Τι είναι εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC) και οι εφαρμογές του

Τι είναι εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC) και οι εφαρμογές του

Τόσο το εναλλασσόμενο ρεύμα όσο και το συνεχές ρεύμα περιγράφουν τους δύο τύπους ροής ρεύματος σε ένα κύκλωμα. Σε συνεχές ρεύμα, το ηλεκτρικό φορτίο ή το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση. Σε εναλλασσόμενο ρεύμα, το ηλεκτρικό φορτίο αλλάζει περιοδικά κατεύθυνση. Η τάση στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος επίσης μερικές φορές αντιστρέφεται επειδή το ρεύμα αλλάζει κατεύθυνση. Τα περισσότερα ψηφιακά ηλεκτρονικά που δημιουργείτε χρησιμοποιώντας DC. Ωστόσο, είναι εύκολο να κατανοήσουμε κάποιες έννοιες AC. Τα περισσότερα σπίτια είναι ενσύρματα για AC, οπότε αν η ιδέα σας να συνδέσετε το έργο Tardis melody box σε μια πρίζα, θα πρέπει να μετατρέψτε AC σε DC . Το AC έχει επίσης κάποιες χρήσιμες ιδιότητες, όπως είναι η δυνατότητα μετατροπής των επιπέδων τάσης με ένα μόνο συστατικό όπως ως μετασχηματιστής, και γι 'αυτό αρχικά πρέπει να επιλέξουμε εναλλασσόμενα μέσα για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.

Τι είναι εναλλασσόμενο ρεύμα (AC)

Το εναλλασσόμενο ρεύμα σημαίνει τη ροή φορτίου που αλλάζει κατεύθυνση περιοδικά. Ως αποτέλεσμα, το επίπεδο τάσης αντιστρέφεται επίσης μαζί με το ρεύμα. Το AC χρησιμοποιείται για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος σε σπίτια, κτίρια, γραφεία κ.λπ.




Δημιουργία AC

Το AC μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται εναλλακτήρα. Αυτή η συσκευή είναι ένας ειδικός τύπος ηλεκτρική γεννήτρια σχεδιασμένο να παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα.



Δημιουργία εναλλασσόμενου ρεύματος

Δημιουργία AC

Ένας βρόχος σύρματος περιστρέφεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλεί ρεύμα κατά μήκος του καλωδίου. Η περιστροφή του καλωδίου προέρχεται από διαφορετικούς πόρους, όπως ατμοστρόβιλος, ανεμογεννήτρια, ρέον νερό και ούτω καθεξής. Επειδή το καλώδιο περιστρέφεται και εισέρχεται περιοδικά μια διαφορετική μαγνητική πολικότητα, η τάση και το ρεύμα εναλλάσσονται στο καλώδιο. Εδώ είναι ένα μικρό κινούμενο σχέδιο που δείχνει αυτήν την αρχή:



Για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος σε ένα σύνολο σωλήνων νερού, συνδέουμε μηχανικά χαρακτηριστικά ενός εμβόλου που μετακινεί το νερό στους σωλήνες μπρος-πίσω (το «εναλλασσόμενο» ρεύμα).

Κυματομορφές

Το AC μπορεί να έρθει σε μια σειρά κυματομορφών, αρκεί το ρεύμα και η τάση να εναλλάσσονται. Εάν συνδέσουμε έναν παλμογράφο σε ένα κύκλωμα με εναλλασσόμενο ρεύμα και σχεδιάσουμε την τάση του, για μεγάλο χρονικό διάστημα ενδέχεται να δούμε μια σειρά από διαφορετικές κυματομορφές. Το ημιτονοειδές κύμα είναι ο πιο κοινός τύπος AC. Το AC στα περισσότερα σπίτια και γραφεία έχει τάση ταλάντωσης που παράγει ημιτονοειδές κύμα.


Ημιτονοειδές κύμα

Ημιτονοειδές κύμα



Άλλες μορφές AC περιλαμβάνουν το τετράγωνο κύμα και το τρίγωνο κύμα. Τα τετραγωνικά κύματα χρησιμοποιούνται συχνά σε ψηφιακά και ηλεκτρονικά διακόπτες και επίσης ελέγχουν τη λειτουργία τους.

Τετράγωνο κύμα

Τετράγωνο κύμα

Τα τριγωνικά κύματα είναι χρήσιμα για τη δοκιμή γραμμικών ηλεκτρονικών όπως ενισχυτές.

Τρίγωνο κύμα

Τρίγωνο κύμα

Περιγράφοντας ένα ημιτονοειδές κύμα

Συχνά πρέπει να περιγράψουμε μια κυματομορφή AC με μαθηματικούς όρους. Για αυτό το παράδειγμα, θα χρησιμοποιήσουμε το κοινό ημιτονοειδές κύμα. Υπάρχουν τρία μέρη ενός ημιτονοειδούς κύματος: συχνότητα, πλάτος και φάση.

Κοιτάζοντας απλώς την τάση, μπορούμε να περιγράψουμε μια μαθηματική εξίσωση του ημιτονοειδούς κύματος:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) είναι η τάση μας ως συνάρτηση του χρόνου, που σημαίνει ότι η τάση μας αλλάζει καθώς αλλάζει ο χρόνος.

VP είναι το πλάτος. Αυτό περιγράφει τη μέγιστη τάση που μπορεί να φτάσει το ημιτονοειδές κύμα μας προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, σημαίνει ότι η τάση μας μπορεί να είναι + VP volt, -VP volt.

Η συνάρτηση sin () δείχνει ότι η τάση μας θα έχει τη μορφή περιοδικού ημιτονοειδούς κύματος, το οποίο είναι μια ομαλή ταλάντωση γύρω στα 0V.

Το 2π είναι μια σταθερά που μετατρέπει τη συχνότητα από κύκλους ή σε hertz σε γωνιακή συχνότητα (ακτίνια ανά δευτερόλεπτο).

Το f δείχνει τη συχνότητα του ημιτονοειδούς κύματος. Αυτό δίνεται με τη μορφή hertz ή μονάδων ανά δευτερόλεπτο.

t είναι η εξαρτημένη μεταβλητή μας: χρόνος (μετριέται σε δευτερόλεπτα). Καθώς ο χρόνος ποικίλλει, η κυματομορφή μας ποικίλλει.

Το φ περιγράφει τη φάση του ημιτονοειδούς κύματος. Η φάση είναι ένα μέτρο του πώς μετατοπίζεται η κυματομορφή σε σχέση με το χρόνο. Δίνεται συχνά ως αριθμός μεταξύ 0 και 360 και μετριέται σε μοίρες. Λόγω της περιοδικής φύσης του ημιτονοειδούς κύματος, εάν η κυματομορφή μετατοπιστεί κατά 360 ° γίνεται ξανά η ίδια κυματομορφή, σαν να μετατοπίστηκε κατά 0 °. Για απλότητα, υποθέτουμε ότι η φάση είναι 0 ° για το υπόλοιπο αυτού του σεμιναρίου.

Μπορούμε να στραφούμε στην αξιόπιστη πρίζα μας για ένα καλό παράδειγμα του τρόπου λειτουργίας μιας κυματομορφής AC. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ισχύς που παρέχεται στα σπίτια μας είναι AC με περίπου 170V μηδέν έως κορυφή (πλάτος) και 60Hz (συχνότητα). Μπορούμε να συνδέσουμε αυτούς τους αριθμούς στον τύπο μας για να πάρουμε την εξίσωση

V (t) = 170 sin (2π60t)

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εύχρηστη αριθμομηχανή γραφημάτων για να σχεδιάσουμε αυτήν την εξίσωση. Εάν δεν υπάρχει αριθμομηχανή γραφημάτων, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα δωρεάν πρόγραμμα γραφημάτων όπως το Desmos.

αριθμομηχανή γραφημάτων

Εφαρμογές

Τα καταστήματα σπιτιού και γραφείου χρησιμοποιούνται σχεδόν πάντα στο AC. Αυτό συμβαίνει επειδή η παραγωγή και μεταφορά AC σε μεγάλες αποστάσεις και σχετικά εύκολη. Σε υψηλές τάσεις όπως πάνω από 110kV, λιγότερη ενέργεια χάνεται κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι υψηλότερες τάσεις σημαίνουν χαμηλότερα ρεύματα και τα χαμηλότερα ρεύματα σημαίνουν λιγότερη θερμότητα που παράγεται στη γραμμή ισχύος λόγω αντίστασης. Το AC μπορεί να μετατραπεί από υψηλές τάσεις εύκολα χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές.

Το AC είναι επίσης ικανό τροφοδοσία ηλεκτρικών κινητήρων . Οι κινητήρες και οι γεννήτριες είναι η ίδια ακριβώς συσκευή, αλλά οι κινητήρες μετατρέπονται ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Αυτό είναι χρήσιμο για πολλές μεγάλες συσκευές, όπως ψυγεία, πλυντήρια πιάτων και ούτω καθεξής, που λειτουργούν με AC.

Τι είναι το συνεχές ρεύμα (DC)

Ως συνεχές ρεύμα νοείται η μονοκατευθυνόμενη ροή ηλεκτρικού φορτίου. Παράγεται από πηγές όπως μπαταρίες, τροφοδοτικά, ηλιακά στοιχεία, θερμοστοιχεία ή δυναμό. Το συνεχές ρεύμα μπορεί να ρέει σε έναν αγωγό όπως ένα σύρμα, αλλά μπορεί επίσης να ρέει μέσω μονωτών, ημιαγωγών ή κενού όπως στις δέσμες ηλεκτρονίων ή ιόντων.

Δημιουργία DC

Το DC μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους

  • Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος που παρασκευάζεται με μια συσκευή που ονομάζεται 'commutator' μπορεί να παράγει συνεχές ρεύμα
  • Μετατροπή AC σε DC μιας συσκευής που ονομάζεται 'ανορθωτής'
  • Οι μπαταρίες παρέχουν DC, το οποίο δημιουργείται από μια χημική αντίδραση στο εσωτερικό της μπαταρίας

Χρησιμοποιώντας ξανά την αναλογία του νερού, το DC είναι παρόμοιο με μια δεξαμενή νερού με σωλήνα στο τέλος.

Δημιουργία συνεχούς ρεύματος (DC)

Δημιουργία DC

Η δεξαμενή μπορεί να ωθήσει το νερό μόνο με έναν τρόπο: έξω από το σωλήνα. Παρόμοια με την μπαταρία παραγωγής DC, όταν το δοχείο είναι άδειο, το νερό δεν ρέει πλέον μέσω των σωλήνων.

Περιγράφοντας DC

Το DC ορίζεται ως η 'μονοκατευθυντική' ροή ρεύματος και το ρεύμα ρέει μόνο μία κατεύθυνση. Η τάση και το ρεύμα μπορεί να ποικίλλουν για μεγάλο χρονικό διάστημα, επομένως η κατεύθυνση ροής δεν αλλάζει. Για να απλοποιήσουμε τα πράγματα, θα υποθέσουμε ότι η τάση είναι μια σταθερά. Για παράδειγμα, μια μπαταρία παρέχει 1.5V, η οποία μπορεί να περιγραφεί σε μαθηματική εξίσωση ως:

V (t) = 1.5V

Αν το σχεδιάσουμε με την πάροδο του χρόνου, βλέπουμε μια σταθερή τάση

Οικόπεδο DC

Οικόπεδο DC

Το παραπάνω γράφημα σημαίνει ότι μπορούμε να βασιστούμε στις περισσότερες πηγές DC για να παρέχουμε σταθερή τάση με την πάροδο του χρόνου. Στην πραγματικότητα, μια μπαταρία θα αποφορτιστεί αργά, πράγμα που σημαίνει ότι η τάση θα μειωθεί καθώς χρησιμοποιείται η μπαταρία. Για τους περισσότερους σκοπούς, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η τάση είναι σταθερή.

Εφαρμογές

Ολα έργα ηλεκτρονικής και ανταλλακτικά προς πώληση στο SparkFun τρέχουν στο DC. Όλα όσα εξαντλούνται από μια μπαταρία, συνδέονται στον τοίχο με έναν μετασχηματιστή εναλλασσόμενου ρεύματος ή χρησιμοποιούν ένα καλώδιο USB για τροφοδοσία που βασίζεται στο DC. Παραδείγματα ηλεκτρονικών DC περιλαμβάνουν:

  • Κινητά τηλέφωνα
  • Φακοί
  • Το D&D Dice Gauntlet με βάση το LilyPad
  • Τηλεοράσεις επίπεδης οθόνης (το AC πηγαίνει στην τηλεόραση, το οποίο μετατρέπεται σε DC)
  • Υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα

Έτσι, αυτό αφορά το εναλλασσόμενο ρεύμα, το συνεχές ρεύμα και τις εφαρμογές του. Ελπίζουμε να έχετε καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, οποιεσδήποτε αμφιβολίες σχετικά με αυτήν την ιδέα ή οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα , δώστε τις πολύτιμες προτάσεις σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος ;

Φωτογραφικές μονάδες: