Vsebina
Ko elektrarne napajajo stavbe in gospodinjstva, jih prenašajo na velike razdalje v obliki enosmernega toka (DC). Toda gospodinjski aparati in elektronika se na splošno zanašajo na izmenični tok (AC).
Pretvarjanje med obema oblikama vam lahko pokaže, kako se upori za oblike električne energije med seboj razlikujejo in kako se uporabljajo v praktičnih aplikacijah. Lahko opišete enačbe z enosmernim in izmeničnim tokom ter opišete razlike v enosmerni in izmenični upornosti.
Medtem ko enosmerna moč v električnem tokokrogu teče v eni smeri, se tok iz virov izmeničnega toka v enakih intervalih izmenično spreminja naprej in nazaj. Ta modulacija opisuje, kako se AC spreminja in ima obliko sinusnega vala.
Ta razlika pomeni tudi, da lahko napajalno napetost opišete z dimenzijo časa, ki jo lahko spremenite v prostorsko dimenzijo, da vam pokažemo, kako se napetost spreminja na različnih območjih samega vezja. Z uporabo osnovnih elementov vezja z napajalnikom lahko matematično opišete upor.
DC proti AC odpornosti
Pri tokokrogih na izmenični tok ravnajte z napajanjem s sinusnim valom Ohmov zakon, V = IR za napetost V, trenutno jaz in odpornost R, ampak uporabo impedanca Z namesto R.
Odpornost izmeničnega tokokroga lahko določite na enak način kot za enosmerni tokokrog: z deljenjem napetosti na tok. V primeru vezja izmeničnega toka se upor imenuje impedanca in lahko za različne elemente vezja prevzame druge oblike, kot so induktivni upor in kapacitivni upor, merilni upor induktorjev in kondenzatorjev. Induktorji proizvajajo magnetna polja za shranjevanje energije kot odziv na tok, kondenzatorji pa v tokokrogih shranjujejo naboj.
Električni tok si lahko predstavljate skozi izmenični upor I = Im x greh (ωt + θ) za največjo vrednost toka Sem, kot fazna razlika θ, kotna frekvenca vezja ω in čas t. Fazna razlika je meritev samega kota sinusnega vala, ki kaže, kako tok izstopa iz faze z napetostjo. Če sta tok in napetost medsebojno v fazi, potem bo fazni kot 0 °.
Pogostost je funkcija, koliko sinusnih valov je prešlo v eni točki po eni sekundi. Kotna frekvenca je ta frekvenca, pomnožena z 2π, da se upošteva radialna vrsta vira energije. Pomnožite to enačbo za tok z uporom, da dobite napetost. Napetost ima podobno obliko Vm x greh (ωt) za največjo napetost V. To pomeni, da lahko izračunate izmenično impedanco kot rezultat delitve napetosti na tok, ki mora biti Vm greh (ωt) / jazm greh (ωt + θ) .
Izmenična impedanca z drugimi elementi vezja, kot so induktorji in kondenzatorji, uporabi enačbe Z = √ (R2 + XL2), Z = √ (R2 + XC2) in Z = √ (R2 + (XL- XC)2 za induktivni upor XL, kapacitivni upor XC najti AC impedanco Z. S tem lahko merite impedanco na induktorjih in kondenzatorjih v izmeničnih tokokrogih. Uporabite lahko tudi enačbe XL = 2πfL in XC = 1 / 2πfC za primerjavo teh vrednosti upora z induktivnostjo L in kapacitivnost C za induktivnost v Henryu in kapacitivnost v Faradsu.
Enačbe vezja DC proti AC
Čeprav imajo enačbe za tokokroge izmeničnega in istosmernega toka različne oblike, sta oba odvisna od istih načel. To lahko dokaže vadnica vezja DC in AC. Enosmerni tokokrogi imajo ničelno frekvenco, ker če bi opazovali vir energije za enosmerni tokokrog, ne bi pokazali nobene oblike valov ali kota, pod katerim bi lahko izmerili, koliko valov bi prešlo določeno točko. AC vezja prikazujejo te valove z grebeni, koriti in amplitudami, ki vam omogočajo, da jih opišete s frekvenco.
Primerjava enačb z enosmernim tokom in vezjem lahko prikazuje različne izraze za napetost, tok in upor, vendar so osnovne teorije, ki urejajo te enačbe, enake. Razlike v enačbah vezja DC in AC nastanejo po naravi samih elementov vezja.
Uporabljate Ohmov zakon V = IR v obeh primerih seštejete tok, napetost in upor v različnih vrstah vezij enako za enosmerni in izmenični tokokrog. To pomeni, da seštejemo padce napetosti okoli zaprte zanke kot enake nič in izračunamo tok, ki vstopi v vsako vozlišče ali točko v električnem vezju, enak toku, ki ga pušča, vendar za tokokroge izmeničnega toka uporabljamo vektorje.
Vadnica za DC in AC vezja
Če bi imeli vzporedno vezje RLC, torej tokokrog z izmeničnim uporom, induktorjem (L) in kondenzatorjem, razporejenim vzporedno drug z drugim in vzporedno z virom napajanja, bi izračunali tok, napetost in upor (ali v v tem primeru impedanca) enako kot pri enosmernem vezju.
Skupni tok iz vira napajanja mora biti enak vektor vsota toka, ki teče skozi vsako od treh vej. Vektorska vsota pomeni vštevanje vrednosti vsakega toka in njihovo seštevanje, da dobimo jazS2 = JazR2 + (JazL - JAZC)2 za napajalni tok jazS, uporni tok jazR, induktorski tok jazL in kondenzatorskega toka jazC. To je v nasprotju z različico enosmernega tokokroga situacije, ki bi bila jazS = JazR + JazL + JazC.
Ker padci napetosti na vejah ostanejo v vzporednih tokokrogih konstantni, lahko napetosti na vsaki veji v vzporednem vezju RLC izračunamo kot R = V / IR, XL = V / IL in XC = V / IC. To pomeni, da lahko te vrednosti povzamete z eno od izvirnih enačb Z = √ (R2 + (XL- XC)2 dobiti 1 / Z = √ (1 / R)2 + (1 / XL - 1 / XC)2. Ta vrednost 1 / Z se imenuje tudi sprejem za AC vezje. V nasprotju s tem bi padli napetosti na vejah za ustrezen tokokrog z enosmernim napajanjem enak napetostnemu viru napajanja V.
Za serijsko RLC vezje, izmenično vezje z uporom, induktorjem in kondenzatorjem, razporejenim v seriji, lahko uporabite iste metode. Napetost, tok in upor lahko izračunate po istih načelih nastavitve tokov, ki vstopajo in zapustijo vozlišča in točke, ki so enaki med seboj, hkrati pa seštejete padce napetosti v zaprtih zankah kot enako nič.
Tok skozi tokokrog bi bil enak v vseh elementih in bi ga dajal tok za vir izmeničnega toka I = Im x greh (ωt). Napetost na drugi strani se lahko okoli zanke sešteje kot Vs - VR - VL - VC = 0 za VR za napajalno napetost VS, napetost upora VR, napetost induktorja VL in napetost kondenzatorja VC.
Za ustrezen enosmerni tokokrog bi bil tok preprosto V / R kot ga daje zakon Ohms, in tudi napetost bi bila Vs - VR - VL - VC = 0 za vsako komponento v seriji. Razlika med enosmernim in izmeničnim scenarijem je, da medtem ko za DC lahko merite napetostno upor kot IR, napetost induktorja kot LdI / dt in napetost kondenzatorja kot QC (za doplačilo C in kapacitivnost Q), bi bile napetosti za izmenični tokokrog VR = IR, VL = IXLgreh (ωt + 90_ °) in VC = _IXCgreh (ωt - 90°). To kaže, kako imajo tokokrogi AC RLC induktor pred napetostnim virom za 90 ° in kondenzator za 90 °.