AC și DC
Acest articol analizează câteva concepte de bază și concepții greșite ale circuitelor electrice de curent alternativ și continuu. Nu există formule implicate, ci doar explicații la unele întrebări frecvente, cum ar fi:
Ce este AC și DC? Care sunt diferențele lor și ce contează?
Dacă AC urmează un model de „undă sinusoidală”, cum măsurăm tensiunea atunci când se mișcă mereu în sus și în jos?
Ce este „puterea de vârf” așa cum este atașată „puterii RMS”?
În ce mod curge curentul într-un circuit, mai ales în curent alternativ?
Ce înseamnă electricitatea trifazată?
Ce înseamnă „3 faze, 50Hz, 380 volți”?
Ca o introducere pentru a privi aceste concepte, imaginați mental următoarele experimente (puteți să le faceți dacă doriți - nu sunt dificile).
Dacă ar fi să măsori tensiunea de la o baterie a lanternei și să trasezi această tensiune în fiecare secundă pe un grafic, am încredere că vei obține un rezultat similar cu acesta:
Acum, dacă ar trebui să comutați cablul pozitiv la capătul negativ al bateriei și cel negativ la capătul pozitiv al bateriei, adică schimbați-l în jur, atunci ar trebui să obțineți un rezultat de genul acesta:
Acum, dacă ar fi să schimbați rapid cablurile înainte și înapoi, ar trebui să ajungeți la așa ceva:
Adică, tensiunea merge continuu pozitiv, apoi negativ, apoi pozitiv și negativ din nou. Cu alte cuvinte, alternează de la pozitiv la negativ. Prin urmare, această natură alternativă este numită în mod obișnuit Curent alternativ sau forma scurtată este pur și simplu AC. Cuvântul curent aici este folosit generic, adică, deși folosim „curent”, se referă și la tensiune și putere.
Conversa curentului alternativ este Curent continuu. DC se referă ori de câte ori tensiunea nu alternează între pozitiv și negativ, dar rămâne fie pozitivă, fie negativă, așa cum se arată în primele două grafice. Rețineți că DC poate fi pozitiv sau negativ.
Schimbarea rapidă a unei baterii nu este un mod foarte practic de a produce AC. Cel mai comun mod este prin utilizarea unui alternator (uneori numit generator, deși strict vorbind un generator produce curent continuu, în timp ce un alternator produce curent alternativ).
Alte dispozitive care produc și un semnal de curent alternativ sunt: emițătoare radio, invertoare și amplificatoare audio (de exemplu, amplificator HiFi).
Să luăm în considerare tensiunea produsă de un alternator:
Frecvența unui circuit de curent alternativ
Frecvența unui circuit de curent alternativ este pur și simplu numărul de cicluri complete ale undei într-o secundă. Această măsurare a frecvenței a fost numită „cicluri pe secundă” sau cps, dar în zilele noastre se numește Hertz (Hz) după omul de știință german implicat în circuitele de curent alternativ.
One Hertz = Un ciclu pe secundă
1.000 Hz (1 kHz) = O mie de cicluri pe secundă
1.000.000 Hertz (1 MHz) = Un milion de cicluri pe secundă
Să vedem câteva exemple în acest sens:
Exemplul 1: 220 Volți 50 Hz înseamnă că tensiunea devine pozitivă, apoi negativă (un ciclu) de 50 de ori pe secundă.
Exemplul 2: 110 Volți 60 Hz înseamnă că tensiunea are 60 de cicluri complete pe secundă.
Exemplul 3: Când radioul BBC transmite pe 15.420 MHz, înseamnă că emițătorul produce cicluri complete de AC de 15.420.000 de ori pe secundă.
Exemplul 4: emisiunile prin satelit BBC TV în Europa utilizează o frecvență de 10,995 GHz (Giga Hertz). Adică 10.955.000.000 de cicluri pe secundă!
PUNCTE PRACTICE DE A LUA ÎN VEDERE
1. În majoritatea circumstanțelor, nu este rău să folosiți un aparat pe 50Hz sau 60Hz. Adică, dacă un prăjitor de pâine este proiectat pentru 110 volți 60Hz, îl puteți folosi pe 110 volți 50Hz fără nicio diferență aparentă.
2. Motoarele de curent alternativ fac excepție de la punctul de mai sus. Viteza unui motor de curent alternativ depinde de frecvența de alimentare (un motor de curent alternativ care are perii, de ex. Un burghiu portabil, nu este guvernat de frecvență - această clasă de motor este cunoscută ca un motor universal, nu strict un motor de curent alternativ). Un motor de curent alternativ pornește mai repede la 60Hz decât la 50Hz. Acest lucru nu îngrijorează în mod normal motorul, dar poate afecta performanța echipamentului la care este conectat. De asemenea, poate afecta eficiența de răcire a ventilatorului intern al motorului.
Exemplul 1: o tipografie concepută pentru 60Hz va funcționa bine la o sursă de 50Hz, dar va rula cu 20% mai lent. De asemenea, poate fi necesar un ventilator suplimentar pentru a ajuta la răcirea motorului.
Exemplul 2: O fotocopiator de 60Hz care folosește un motor de curent alternativ pentru a transporta hârtia prin el poate să nu funcționeze deloc la o sursă de 50Hz. Acest lucru se datorează faptului că transportă hârtia la o viteză redusă, ceea ce permite fotocopiatorului să creadă că are hârtie blocată, prin urmare se oprește și indică „hârtie blocată”. Singurul remediu este să-l utilizați pe o sursă de 60Hz (ca un generator).
3. Transformatoarele pot fi utilizate fie pe 50Hz, fie pe 60Hz fără nicio problemă. Deseori se folosește un transformator de 220 volt/110 volt pentru a permite utilizarea unui aparat de 110 volți 60Hz pe o sursă de 220 volți 50Hz.
Tensiunea unui circuit de curent alternativ
Deși aici vorbim despre tensiune, aceleași principii se aplică și curentului și puterii într-un circuit de curent alternativ.
Anterior, am văzut că într-un circuit de curent continuu (o baterie) tensiunea era constantă de 1,5 volți - destul de simplu de măsurat. Cu toate acestea, într-un circuit de curent alternativ, tensiunea merge de la zero volți, atingând un vârf pozitiv, coborând la zero, atingând un vârf negativ și revenind la zero din nou, de multe ori pe secundă. Deci, în ce moment îl măsurăm?
Dacă am măsura doar tensiunea de vârf, atunci ar fi puțin înșelătoare, deoarece tensiunea este la acest nivel de vârf doar pentru o fracțiune din ciclu. Prin urmare, trebuie să-l măsurăm într-un punct care este oarecum mediu pe întreg ciclul.
În practică, valoarea RMS este măsurată pentru citirea contoarelor.
Prin urmare, atunci când măsurați 220 de volți pe contor, vârful tensiunii este de fapt 311 de volți. Tensiunea vârf-la-vârf este de 622 volți!
Următorul grafic prezintă aceste relații pentru tensiuni comune (valori rotunjite).
| 110 | 155 | 311 |
| 120 | 170 | 339 |
| 220 | 311 | 622 |
| 240 | 339 | 679 |