Teorija izmjeničnih krugova: što je izmjenični napon i kako se generira

Uvod

Električni krug je cjelovit vodljivi put kojim elektroni teku od izvora do tereta i natrag do izvora. Smjer i veličina protoka elektrona međutim ovise o vrsti izvora. U elektrotehnici u osnovi postoje dvije vrste izvora napona ili struje (električne energije) koji definiraju vrstu sklopa, a to su; Izmjenična struja (ili napon) i istosmjerna struja.

Sljedećih nekoliko postova usredotočit ćemo se na naizmjeničnu struju i kretati se kroz teme u rasponu od izmjeničnih struja do oblika valova izmjenične struje i tako dalje.

Krugovi izmjenične struje

Kružni krugovi naizmjenične struje, kako naziv govori (izmjenična struja), jednostavno su sklopovi napajani izmjeničnim izvorom, bilo naponom ili strujom. Izmjenične struje ili napona, je onaj u kojem je vrijednost bilo napona ili tekuće različit, o pojedinom srednja vrijednost i obrće smjer povremeno.

Većina današnjih kućanskih i industrijskih uređaja i sustava napaja se izmjeničnom strujom. Svi priključeni uređaji na bazi istosmjerne struje i uređaji na bazi punjivih baterija tehnički rade na izmjeničnu struju, jer svi koriste neki oblik istosmjerne energije izvedene iz izmjenične struje ili za punjenje baterija ili za napajanje sustava. Stoga je izmjenična struja oblik preko kojeg se napajanje isporučuje na mreži.

Naizmjenični sklop nastao je 1980-ih kada je Tesla odlučio riješiti dugotrajnu nesposobnost istosmjernih generatora Thomasa Edisona. Tražio je način prijenosa električne energije pod visokim naponom, a zatim je upotrijebio upotrebu transformatora kako bi ga povećao ili spustio prema potrebi za distribuciju, te je na taj način uspio smanjiti gubitak snage na velikoj udaljenosti, što je bio glavni problem Direct-a. Aktualno u to vrijeme.

Izmjenična struja VS istosmjerna (izmjenična i istosmjerna struja)

AC i DC razlikuju se na nekoliko načina od generacije do prijenosa i distribucije, ali radi jednostavnosti, zadržati ćemo usporedbu s njihovim karakteristikama za ovaj post.

Glavna razlika između izmjeničnog i istosmjernog napona, koja je također uzrok njihovih različitih karakteristika, je smjer strujanja električne energije. U istosmjernoj struji elektroni neprestano teku u jednom smjeru ili prema naprijed, dok u izmjeničnoj struji elektroni izmjenjuju smjer strujanja u periodičnim intervalima. To također dovodi do izmjene u razini napona jer se on prebacuje s pozitivne na negativnu u skladu sa strujom.

Ispod je tablica usporedbe kako bi se istaknula neka razlika između izmjeničnog i istosmjernog napona. Ostale će razlike biti istaknute kako budemo više istraživali krugove naizmjenične struje.

Osnova za usporedbu	AC	DC
Kapacitet prijenosa energije	Putuje na velike udaljenosti s minimalnim gubicima energije	Velika količina energije gubi se kada se pošalje na velike udaljenosti
Osnove generacije	Rotiranje magneta duž žice.	Stalni magnetizam duž žice
Frekvencija	Obično 50Hz ili 60Hz, ovisno o zemlji	Frekvencija je Nula
Smjer	Povremeno okreće smjer kad teče kroz krug	Stalni je stalni protok u jednom smjeru.
Trenutno	Njegova se veličina mijenja s vremenom	Stalna veličina
Izvor	Svi oblici AC generatora i mreže	Stanice, baterije, pretvorba iz izmjenične struje
Pasivni parametri	Impedancija (RC, RLC, itd.)	Samo otpor
Faktor snage	Laže između 0 i 1	Uvijek 1
Valni oblik	Sinusoidni, trapezoidni, trokutasti i kvadratni	Ravna linija, ponekad pulsirajuća.

Osnovni izvor izmjenične struje (generator izmjeničnog napona s jednom zavojnicom)

Princip oko AC generacije je jednostavan. Ako se magnetsko polje ili magnet okreće duž nepokretnog sklopa zavojnica (žica) ili rotacije zavojnice oko nepokretnog magnetskog polja, generira se izmjenična struja pomoću izmjeničnog generatora (alternatora).

Najjednostavniji oblik generatora izmjenične struje sastoji se od petlje žice koja se mehanički okreće oko osi dok je smještena između sjevernog i južnog pola magneta.

Razmotrite donju sliku.

Kako se zavojnica armature okreće unutar magnetskog polja stvorenog magnetima sjevernog i južnog pola, magnetski tok kroz zavojnicu mijenja se, a naboji se tako prisiljavaju kroz žicu, što dovodi do efektivnog napona ili induciranog napona. Magnetski tok kroz petlju rezultat je kuta petlje u odnosu na smjer magnetskog polja. Razmotrite slike u nastavku;

Iz slika prikazanih gore možemo zaključiti da će se određeni broj vodova magnetskog polja rezati dok se armatura okreće, a količina "presječenih linija" određuje izlazni napon. Sa svakom promjenom kuta rotacije i rezultirajućim kružnim kretanjem armature prema magnetskim linijama, mijenja se i količina "presječenih magnetskih linija", pa se tako mijenja i izlazni napon. Na primjer, linije magnetskog polja presječene na nula stupnjeva jednake su nuli što rezultirajući napon čini nulu, ali na 90 stupnjeva gotovo su sve linije magnetskog polja presječene, pa se maksimalni napon u jednom smjeru generira u jednom smjeru. Isto vrijedi na 270 stupnjeva samo da se generira u suprotnom smjeru. Stoga dolazi do promjene napona dok se armatura okreće unutar magnetskog polja što dovodi do stvaranja sinusnog oblika vala. Rezultat induciranog napona je prema tome sinusoidan, s kutnom frekvencijom ω izmjerenom u radijanima u sekundi.

Inducirana struja u gornjim postavkama daje jednadžbom:

I = V / R

Gdje je V = NABwsin (tež.)

Gdje je N = brzina

A = Područje

B = Magnetsko polje

w = kutna frekvencija.

Stvarni generatori izmjenične struje očito su složeniji od ovoga, ali rade na istim principima i zakonima elektromagnetske indukcije kao što je gore opisano. Izmjenična struja također se generira pomoću određene vrste pretvarača i oscilatornih krugova koji se nalaze u pretvaračima.

Transformatori

Principi indukcije na kojima se temelji izmjenični napon nisu ograničeni samo na njegovo stvaranje već i na njegov prijenos i distribuciju. Kako je u vrijeme kada je AC počeo računati, jedno od glavnih pitanja bila činjenica da se DC ne može prenositi na velike udaljenosti, pa je jedno od glavnih problema, AC trebalo riješiti da bi postalo održivo, biti za sigurnu isporuku visokih napona (KV) generiranih potrošačima koji koriste napone u V opsegu, a ne KV. To je jedan od razloga zašto je transformator opisan kao jedan od glavnih pokretača izmjeničnog napona i o njemu je važno razgovarati.

U transformatorima su dvije zavojnice ožičene na takav način da kada se u jedan primijeni izmjenična struja, u drugom se inducira napon. Transformatori su uređaji koji se koriste za spuštanje ili pojačavanje napona primijenjenog na jednom kraju (primarna zavojnica) da bi proizveli niži ili viši napon na drugom kraju (sekundarna zavojnica) transformatora. Inducirani napon u sekundarnoj zavojnici uvijek je jednak naponu primijenjenom na primarnoj pomnoženoj s omjerom broja zavoja sekundarne zavojnice i primarne zavojnice.

Transformator koji je silazni ili pojačani transformator tako ovisi o omjeru broja zavoja na sekundarnoj zavojnici i broja zavoja vodiča na primarnoj zavojnici. Ako na primarnoj zavojnici ima više zavoja u odnosu na sekundarnu, transformator spušta napon, ali ako primarna zavojnica ima manji broj zavoja u odnosu na sekundarnu zavojnicu, transformator pojačava napon primijenjen na primarnoj.

Transformatori su distribuciju električne energije na velike domete učinili vrlo mogućom, isplativom i praktičnom. Kako bi se smanjili gubici tijekom prijenosa, električna snaga prenosi se iz proizvodnih stanica pod visokim naponom i slabom strujom, a zatim se uz pomoć transformatora distribuira u domove i urede pod niskim naponom i velikom strujom.

Stoga ćemo ovdje stati kako ne bismo članak pretrpali previše informacijama. U drugom dijelu ovog članka razgovarat ćemo o valnim oblicima izmjenične struje i ući u neke jednadžbe i proračune. Pratite nas.