό του ραδιοφωνικού σταθμού. Επομένως, το AC προτιμάται κυρίως για οικιακές συσκευές.
Ρεύμα σε κυκλώματα AC
Τα κυκλώματα AC παρουσιάζουν πάντα αντίσταση. Η μέση ισχύς που απορροφάται από το κύκλωμα γίνεται η συνολική αποθηκευμένη ισχύς και επιστρέφεται μέσω ενός πλήρους κύκλου. Έτσι, η μέση ισχύς που καταναλώνεται από το κύκλωμα είναι η στιγμιαία ισχύς σε έναν κύκλο.
Καθώς το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα και η τάση εξαρτώνται από το χρόνο, η στιγμιαία ισχύς εξαρτάται επίσης από χρόνος t. Δίνεται από
P(t) =I(t) x v(t)
Σκεφτείτε το κύκλωμα LCR. Η τάση V εφαρμόζεται στο κύκλωμα. Η τάση V δίνεται από
V =Vm× sinωt
Το ρεύμα, σε αυτήν την περίπτωση, γράφεται από
I =Im × sin(ωt+Φ)
πού,
Vm – πλάτος της τάσης
Im – Πλάτος ρεύματος
ω – Γωνιακή συχνότητα
Φ – Σταθερά φάσης
Το τρέχον πλάτος δίνεται ως Im =Vm/Z
Όπου Z είναι η σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος, υπολογισμένη από
Z =√[ R2+(XL−XC)2]
Εδώ, XL είναι η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα και XC είναι η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή.
tanΦ=(XL−XC)/R
ή
Φ=tan-1 (XL− XC)/R
Όλες οι παραπάνω εξισώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εύρεση της κατανάλωσης ενέργειας σε ένα κύκλωμα AC.
Ξέρουμε, P =IV
P =(Vm × sin⍵t) × (Im × sin(⍵t + Φ))
Για να βρείτε τη μέση τιμή ισχύος σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος,
Pavg =(Vm × sin⍵t) × (Im × sin(⍵t + Φ))
Ρεύματα χωρίς Watt
Το ρεύμα χωρίς watt είναι επίσης γνωστό ως ρεύμα αδράνειας. Το ρεύμα που εμπλέκεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι γνωστό ως ρεύμα wattless καθώς η μέση ισχύς που καταναλώνεται σε αυτό το κύκλωμα αντιστοιχεί σε μηδέν.
Ρεύμα χωρίς βατ παράγεται μόνο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με έναν μόνο πυκνωτή ή επαγωγέα επειδή, σε επαγωγικό και χωρητικό ηλεκτρικά κυκλώματα AC, τόσο η τάση όσο και το ρεύμα διαφέρουν κατά γωνία φάσης 90° ή π/2.
Δεν υπάρχει τύπος για τον υπολογισμό του ρεύματος wattles, καθώς περιλαμβάνει έναν μόνο πυκνωτή ή επαγωγέα. Ωστόσο, η παρουσία των ρευμάτων χωρίς κύμα μπορεί να επαληθευτεί με μια ικανοποιητική συνθήκη που δείχνει ότι η συνολική κατανάλωση ενέργειας σε ένα συγκεκριμένο κύκλωμα είναι ίση με μηδέν. Για να επιβεβαιωθεί η παρουσία ρεύματος χωρίς κύμα σε ένα κύκλωμα, πρέπει να γνωρίζουμε τη διαφορά θέσης μεταξύ των δύο ημιτονοειδών κυμάτων.
Η φόρμουλα για το ρεύμα χωρίς νερό είναι
P =IVsinӨ
πού,
P – ισχύς σε Watts.
I – ρεύμα σε Amperes.
V – τάση σε Volts.
Ө – διαφορά φάσης μεταξύ του ρεύματος και της τάσης
Συντελεστής ποιότητας
Σε ένα κύκλωμα συντονισμού, ο συντονισμός ή η ευκρίνεια στον συντονισμό ονομάζεται παράγοντας ποιότητας ή παράγοντας Q. Στο κύκλωμα συντονισμού, ο συντελεστής ποιότητας είναι ο λόγος της τάσης κατά μήκος του επαγωγέα ή του πυκνωτή προς την τάση που εφαρμόζεται.
Συντελεστής ποιότητας =τάση σε πηνίο ή πυκνωτή / εφαρμοζόμενη τάση —(1)
Γνωρίζουμε ότι η τάση κατά μήκος L =Iꞷ0L —(2)
Στην παραπάνω εξίσωση, ꞷ0 είναι η γωνιακή συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συντονισμό. Στον συντονισμό, η εφαρμοζόμενη τάση είναι η πτώση δυναμικού στην αντίσταση. Αλλά, κατά μήκος της επαγωγής (L), η πιθανή πτώση είναι η πτώση της χωρητικότητας. Είναι 180ο εκτός φάσης. Οι πιθανές μειώσεις ακυρώνονται και η μόνη πιθανή πτώση της αντίστασης θα υπάρχει.
Εφαρμοσμένη τάση =IR —(3)
Μπορούμε να αντικαταστήσουμε τις εξισώσεις (2) και (3) στην εξίσωση (1),
Q =Iꞷ0L / IR
Q =ꞷ0L /R
Ο συντελεστής ποιότητας ορίζεται επίσης ως ο λόγος της άεργου ισχύος του πυκνωτή ή του επαγωγέα προς τη μέση ισχύ της αντίστασης σε συντονισμό.
Συντελεστής ποιότητας =άεργος ισχύς πυκνωτή ή επαγωγέα / μέση ισχύς της αντίστασης
Σε ένα καθαρό επαγωγικό κύκλωμα, η ισχύς είναι η αντίδραση XL σε συντονισμό,
Συντελεστής ποιότητας =I2XL / I2R
=ꞷrL/ R
Για την αντίσταση χωρητικότητας XC σε συντονισμό,
Συντελεστής ποιότητας =I2XC / I2R
=1 / ꞷr RC
Συντελεστής ισχύος στο κύκλωμα AC
Ο λόγος της πραγματικής ισχύος που ρέει μέσω του κυκλώματος προς τη φαινόμενη ισχύ που υπάρχει στο κύκλωμα είναι γνωστή ως ο Συντελεστής ισχύος σε ένα κύκλωμα AC.
Κανονικά πέφτει μεταξύ -1 και 1 και είναι αδιάστατο.
ο συντελεστής ισχύος ενός κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ίσος με =Αληθινή Ισχύς/ Φαινόμενη ισχύ
Επίσης, cosΦ =R/Z
R- αντίσταση στο κύκλωμα
Z- σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος.
Σημαντικά σημεία
Διαιρέστε την τάση RMS με την σύνθετη αντίσταση για να λάβετε τον νόμο του Ohm για την τιμή RMS ενός εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η γωνία φάσης επηρεάζει τη μέση ισχύ που παρέχεται σε ένα κύκλωμα LCR.
Συμπέρασμα
Υπάρχει αντίθεση στη ροή ρεύματος που είναι γνωστή ως αντίσταση στα κυκλώματα AC και DC, μετρούμενη σε ohms. Η αντίσταση που προσφέρεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζεται αντίσταση AC. Η αντίσταση AC είναι πάντα μεγαλύτερη από την αντίσταση DC στους αγωγούς. Λόγω αυτού, η αποτελεσματική περιοχή του αγωγού μειώνεται καθώς η αντίστασή του αρχίζει να αυξάνεται. Η αντίσταση που εμφανίζεται σε ένα AC είναι γνωστή ως σύνθετη αντίσταση.
Έτσι, το μέγεθος και η κατεύθυνση του AC τροποποιούνται περιοδικά, παρόμοια με την εναλλασσόμενη τάση. Το ημιτονοειδές κύμα του AC είναι απαραίτητο. Είναι οικονομικό και μεταδίδει λιγότερη απόβλητη ενέργεια. Με βάση τις αρχές της αμοιβαίας επαγωγής, το AC μετατρέπεται εύκολα σε άλλους τύπους ρευμάτων. Έτσι, αποφεύγει την απώλεια ισχύος κατά τη μετάδοση. Λόγω αυτής της ιδιότητας, το AC χρησιμοποιείται κυρίως σε οικιακές συσκευές καθώς είναι ασφαλέστερο από άλλα ρεύματα.
