תיאוריית מעגל AC: מהו AC וכיצד הוא נוצר

מבוא

מעגל חשמלי הוא מסלול מוליך שלם דרכו זורמים אלקטרונים מהמקור לעומס ובחזרה למקור. כיוון וגודל האלקטרונים זורמים תלוי בסוג המקור. בשנת להנדסת חשמל, יש בעצם שני סוגים של מתח או זרם (אנרגיה חשמלית) מקור המגדיר סוג של מעגל והם; זרם חילופין (או מתח) וזרם ישר.

עבור בני הזוג הבא של הודעות, נתמקד על הזרם החשמלי משתנה, ולעבור דרך נושאים החל מה זרם חילופין כדי AC גל צורות וכן הלאה.

מעגלי AC

מעגלי זרם חילופין כשמו כן הוא (זרם חילופין) הם פשוט מעגלים המופעלים על ידי מקור מתחלף, מתח או זרם. זרם חילופין או מתח, הוא זו שבה הערך של או המתח או משתנה הנוכחי על כיוון ערך והופך ממוצעים מסוימים מעת לעת.

מכשירי החשמל הביתיים והתעשייתיים ביותר כיום מופעלים באמצעות זרם חילופין. כל מכשירי החשמל המחוברים לזרם DC ומכשירים מבוססי סוללות נטענות פועלים באופן טכני על זרם חילופין, מכיוון שכולם משתמשים בסוג כלשהו של זרם זרם זרם זרם זרם זרם AC לצורך טעינת הסוללות או הפעלת המערכת. לפיכך זרם חילופין הוא הצורה באמצעותה מועבר החשמל ברשת.

המעגל המתחלף התחיל בשנות השמונים כאשר טסלה החליטה לפתור את חוסר היכולת לטווח הרחוק של גנרטורי ה- DC של תומאס אדיסון. הוא חיפש דרך להעביר חשמל במתח גבוה ואז השתמש בשימוש בשנאים כדי להעלות אותו למעלה או למטה לפי הצורך להפצה וכך הצליח למזער את אובדן החשמל למרחק גדול שהיה הבעיה העיקרית של ישיר. הנוכחי באותה תקופה.

זרם חילופין לעומת זרם ישר (AC לעומת DC)

AC ו- DC נבדלים בכמה דרכים מדור להעברה ולהפצה, אך למען הפשטות, נשמור על ההשוואה למאפיינים שלהם לפוסט זה.

ההבדל העיקרי בין AC ו- DC, שהוא גם הגורם למאפייניהם השונים, הוא כיוון הזרימה של האנרגיה החשמלית. ב- DC, אלקטרונים זורמים בהתמדה בכיוון יחיד או קדימה, בעוד שב- AC, אלקטרונים מחליפים את כיוון הזרימה שלהם במרווחים תקופתיים. זה מוביל גם לסירוגין ברמת המתח כאשר הוא עובר בין חיובי לשלילי בהתאם לזרם.

להלן תרשים השוואה להדגשת חלק מההבדל בין זרם חילופין וזרם מתח. הבדלים אחרים יודגשו ככל שנלך יותר לחקר מעגלי זרם חילופין.

בסיס השוואה	AC	זֶרֶם יָשָׁר
כושר העברת אנרגיה	נוסע למרחקים ארוכים עם אובדן אנרגיה מינימלי	כמות גדולה של אנרגיה הולכת לאיבוד כאשר נשלחת למרחקים ארוכים
יסודות הדור	סיבוב מגנט לאורך חוט.	מגנטיות יציבה לאורך חוט
תדירות	בדרך כלל 50Hz או 60Hz תלוי במדינה	התדר הוא אפס
כיוון	הופך כיוון מעת לעת כאשר הוא זורם במעגל	זה זרימה מתמדת קבועה בכיוון אחד.
נוֹכְחִי	הגודל שלה משתנה עם הזמן	גודל קבוע
מָקוֹר	כל הצורות של גנרטורים לרשת החשמל	תאים, סוללות, המרה מ- AC
פרמטרים פסיביים	עכבה (RC, RLC וכו ')	התנגדות בלבד
גורם כוח	שוכב בין 0 ל -1	תמיד 1
צורת גל	סינוסי, טרפז, משולש ומרובע	קו ישר, לפעמים פועם.

מקור AC בסיסי (גנרטור AC סליל יחיד)

העיקרון סביב דור AC הוא פשוט. אם שדה מגנטי או מגנט מסתובבים לאורך סט נייחים של סלילים (חוטים) או סיבוב של סליל סביב שדה מגנטי נייח, נוצר זרם חילופין באמצעות מחולל זרם חילופין (אלטרנטור).

הצורה הפשוטה ביותר של מחולל זרם חילופין מורכבת מלולאת חוט שמסתובבת מכנית סביב ציר בזמן שהיא ממוקמת בין הקוטב הצפוני לדרומי של מגנט.

שקול את התמונה למטה.

כאשר סליל האבזור מסתובב בתוך השדה המגנטי שנוצר על ידי המגנטים של הקוטב הצפוני והדרומי, השטף המגנטי דרך הסליל משתנה, והמטענים נאלצים לפיכך דרך החוט, מה שמוליד מתח יעיל או מתח מושרה. השטף המגנטי דרך הלולאה הוא כתוצאה מזווית הלולאה ביחס לכיוון השדה המגנטי. שקול את התמונות למטה;

מהתמונות המוצגות לעיל אנו יכולים להסיק כי מספר מסוים של קווי שדה מגנטי ייחתך כאשר האבזור מסתובב, כמות 'קווים שנחתכו' קובעת את תפוקת המתח. עם כל שינוי בזווית הסיבוב והתנועה המעגלית המתקבלת של האבזור כנגד הקווים המגנטיים, משתנה גם כמות ה'קווים המגנטיים ', ומכאן שגם מתח המוצא משתנה. למשל, קווי השדה המגנטי שנחתכים באפס מעלות הם אפס מה שהופך את המתח המתקבל לאפס, אך ב 90 מעלות כמעט כל קווי השדה המגנטי נחתכים, ולכן מתח מקסימלי לכיוון אחד נוצר בכיוון אחד. אותו הדבר מתקיים ב -270 מעלות רק שהוא נוצר בכיוון ההפוך. לפיכך, נוצר שינוי במתח כאשר האבזור מסתובב בתוך השדה המגנטי המוביל ליצירת צורת גל סינוסואידית. המתח המושרה כתוצאה מכך הוא אפוא סינוסי, עם תדר זוויתי ω שנמדד ברדיאנים לשנייה.

הזרם המושרה במערך שלעיל נותן לפי המשוואה:

אני = V / R

איפה V = NABwsin (wt)

איפה N = מהירות

A = שטח

B = שדה מגנטי

w = תדר זוויתי.

גנרטורים של זרם זרם אמיתי הם כמובן מורכבים יותר מכך, אך הם עובדים על פי אותם עקרונות וחוקים של אינדוקציה אלקטרומגנטית כמתואר לעיל. זרם חילופין נוצר גם באמצעות סוג מסוים של מתמרים ומעגלי מתנד כפי שנמצא בממירים.

רוֹבּוֹטרִיקִים

עקרונות האינדוקציה שעליהם מבוסס AC אינם מוגבלים לייצורו בלבד אלא גם להעברה והפצה שלו. כמו בתקופה שבה AC נכנסה לחשבונאות, אחת הנושאים העיקריים הייתה העובדה שלא ניתן היה להעביר DC על פני מרחק רב, ולכן אחד הנושאים העיקריים, AC היה צריך להיפתר כדי להיות בר-קיימא, היה להיות מסוגל כדי לספק בבטחה את המתחים הגבוהים (KV) שנוצרו לצרכנים המשתמשים במתח בטווח ה- V ולא ב- KV. זו אחת הסיבות לכך שהשנאי מתואר כאחד המאפשרים העיקריים של AC וחשוב לדבר עליו.

בשנאים, שני סלילים מחוטים באופן שכאשר מוחל זרם חילופין באחד, הוא גורם למתח השני. רובוטריקים הם מכשירים המשמשים להפחתה או להגברת המתח המופעל בקצה אחד (סליל ראשוני) כדי לייצר מתח נמוך או גבוה יותר בהתאמה בקצה השני (סליל משני) של השנאי. המתח המושרה בסליל המשני תמיד שווה למתח המופעל בראשוני כפול היחס בין מספר הסיבובים בסליל המשני לסליל הראשוני.

שנאי שהוא שנאי למטה או מדרגות תלוי לפיכך ביחס בין מספר הסיבובים בסליל המשני למספר סיבובי המוליך בסליל הראשוני. אם יש יותר סיבובים על הסליל הראשוני בהשוואה למשני, השנאי מוריד את המתח, אך אם לסליל הראשי יש פחות סיבובים בהשוואה לסליל המשני, השנאי מגביר את המתח המופעל בראשוני.

רובוטריקים הפכו את חלוקת הכוח החשמלי לטווח ארוך לאפשרית, חסכונית ומעשית. כדי להפחית הפסדים במהלך ההולכה, מועבר כוח חשמלי מתחנות ייצור במתח גבוה ובזרם נמוך ואז מועבר לבתים ולמשרדים במתח נמוך וזרמים גבוהים בעזרת שנאים.

אז נעצור כאן כדי לא להעמיס יותר מדי מידע על המאמר. בחלק שני של מאמר זה, נדון בצורות גל AC ונכנס למשוואות וחישובים אחדים. המשך לעקוב.