Punkty do dyskusji
- Wprowadzenie do obwodu prądu przemiennego
- Ważne terminologie związane z obwodem prądu przemiennego
- Czysty rezystancyjny obwód prądu przemiennego
- Czysty obwód pojemnościowy AC
- Czysty obwód indukcyjny AC
Wprowadzenie do obwodu prądu przemiennego
AC oznacza prąd przemienny. Jeśli przepływ ładunku ze źródła energii zmienia się okresowo, obwód będzie określany jako obwód prądu przemiennego. Napięcie i prąd (zarówno wielkość, jak i kierunek) obwodu prądu przemiennego zmienia się w czasie.
Obwód prądu przemiennego ma dodatkową rezystancję w kierunku przepływu prądu, ponieważ impedancja i reaktancja występują również w obwodach prądu przemiennego. W tym artykule omówimy trzy podstawowe, ale ważne i fundamentalne obwody prądu przemiennego. Znajdziemy dla nich równania napięcia i prądu, wykresy wskazowe, formaty mocy. Z tych obwodów można wyprowadzić bardziej skomplikowane, ale podstawowe obwody, takie jak - obwody serii RC, obwody serii LC, obwody serii RLC itp.
Co to jest obwód prądu stałego? Dowiedz się o KCL, KVL! Kliknij tutaj!
Ważne terminologie związane z obwodem prądu przemiennego
Analiza i badanie obwodu prądu przemiennego wymaga podstawowej wiedzy z zakresu elektrotechniki. Poniżej zanotowano niektóre z często używanych terminologii w celach informacyjnych. Przestudiuj je krótko przed zapoznaniem się z rodziną obwodów prądu przemiennego.
- Amplituda: Moc płynie w obwodzie prądu przemiennego w postaci fal sinusoidalnych. Amplituda odnosi się do maksymalnej wielkości fali, którą można osiągnąć zarówno w domenie dodatniej, jak i ujemnej. Maksymalna wielkość jest reprezentowana jako Vm i Im (odpowiednio dla napięcia i prądu).
- Alternacja: Sygnały sinusoidalne mają okres 360o. Oznacza to, że fala powtarza się po 360o okres czasu. Połowa tego cyklu to przemiana.
- Wartość chwilowa: Wielkość napięcia i prądu podawanego w dowolnym momencie nazywana jest wartością chwilową.
- Częstotliwość: Częstotliwość jest podana jako liczba cykli utworzonych przez falę w czasie co sekundę. Jednostką częstotliwości jest herc (Hz).
- Okres czasu: Okres czasu można zdefiniować jako przedział czasu potrzebny fali do zakończenia jednego pełnego cyklu.
- Kształt fali: Forma fali jest graficzną reprezentacją propagacji fal.
- Wartości RMS: Wartość RMS oznacza „średnią kwadratową”. Wartość RMS dowolnych składników prądu przemiennego reprezentuje wartość równoważną DC danej wielkości.
Czysty rezystancyjny obwód prądu przemiennego
Jeśli obwód prądu przemiennego składa się tylko z czystej rezystancji, wówczas obwód ten będzie nazywany obwodem prądu przemiennego z czystym rezystancją. W tym typie nie ma cewki indukcyjnej ani kondensatora Obwód prądu przemiennego. W tym obwodzie moc generowana przez rezystancję i składniki energii, napięcie i prądy, pozostają w identycznej fazie. Dzięki temu wzrost napięcia i prądu do wartości szczytowej lub maksymalnej występuje w tym samym czasie.
Załóżmy, że napięcie źródła wynosi V, wartość rezystancji R, prąd przepływający przez obwód I. Opór jest połączony szeregowo. Poniższe równanie podaje napięcie obwodu.
V = Vm grzech
Teraz, z prawa Ohma, wiemy, że V = IR lub I = V / R
Więc obecny będę,
ja = (Vm / R) Sinωt
Albo ja = jam Sinωt; jam = Vm / R
Prąd i napięcie będą miały maksymalną wartość dla ωt = 90o.
Schemat wskazowy obwodu czysto rezystancyjnego
Obserwując równania, możemy stwierdzić, że nie ma różnicy faz między prądem a napięciem obwodu. Oznacza to, że różnica kątów fazowych między dwoma składnikami energii będzie wynosić zero. Tak więc nie ma opóźnienia ani ołowiu między napięciem a prądem czystego rezystancyjnego obwodu prądu przemiennego.
Moc w obwodzie czysto rezystancyjnym
Jak wspomniano wcześniej, prąd i napięcie pozostają w tej samej fazie w obwodzie. ten moc jest podawana jako iloczyn napięcia i prąd. Proponowane dla obwodów prądu przemiennego, wartości chwilowe napięć i prądów są uwzględniane w obliczeniach mocy.
Tak więc moc można zapisać jako - P = Vm Sinωt * Im grzech.
Lub P = (Vm * JAm / 2) * 2 Sinω2t
Lub P = (Vm / √2) * (Im/ √2) * (1 - Cos2ωt)
Lub P = (Vm / √2) * (Im/ √2) - (Vm / √2) * (Im/ √2) * Cos2ωt
Teraz dla średniej mocy w obwodzie prądu przemiennego,
P = średnia z [(Vm / √2) * (Im/ √2)] - Średnia z [(Vm / √2) * (Im/ √2) * Cos2ωt]
Teraz Cos2ωt wynosi zero.
Tak więc moc jest taka - P = Vrms *Irms.
Tutaj P oznacza średnią moc, Vrms oznacza średnie kwadratowe napięcie, a jarms oznacza średnią kwadratową wartości prądu.
Czysty obwód pojemnościowy AC
Jeśli obwód prądu przemiennego składa się tylko z czystego kondensatora, wówczas obwód ten będzie nazywany obwodem prądu przemiennego z czystym pojemnością. W tej formie nie ma żadnego rezystora ani cewki indukcyjnej Obwód prądu przemiennego. Typowy kondensator to pasywne urządzenie elektryczne, które przechowuje energię elektryczną w polu elektrycznym. Jest to urządzenie z dwoma terminalami. Pojemność jest znana jako efekt kondensatora. Pojemność ma jednostkę – Farad(F).
Kiedy napięcie jest przyłożone do kondensatora, kondensator zostaje naładowany, a po pewnym czasie zaczyna się rozładowywać, gdy źródło napięcia zostanie odebrane.
Załóżmy, że napięcie źródła wynosi V; ten kondensator ma pojemność C, prąd płynący przez obwód to I.
Poniższe równanie podaje napięcie obwodu.
V = Vm grzech
Ładunek kondensatora jest określony przez Q = CV, ja = dQ / dt podaje prąd wewnątrz obwodu.
Więc, I = C dV / dt; jako I = dQ / dt.
Lub, I = Cd (Vm Sinωt) / dt
Albo ja = Vm C d (Sinωt) / dt
Albo I = ω Vm C Koszt.
Albo ja = [Vm / (1 / ωC)] sin (ωt + π / 2)
Albo ja = (Vm / Xc) * sin (ωt + π / 2)
Xc jest znany jako reaktancja obwodu prądu przemiennego (w szczególności reaktancja pojemnościowa). Maksymalny prąd zostanie zaobserwowany, gdy (ωt + π / 2) = 90o.
Tak więc, Im = Vm / Xc
Schemat wskazowy czystego obwodu pojemnościowego
Obserwując równania możemy stwierdzić, że napięcie w obwodzie przewyższa wartość prądu o kąt 90 stopni. Schemat wskazowy obwodu podano poniżej.
Moc w obwodzie czysto pojemnościowym
Jak wspomniano wcześniej, faza napięcia ma przewagę nad prądem o 90 stopni w obwodzie. Moc jest podawana jako iloczyn napięcia i prądu. W obliczeniach obwodów prądu przemiennego uwzględniane są chwilowe wartości napięcia i prądu przeznaczone do obliczenia mocy.
Tak więc moc tego obwodu można zapisać jako - P = Vm Sinωt * Im Grzech (ωt + π / 2)
Lub P = (Vm * JAm * Sinωt * Koszt)
Lub P = (Vm / √2) * (Im/ √2) * Sin2ωt
Lub P = 0
Zatem z wyprowadzeń możemy powiedzieć, że średnia moc obwodu pojemnościowego wynosi zero.
Czysty obwód indukcyjny AC
Jeśli obwód prądu przemiennego składa się tylko z czystej cewki indukcyjnej, wówczas obwód ten będzie nazywany czysto indukcyjnym obwodem prądu przemiennego. W ogóle nie ma rezystorów lub kondensatory są zaangażowane w tego typu obwód prądu przemiennego. Typowa cewka indukcyjna to pasywne urządzenie elektryczne, które przechowuje energię elektryczną w polach magnetycznych. Jest to urządzenie z dwoma terminalami. Indukcyjność jest znana jako efekt cewki indukcyjnej. Indukcyjność ma jednostkę – Henry(H). Zmagazynowana energia może również zostać zwrócona do obwodu jako prąd.
Załóżmy, że napięcie źródła wynosi V; cewka ma indukcyjność L, prąd płynący przez obwód to I.
Poniższe równanie podaje napięcie obwodu.
V = Vm grzech
Indukowane napięcie jest określone przez - E = - L dI / dt
Więc, V = - E.
Lub V = - (- L dI / dt)
Lub Vm Sinωt = L dI / dt
Lub dI = (Vm / L) Sinωt dt
Teraz, stosując integrację po obu stronach, możemy pisać.
Lub ∫ dI = ∫ (Vm / L) Sinωt dt
Lub I = (Vm / ωL) * (- Cosωt)
Albo I = (Vm / ωL) sin (ωt - π / 2)
Albo I = (Vm / XL) sin (ωt - π / 2)
Tutaj, XL = ωL i jest znany jako reaktancja indukcyjna obwodu.
Maksymalny prąd będzie obserwowany, gdy (ωt - π / 2) = 90o.
Tak więc, Im = Vm / XL
Schemat wskazowy czystego obwodu indukcyjnego
Obserwując równania, możemy stwierdzić, że prąd w obwodzie przewyższa wartość napięcia o kąt 90 stopni. Schemat wskazowy obwodu podano poniżej.
Moc w obwodzie wyłącznie indukcyjnym
Jak wspomniano wcześniej, faza prądu ma przewagę nad napięciem o 90 stopni w obwodzie. Moc jest podawana jako iloczyn napięcia i prądu. W przypadku obwodów prądu zmiennego chwilowe wartości napięcia i prądu są brane pod uwagę przy obliczaniu mocy.
Tak więc moc tego obwodu można zapisać jako - P = Vm Sinωt * Im Grzech (ωt - π / 2)
Lub P = (Vm * JAm * Sinωt * Koszt)
Lub P = (Vm / √2) * (Im/ √2) * Sin2ωt
Lub P = 0
Zatem na podstawie wyprowadzeń możemy powiedzieć, że średnia moc obwodu indukcyjnego wynosi zero.
Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –