Alternatieve huidige circuits -typen, toepassingen, voorbeelden

De Afwisselende stroomcircuits of CA -circuits Ze bestaan ​​uit combinaties van resistieve, inductieve en capacitieve elementen, gecombineerd met een alternatieve spanningsbron, die meestal sinusoïdaal is.

Bij het toepassen van de spanning wordt een variabele stroom voor een korte tijd vastgesteld, genaamd tijdelijke stroom, die plaats maakt voor de sinusvormige stationaire stroom.

Een wisselstroomcircuit

De sinusvormige stroom heeft waarden die afwisselen tussen positieve en negatieve, veranderen in regelmatige intervallen bepaald door een eerder vastgestelde frequentie. De vorm van de stroom wordt uitgedrukt als:

I (t) = i_M Sen (ωt --φ)

Waar ik_M Het is de maximale stroom of stroomamplitude, ω is de frequentie, T Het is tijd en φ het faseverschil. De eenheden die gewoonlijk worden gebruikt voor de stroom zijn de versterkers (a) en de ondermultiples, zoals het Milliamperium en het microamperium.

Van zijn kant wordt de tijd in seconden gemeten, want frequentie zijn de Hertzios of Hertz, afgekort Hz, terwijl het faseverschil een hoek is die meestal wordt gemeten in radialen, hoewel het soms soms in graden voorkomt. Noch deze noch de radialen worden beschouwd als eenheden.

Symbool gebruikt voor alternatieve spanningsbron

Vaak wordt de alternatieve spanning gesymboliseerd met de golf in de cirkel, om deze te onderscheiden van de directe spanning, gesymboliseerd door de twee ongelijke en parallelle lijnen.

[TOC]

Soorten wisselstroomcircuits

Er zijn veel soorten wisselstroomcircuits, beginnend met de eenvoudigste circuits die in de volgende figuur worden getoond. Van links naar rechts hebben ze:

-Respect met weerstand r

-Circuit met spoel L

-Circuit met condensator C.

Van links naar rechts: resistief, inductief en uiteindelijke capaciteitscircuit. Bron: f. Zapata.

Circuit met resistief element

In het circuit met een weerstand R verbonden met een alternatieve spanningsbron, is de weerstandsspanning V_R = V_M Sen ωt. Door Ohm Law, die ook geldig is voor puur resistieve circuits van afwisselende stroom:

V_R = I_R∙ r

Daarom de maximale stroom i_M = V_M /R.

Zowel de stroom als de spanning zijn in fase, wat betekent dat ze hun maximale waarden, evenals 0, tegelijkertijd bereiken.

In een puur resistief wisselstroomcircuit zijn stroom en weerstand in fase. Bron: f. Zapata.

Inductief elementcircuit

In de spoel L is de spanning V_L = V_M Sen ωt en is gerelateerd aan de stroom in de inductor via de vergelijking:

Integreren:

Om eigenschappen van trigonometrische redenen, i_L Het is geschreven in termen van sin ωt als:

Je_L = I_M Sin (ωt - ½ π)

Kan u van dienst zijn: natuurlijke satellieten

Vervolgens zijn de spanning en de stroom verouderd, de laatste vertraagde ½ π = 90º ten opzichte van de spanning (de stroom begint voordat, t = 0 s het startpunt). Dit wordt gezien in de volgende figuur vergeleken met de sinusoïde van i_L en dat van V_L:

Alternatieve spanning en stroom in een puur inductief wisselstroomcircuit. Bron: f. Zapata.

Inductieve reactantie

Inductieve reactantie wordt gedefinieerd als x_L = Ωl, neemt vaak toe en heeft daarom weerstandsdimensies in analogie met de wet van Ohm:

V_L = I_L ∙ x_L

Circuit met capacitief element

Voor een oplichter C aangesloten op een alternatieve stroombron, wordt vervuld dat:

Q = C ∙ V_C = C ∙ V_M Sen ωt

De stroom in de condensor ontleent de belasting ten opzichte van de tijd:

Je_C= ωc ∙ v_M cos ωt

Maar cos ωt = sin (ωt + ½ π), dan:

Je_C = Ωcv_M sin (ωt+ ½ π)

In dit geval is de huidige vooruitgang naar de spanning in ½ π, zoals te zien uit de afbeelding.

Spanning en stroom in het alternatieve circuit met puur capacitief element. Bron: f. Zapata.

Capacitieve reactantie

De capacitieve reactantie kan worden geschreven x_C = 1/ωc, neemt af met frequentie en heeft ook weerstandseenheden, dat wil zeggen ohm. Op deze manier is de wet van Ohm zo:

V_C = X_C.Je_C

Toepassingen

Michael Faraday (1791-1867) was de eerste die een stroom verkreeg die de betekenis periodiek veranderde, door zijn inductie-experimenten, hoewel in de vroege dagen alleen directe stroom werd gebruikt.

Aan het einde van de 19e eeuw vond de goed bekende oorlog van de stromingen plaats, tussen Thomas tot. Edison, verdediger van het gebruik van Direct Current en George Westinghouse, voorstander van de wisselstroom. Eindelijk was dit degene die won door economie, efficiëntie en transmissiegemak met kleine verliezen.

Om deze reden tot op heden is de stroom die naar huizen en industrieën komt, afwisselend stroom, hoewel het gebruik van directe stroom nooit volledig is verdwenen.

De wisselstroom wordt voor bijna alles gebruikt, en in veel toepassingen is de constante verandering van richting van de wisselstroom niet relevant, zoals gloeilampen, ijzer of kookhoorn, omdat de verwarming van het resistieve element niet afhankelijk is van de richting van de beweging van belastingen.

Aan de andere kant is het feit dat de stroom verandert met een bepaalde frequentie de basis van elektrische motoren en verschillende meer specifieke toepassingen, zoals de volgende:

Het kan u van dienst zijn: geluidspropagatie

Pelfmingcircuits

De circuits die bestaan ​​uit een alternatieve bron die is verbonden met een weerstand en een seriële condensator staan ​​bekend als RC -seriecircuits en worden gebruikt om ongewenste lasks in een ander circuit te elimineren, of ook een speciaal effect hieraan toe te voegen.

Ze dienen ook als spanningsdelers en om af te stemmen op radiostations (zie Voorbeeld 1 in de volgende sectie).

Bridge -type circuits

Brugcircuits gevoed met een wisselstroom kunnen worden gebruikt om capaciteit of inductantie te meten, op dezelfde manier als de Wheatstone -brug wordt gebruikt, een goed bekend directe stroomcircuit dat de waarde van een onbekende weerstand kan meten.

Voorbeelden van wisselstroomcircuits

In de vorige paragrafen werden de eenvoudigste wisselstroomcircuits beschreven, hoewel natuurlijk de hierboven beschreven basiselementen, evenals andere een beetje complexer als diodes, versterkers en transistoren, om er een paar te noemen, kunnen worden gecombineerd om verschillende effecten te verkrijgen.

Voorbeeld 1: RLC Circuit

Een van de meest voorkomende circuits in AC Het is degene die een weerstand R, een spoel of inductor L en een condensator of condensor C -serie omvat met een wisselstroombron.

RLC -circuit in serie gevoed met een wisselstroombron. Bron: f. Zapata.

De RLC -serie circuits reageren met name op de frequentie van de alternatieve bron waarmee ze worden gevoed. Daarom is een van de meest interessante toepassingen als radio -afgestemde circuits.

Een radiosignaal genereert vaak 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 met die frequentie is afgestemd, door een effect dat wordt genoemd resonantie.

Het ontvangende circuit dient als een tuner omdat het zo is ontworpen dat de signalen van ongewenste frequenties zeer kleine stromingen genereren, die niet door de radioplakers worden gedetecteerd en daarom niet hoorbaar zijn. Aan de andere kant, naar de resonantiefrequentie, bereikt de amplitude van de stroom een ​​maximum en vervolgens wordt het signaal duidelijk gehoord.

De resonantiefrequentie treedt op wanneer de inductieve en capacitieve reactanties van het circuit worden geëgaliseerd:

X_L = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/LC

Het radiostation met het frequentiesignaal Ω wordt gezegd dat het "afgestemd" is en de waarden van L en C worden gekozen voor die bepaalde frequentie.

Het kan u van dienst zijn: normale inspanning: waar het uit bestaat, hoe het wordt berekend, voorbeelden

Voorbeeld 2: RLC -circuit parallel

RLC -circuits in parallel hebben ook bepaalde reacties volgens de bronfrequentie, die afhankelijk is van de reactantie van elk van de elementen, gedefinieerd als de reden tussen de spanning en de stroom.

RLC -circuit in parallel verbonden met een wisselstroombron. Bron: f. Zapata.

Oefening opgelost

In het LRC -circuit in serie 1 van de voorgaande sectie is de weerstand 200 ohm waard, inductantie 0.4 uur en de condensor is 6 μf. Van zijn kant is de voeding een alternatieve amplitudespanning gelijk aan 30 V, vaak 250 rad/s. Er wordt gevraagd om te vinden:

a) De reacties van elk element

b) De waarde van de circuitimpedantiemodule.

c) de amplitude van de stroom

Oplossing voor

De respectieve reactanties worden berekend met de formules:

X_C = 1/ωc = 1/(250 rad/s x 6 x10^-6 F) = 666.67 ohm

X_L = Ωl = 250 rad/s x 0.4 h = 100 ohm

En de weerstandsreactantie is gelijk aan zijn waarde in ohm:

X_R = R = 200 ohm

Oplossing B

Impedantie z wordt gedefinieerd als de reden tussen de spanning en de stroom in het circuit, hetzij in serie of parallel:

Z = v_M / Yo_M

Impedantie wordt gemeten in OHM's, evenals een weerstand of reactantie, maar verwijst naar de oppositie tegen de doorgang van de stroom van inductanties en condensatoren, gezien het feit dat naast hun specifieke effecten, zoals het vertragen of doorgaan naar de spanning, ook zij een bepaalde interne weerstand hebben.

Het kan worden aangetoond dat voor het RLC -seriecircuit de impedantiemodule wordt gegeven door:

Bij het evalueren van de waarden die in de verklaring worden gegeven, wordt deze verkregen:

Oplossing C

Van:

Z = v_M / Yo_M

Het moet;

Je_M = V_M / Z = 30V / 601 ohm = 0.05 A.

Thema's van belangstelling

Verschillen tussen afwisselende en directe stroom

Referenties

1. Alexander, c. 2006. Elektrische circuitfunderingen. 3e. Editie. MC Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Inleiding tot circuitanalyse.2e. Editie. Pearson.
3. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 6. Elektromagnetisme. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.