Što je izmjenična i izmjenična struja (istosmjerna struja) i njezine primjene

Što je izmjenična i izmjenična struja (istosmjerna struja) i njezine primjene

I izmjenična i istosmjerna struja opisuju dvije vrste protoka struje u krugu. U istosmjernoj struji električni naboj ili struja teče u jednom smjeru. U izmjeničnoj struji električni naboj povremeno mijenja smjer. Napon u izmjeničnim krugovima također se ponekad obrne jer struja mijenja smjer. Većina digitalne elektronike koju gradite pomoću istosmjerne struje. Međutim, lako je razumjeti neke koncepte izmjenične struje. Većina je kuća ožičena za izmjeničnu struju, pa ako želite povezati svoj projekt melodije Tardis s utičnicom, morat ćete pretvoriti AC u DC . AC ima i neka korisna svojstva, poput mogućnosti pretvaranja razina napona s jednom komponentom, kao što je transformator, zbog čega u početku moramo odabrati izmjenična sredstva za prijenos električne energije na velike udaljenosti.



Što je izmjenična struja (izmjenična struja)

Izmjenična struja znači protok naboja koji povremeno mijenja smjer. Kao rezultat, razina napona se također obrće zajedno sa strujom. AC se koristi za napajanje kuća, zgrada, ureda itd.


Stvaranje izmjeničnog napona

AC se može proizvesti korištenjem uređaja koji se naziva alternatorom. Ovaj je uređaj posebna vrsta električni generator dizajniran za proizvodnju izmjenične struje.





Generiranje izmjenične struje

Stvaranje izmjeničnog napona

Petlja žice rotira se unutar magnetskog polja, koje inducira struju duž žice. Rotacija žice dolazi iz različitih izvora poput parne turbine, vjetroagregata, vode koja teče itd. Budući da se žica povremeno okreće i ulazi u drugačiji magnetski polaritet, na žici se izmjenjuju napon i struja. Evo male animacije koja prikazuje ovaj princip:



Da bismo generirali izmjenični tok u skupu vodovodnih cijevi, povezujemo mehaničke karakteristike klipa koji pomiče vodu u cijevima naprijed-natrag (naša 'izmjenična' struja).

Valni oblici

AC može doći u velikom broju valnih oblika, sve dok se struja i napon izmjenjuju. Ako osciloskop priključimo na krug s izmjeničnim naponom i nanesemo njegov napon, tijekom duljeg vremena mogli bismo vidjeti niz različitih valnih oblika. Sinusni val je najčešća vrsta izmjeničnog napona. AC u većini domova i ureda ima oscilirajući napon koji stvara sinusni val.


Sinusni val

Sinusni val

Ostali oblici AC uključuju kvadratni val i val trokuta. Kvadratni valovi često se koriste u digitalnoj i komutacijskoj elektronici te također testiraju njihov rad.

Kvadratni val

Kvadratni val

Trokutasti valovi korisni su za ispitivanje linearne elektronike poput pojačala.

Trokutni val

Trokutni val

Opisujući sinusni val

Često moramo matematički opisati valni oblik izmjenične struje. Za ovaj primjer upotrijebit ćemo uobičajeni sinusni val. Postoje tri dijela sinusnog vala: frekvencija, amplituda i faza.

Gledajući samo napon, možemo opisati matematičku jednadžbu sinusnog vala:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) je naš napon u funkciji vremena, što znači da se naš napon mijenja kako se vrijeme mijenja.

VP je amplituda. Ovo opisuje maksimalni napon koji naš sinusni val može doseći u bilo kojem smjeru, znači da naš napon može biti + VP volti, -VP volti.

Funkcija sin () ukazuje da će naš napon biti u obliku periodičnog sinusnog vala, što je glatka oscilacija oko 0V.

2π je konstanta koja pretvara frekvenciju iz ciklusa ili u hercima u kutnu frekvenciju (radijani u sekundi).

f označava frekvenciju sinusnog vala. To se daje u obliku herca ili jedinica u sekundi.

t je naša ovisna varijabla: vrijeme (mjereno u sekundama). Kako vrijeme varira, tako se mijenja i naš valni oblik.

φ opisuje fazu sinusnog vala. Faza je mjera koliko je valni oblik pomaknut u odnosu na vrijeme. Često se daje kao broj između 0 i 360 i mjeri se u stupnjevima. Zbog periodične prirode sinusnog vala, ako se valni oblik pomakne za 360 °, on opet postaje isti valni oblik, kao da je pomaknut za 0 °. Radi jednostavnosti pretpostavit ćemo da je faza 0 ° za ostatak ovog vodiča.

Možemo se obratiti pouzdanoj utičnici za dobar primjer kako funkcionira izmjenični val. U Sjedinjenim Državama napajanje naših domova je izmjenično sa oko 170 V od nule do vrha (amplituda) i 60 Hz (frekvencija). Te brojeve možemo uključiti u našu formulu kako bismo dobili jednadžbu

V (t) = 170 grijeha (2π60t)

Za grafički prikaz ove jednadžbe možemo se poslužiti našim praktičnim grafičkim kalkulatorom. Ako nije dostupan grafički kalkulator, možemo koristiti besplatni mrežni program za grafikovanje poput Desmosa.

grafički kalkulator

Prijave

Kućne i uredske utičnice gotovo se uvijek koriste u klima uređajima. To je zato što je stvaranje i transport AC na velike udaljenosti i relativno jednostavan. Pri visokim naponima poput preko 110 kV, manje energije se gubi u prijenosu električne energije. Viši naponi znače manje struje, a manje struje znače manje topline koja se stvara u dalekovodu zbog otpora. AC se može pretvoriti iz visokog napona lako pomoću transformatora.

AC je također sposoban za napajanje elektromotora . Motori i generatori potpuno su isti uređaj, ali motori se pretvaraju električna energija u mehaničku energiju. To je korisno za mnoge velike uređaje poput hladnjaka, perilica posuđa itd. Koji rade na izmjeničnu struju.

Što je istosmjerna struja (istosmjerna struja)

Istosmjerna struja znači jednosmjerni tok električnog naboja. Proizvodi se iz izvora kao što su baterije, napajanja, solarne ćelije, termoparovi ili dinamo. Istosmjerna struja može teći u vodiču kao što je žica, ali također može teći kroz izolatore, poluvodiče ili vakuum kao u elektronskim ili ionskim snopovima.

Generiranje istosmjerne struje

DC se može generirati na više načina

  • Generator izmjenične struje pripremljen s uređajem koji se naziva 'komutator' može proizvesti istosmjernu struju
  • Pretvorba izmjeničnog u istosmjerni tok uređaja koji se naziva 'ispravljač'
  • Baterije osiguravaju istosmjernu struju koja nastaje kemijskom reakcijom unutar baterije

Koristeći opet našu analogiju s vodom, DC je sličan spremniku vode s crijevom na kraju.

Stvaranje istosmjerne struje (istosmjerne struje)

Generiranje istosmjerne struje

Spremnik može potiskivati ​​vodu samo u jednom smjeru: iz crijeva. Slično našoj bateriji za proizvodnju istosmjerne struje, kad se spremnik isprazni, voda više ne teče cijevima.

Opisujući DC

Istosmjerna struja definira se kao 'jednosmjerni' tok struje i struja teče samo u jednom smjeru. Napon i struja mogu varirati tijekom dugog vremena, pa se smjer protoka ne mijenja. Da bismo pojednostavili stvari, pretpostavit ćemo da je napon konstanta. Na primjer, baterija daje 1,5 V, što se u matematičkoj jednadžbi može opisati kao:

V (t) = 1,5 V

Ako to vremenom zacrtamo, vidjet ćemo konstantan napon

Parcela istosmjerne struje

Parcela istosmjerne struje

Gornji graf znači da možemo računati na to da će većina istosmjernih izvora osigurati konstantan napon tijekom vremena. Zapravo, baterija će se polako prazniti, što znači da će napon padati dok se baterija koristi. U većinu svrha možemo pretpostaviti da je napon konstantan.

Prijave

svi elektronički projekti i dijelovi za prodaju na SparkFunu na DC-u. Sve što se isprazni iz baterije, priključi na zid AC adapterom ili koristi USB kabel za napajanje, oslanja se na istosmjernu struju. Primjeri istosmjerne elektronike uključuju:

  • Mobiteli
  • Svjetiljke
  • D&D Dice Gauntlet sa sjedištem u LilyPadu
  • Televizori s ravnim ekranom (AC ulazi u TV koji se pretvara u DC)
  • Hibridna i električna vozila

Dakle, ovdje se radi o tome što je izmjenična, istosmjerna struja i njenoj primjeni. Nadamo se da ste bolje razumjeli ovaj koncept. Nadalje, bilo kakve sumnje u vezi s ovim konceptom ili bilo kojim drugim električni i elektronički projekti , dajte svoje vrijedne prijedloge komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas, koja je razlika između izmjenične i istosmjerne struje ?

Foto bodovi: