De wisselstroomcircuits of wisselstroomcircuits bestaan uit combinaties van resistieve, inductieve en capacitieve elementen, gecombineerd met een wisselspanningsbron, die meestal sinusvormig is.
Door de spanning aan te leggen, wordt gedurende een korte tijd een variabele stroom ingesteld, een transiënte stroom genoemd, die plaats maakt voor de sinusvormige staande stroom.
De sinusvormige stroom heeft waarden die afwisselen tussen positief en negatief, waarbij ze met regelmatige tussenpozen veranderen, bepaald door een eerder vastgestelde frequentie. De vorm van de stroom wordt uitgedrukt als:
Ik (t) = ikm zonde (ωt - φ)
Waar ikm is de maximale stroom- of stroomamplitude, ω is de frequentie, t is de tijd en φ het faseverschil. Veelgebruikte eenheden voor stroom zijn de ampère (A) en zijn submultipelen, zoals de milliampère en microampère..
Van zijn kant wordt tijd gemeten in seconden, voor frequentie zijn er hertz of hertz, afgekort Hz, terwijl het faseverschil een hoek is die over het algemeen wordt gemeten in radialen, hoewel het soms ook in graden wordt gegeven. Noch deze noch de radialen worden als eenheden beschouwd.
Vaak wordt de wisselspanning gesymboliseerd door de golf in de cirkel, om deze te onderscheiden van de gelijkspanning, gesymboliseerd door de twee ongelijke en parallelle lijnen.
Artikel index
Er zijn veel soorten wisselstroomcircuits, te beginnen met de eenvoudigste circuits die in de volgende afbeelding worden getoond. Van links naar rechts heb je:
-Circuit met weerstand R
-Circuit met spoel L
-Circuit met condensator C.
In het circuit met een weerstand R aangesloten op een wisselspanningsbron, is de spanning over de weerstand VR = Vm sen ωt. Volgens de wet van Ohm, die ook geldt voor zuiver resistieve wisselstroomcircuits:
V.R = IkR∙ R
Daarom is de maximale stroom Im = Vm / R.
Zowel stroom als spanning zijn in fase, wat betekent dat ze tegelijkertijd hun maximale waarden bereiken, evenals 0.
In spoel L is de spanning VL. = Vm sin ωt en is gerelateerd aan de stroom in de inductor door de vergelijking:
Integreren:
Door eigenschappen van trigonometrische verhoudingen, I.L. is geschreven in termen van sin ωt als:
ikL. = Ikm zonde (ωt - ½ π)
Dan zijn de spanning en de stroom uit fase, waarbij de laatste ½ π = 90º achterblijft ten opzichte van de spanning (de stroom start eerder, met t = 0 s het startpunt). Dit is te zien in de volgende afbeelding die de sinusoïde van I vergelijktL. en dat van VL.
Inductieve reactantie wordt gedefinieerd als XL. = ωL, neemt toe met de frequentie en heeft weerstandsdimensies, daarom analoog aan de wet van Ohm:
V.L. = IkL. ∙ XL.
Voor een condensator C die is aangesloten op een wisselstroombron, is het waar dat:
Q = C ∙ VC = C ∙ Vm sen ωt
De stroom in de condensator wordt gevonden door de lading te verschuiven ten opzichte van de tijd:
ikC= ωC ∙ Vm cos ωt
Maar cos ωt = sin (ωt + ½ π), dan:
ikC = ωCVm zonde (ωt + ½ π)
In dit geval loopt de stroom ½ π voor op de spanning, zoals te zien is in de grafiek.
Capacitieve reactantie kan worden geschreven als XC = 1 / ωC, het neemt af met de frequentie en heeft ook weerstandseenheden, dat wil zeggen ohm. Op deze manier ziet de wet van Ohm er als volgt uit:
V.C = XC.ikC
Michael Faraday (1791-1867) was de eerste die een stroom kreeg die periodiek van betekenis veranderde, door zijn inductie-experimenten, hoewel in de beginperiode alleen gelijkstroom werd gebruikt..
Aan het einde van de 19e eeuw vond de bekende stromingoorlog plaats tussen Thomas A. Edison, verdediger van het gebruik van gelijkstroom en George Westinghouse, voorstander van wisselstroom. Ten slotte was dit degene die won dankzij zuinigheid, efficiëntie en transmissiegemak met lagere verliezen..
Om deze reden is de stroom die huizen en industrieën bereikt tot op heden wisselstroom, hoewel het gebruik van gelijkstroom nooit helemaal is verdwenen..
Wisselstroom wordt voor bijna alles gebruikt en in veel toepassingen is de constante verandering van richting van wisselstroom niet relevant, zoals gloeilampen, het strijkijzer of de fornuis om te koken, aangezien de verwarming van het weerstandselement niet afhankelijk is van de temperatuur. bewegingsrichting van de lasten.
In plaats daarvan is het feit dat de stroom met een bepaalde frequentie van richting verandert, de basis van elektromotoren en verschillende meer specifieke toepassingen, zoals de volgende:
Circuits die bestaan uit een wisselende bron die is verbonden met een weerstand en een condensator in serie, staan bekend als RC-serieschakelingen en worden gebruikt om ongewenste faseverschuivingen in een ander circuit te elimineren of om er een speciaal effect aan toe te voegen..
Ze dienen ook als spanningsdelers en om op radiostations af te stemmen (zie voorbeeld 1 in de volgende sectie).
Met wisselstroom gevoede circuits van het brugtype kunnen worden gebruikt om capaciteit of inductantie te meten, op dezelfde manier als de Wheatstone-brug, een bekend gelijkstroomcircuit dat de waarde van een onbekende weerstand kan meten..
In de vorige paragrafen werden de eenvoudigste wisselstroomcircuits beschreven, hoewel natuurlijk de hierboven beschreven basiselementen, evenals andere iets complexere elementen, zoals diodes, versterkers en transistors, om er maar een paar te noemen, gecombineerd kunnen worden om verschillende effecten te verkrijgen. ..
Een van de meest voorkomende circuits in AC is degene met een weerstand R, een spoel of inductor L en een condensator of condensator C in serie geplaatst met een wisselstroombron.
Serie RLC-circuits reageren op een bepaalde manier op de frequentie van de wisselende bron van waaruit ze worden gevoed. Daarom zijn radiotunercircuits een van de meest interessante toepassingen..
Een radiosignaal met frequentie ω genereert een stroom met dezelfde frequentie in een circuit dat speciaal is ontworpen om als ontvanger te dienen, en de amplitude van deze stroom is maximaal als de ontvanger op die frequentie is afgestemd, via een effect genaamd resonantie.
Het ontvangercircuit dient als tuner omdat het zo is ontworpen dat signalen van ongewenste frequenties zeer kleine stroompjes genereren, die niet worden gedetecteerd door de radioluidsprekers en dus niet hoorbaar zijn. In plaats daarvan bereikt bij de resonantiefrequentie de amplitude van de stroom een maximum en dan is het signaal duidelijk hoorbaar..
De resonantiefrequentie treedt op wanneer de inductieve en capacitieve reactanties van het circuit gelijk worden gemaakt:
XL. = XC
1 / ωC = ωL
ωtwee = 1 / LC
Het radiostation met het frequentiesignaal ω zou "afgestemd" zijn, en de waarden van L en C worden gekozen voor die specifieke frequentie..
Parallelle RLC-circuits hebben ook bepaalde reacties volgens de frequentie van de bron, die afhangt van de reactantie van elk van de elementen, gedefinieerd als de verhouding tussen spanning en stroom..
In het serie LRC-circuit van Voorbeeld 1 in de voorgaande sectie, is de weerstand 200 ohm, is de inductantie 0,4 H en is de condensator 6 μF. De voeding van zijn kant is een wisselspanning met een amplitude gelijk aan 30 V, met een frequentie van 250 rad / s. Er wordt gevraagd om te vinden:
a) De reactanties van elk element
b) De waarde van de module van de impedantie van het circuit.
c) De amplitude van de stroom
De respectievelijke reactanties worden berekend met de formules:
XC = 1 / ωC = 1 / (250 rad / s x 6 x10-6 F) = 666,67 ohm
XL. = ωL = 250 rad / s x 0,4 H = 100 ohm
En de reactantie van de weerstand is gelijk aan de waarde in ohm:
XR = R = 200 ohm
Impedantie Z wordt gedefinieerd als de verhouding tussen spanning en stroom in het circuit, hetzij in serie of parallel:
Z = Vm / Ikm
De impedantie wordt gemeten in ohm, hetzelfde als een weerstand of een reactantie, maar het verwijst naar de weerstand tegen de stroomdoorgang van de inductanties en condensatoren, gezien het feit dat naast de specifieke effecten, zoals het vertragen of verhogen van de spanning, het heeft ook een zekere interne weerstand.
Aangetoond kan worden dat voor het serie RLC-circuit de impedantiemodulus wordt gegeven door:
Bij het evalueren van de waarden die in de verklaring worden gegeven, verkrijgen we:
Van:
Z = Vm / Ikm
Het moet;
ikm = Vm / Z = 30 V / 601 ohm = 0,05 A.
Verschillen tussen wisselstroom en gelijkstroom
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.