Vekslende gjeldende kretsløpstyper, applikasjoner, eksempler

De vekslende strømkretser enten CA -kretsløp De består av kombinasjoner av resistive, induktive og kapasitive elementer, kombinert med en alternativ spenningskilde, som vanligvis er sinusformet.

Når du bruker spenningen, etableres en variabel strøm i kort tid, kalt forbigående strøm, som gir vei til sinusformet stasjonær strøm.

En vekselstrømskrets

Sinusformet strømmen har verdier som veksler mellom positive og negative, endrer til regelmessige intervaller bestemt av en tidligere etablert frekvens. Strømformen er uttrykt som:

I (t) = i_m Sen (ωt --φ)

Hvor jeg_m Det er den maksimale strøm eller amplitude av strøm, ω er frekvensen, t Det er tid og φ faseforskjellen. Enhetene som ofte brukes til strømmen er forsterkere (a) og dens submultipper, for eksempel milliamperium og mikroamperium.

For sin del måles tiden i sekunder, for frekvens er hertzios eller hertz, forkortet Hz, mens faseforskjellen er en vinkel som vanligvis måles i radianer, selv om den noen ganger oppstår i grader. Verken disse eller radianene regnes som enheter.

Symbol brukt for alternativ spenningskilde

Ofte symboliseres den alternative spenningen med bølgen inne i sirkelen, for å skille den fra den direkte spenningen, symbolisert av de to ulik og parallelle linjene.

[TOC]

Typer vekselstrømskretser

Det er mange typer vekslende strømkretser, med de enkleste kretsløpene som er vist i følgende figur. Fra venstre mot høyre har de:

-Respekt med motstand r

-Krets med spole l

-Krets med kondensator c.

Fra venstre mot høyre: Resistiv, induktiv og endelig kapasitetskrets. Kilde: f. Zapata.

Krets med resistivt element

I kretsen med en motstand R koblet til en alternativ spenningskilde, er motstandsspenningen V_R = V_m Sen ωt. Av Ohm Law, som også er gyldig for rent resistive kretsløp av vekselstrøm:

V_R = Jeg_R∙ r

Derfor den maksimale strømmen i_m = V_m /R.

Både strømmen og spenningen er i fase, noe som betyr at de når sine maksimale verdier, så vel som 0, samtidig.

I en rent resistiv vekslende strømkrets er strøm og motstand i fase. Kilde: f. Zapata.

Induktiv elementkrets

I spolen l er spenningen v_L = V_m Sen ωt og er relatert til strømmen i induktoren gjennom ligningen:

Integrering:

Av egenskaper av trigonometriske grunner, i_L Det er skrevet i form av synd ωt som:

Yo_L = Jeg_m Sin (ωt - ½ π)

Kan tjene deg: naturlige satellitter

Deretter er spenningen og strømmen utdatert, sistnevnte forsinket ½ π = 90º med hensyn til spenningen (strømmen begynner før, er t = 0 s utgangspunktet). Dette sees i den følgende figuren sammenlignet med sinusoiden til i_L og det av v_L:

Alternativ spenning og strøm i en rent induktiv vekselstrømskrets. Kilde: f. Zapata.

Induktiv reaktans

Induktiv reaktans er definert som x_L = Ωl, øker ofte og har motstandsdimensjoner, derfor i analogi med Ohms lov:

V_L = Jeg_L ∙ x_L

Krets med kapasitivt element

For en Con Casser C koblet til en vekselstrømkilde, er det oppfylt at:

Q = C ∙ V_C = C ∙ V_m Sen ωt

Strømmen i kondensatoren henter belastningen med hensyn til tid:

Yo_C= ωc ∙ V_m cos ωt

Men cos ωt = sin (ωt + ½ π), da:

Yo_C = Ωcv_m sin (ωt+ ½ π)

I dette tilfellet går strømmen til spenningen i ½ π, som det kan sees fra grafikken.

Spenning og strøm i den alternative kretsen med rent kapasitivt element. Kilde: f. Zapata.

Kapasitiv reaktans

Den kapasitive reaktansen kan skrives x_C = 1/ωc, avtar med frekvens og har også resistensenheter, det vil si ohm. På denne måten er Ohms lov slik:

V_C = X_C.Yo_C

applikasjoner

Michael Faraday (1791-1867) var den første som oppnådde en strøm som med jevne mellomrom endret betydningen, gjennom dens induksjonseksperimenter, selv om det i løpet av de første dagene bare ble brukt.

På slutten av 1800 -tallet skjedde den velkjente krigens krig. Edison, forsvarer av bruken av likestrøm og George Westinghouse, tilhenger av vekselstrømmen. Endelig var dette den som vant av økonomi, effektivitet og enkel overføring med mindre tap.

Av den grunn til dags dato er strømmen som kommer til hjem og bransjer vekselstrøm, selv om bruken av likestrøm aldri forsvant fullstendig.

Veksleringsstrømmen brukes til nesten alt, og i mange bruksområder er den konstante retningsendringen ikke relevant, for eksempel lyspærer, jern eller kokeskorn, siden oppvarmingen av det resistive elementet er det ikke avhengig av retning av bevegelse av belastning.

På den annen side er det faktum at strømmen endrer seg med en viss frekvens, grunnlaget for elektriske motorer og forskjellige mer spesifikke applikasjoner, for eksempel følgende:

Det kan tjene deg: lydforplantning

Pelfming kretser

Kretsene som består av en alternativ kilde koblet til en motstand og en seriell kondensator er kjent som RC -seriekretser og brukes til å eliminere uønskede lasker i en annen krets, eller også legge til noen spesielle effekt til dette.

De fungerer også som spenningsdelere og for å stille inn radiostasjoner (se eksempel 1 i neste avsnitt).

Bridge -typer kretser

Bridge kretser matet med vekselstrøm kan brukes til å måle kapasitet eller induktans, på samme måte som Wheatstone Bridge brukes, en kjent likestrømskrets som er i stand til å måle verdien av en ukjent motstand.

Eksempler på vekslende strømkretser

I de foregående seksjonene ble de enkleste vekslende strømkretsene beskrevet, selv om de grunnleggende elementene er beskrevet ovenfor, så vel som andre litt mer komplekse som dioder, forsterkere og transistorer, for å nevne noen, kan kombineres for å oppnå forskjellige effekter.

Eksempel 1: RLC -krets

En av de vanligste kretsløpene i Ac Det er den som inkluderer en motstand R, en spole eller induktor L og en kondensator eller kondensator C -serie med en vekslende strømkilde.

RLC -krets i serie matet med en vekselstrømskilde. Kilde: f. Zapata.

RLC -seriekretsene reagerer spesielt på hyppigheten av den alternative kilden de blir matet med. Det er grunnen til at en av de mest interessante applikasjonene er som radiomodede kretsløp.

Et radiostign resonans.

Mottakskretsen fungerer som en tuner fordi den er designet slik at signalene om uønskede frekvenser genererer veldig små strømmer, som ikke blir oppdaget av radiohøyttalerne og derfor ikke er hørbare. På den annen side, til resonansfrekvensen, når amplituden til strømmen et maksimum, og da blir signalet tydelig hørt.

Resonansfrekvensen oppstår når kretsens induktive og kapasitive reaktanser blir utjevnet:

X_L = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/lc

Radiostasjonen med frekvenssignalet ω sies å være "innstilt", og verdiene til L og C er valgt for den visse frekvensen.

Det kan tjene deg: Normal innsats: Hva den består av, hvordan det beregnes, eksempler

Eksempel 2: RLC -krets parallelt

RLC -kretser parallelt har også visse svar i henhold til kildefrekvensen, som avhenger av reaktansen til hvert av elementene, definert som årsaken mellom spenningen og strømmen.

RLC -krets parallelt koblet til en vekselstrømkilde. Kilde: f. Zapata.

Trening løst

I LRC -kretsen i serie 1 av den foregående delen er motstanden verdt 200 ohm, induktans 0.4 timer og kondensatoren er 6 μF. For sin del er strømforsyningen en alternativ amplitudespenning lik 30 V, ofte 250 rad/s. Det blir bedt om å finne:

a) reaktansene til hvert element

b) Verdien av kretsimpedansmodulen.

c) Amplituden til strømmen

Løsning på

De respektive reaktansene beregnes med formlene:

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

Og motstandsreaktansen tilsvarer verdien i ohm:

X_R = R = 200 ohm

Løsning b

Impedans Z er definert som årsaken mellom spenningen og strømmen i kretsen, enten i serie eller parallelt:

Z = v_m / Yo_m

Impedans måles i ohm, samt en motstand eller reaktans, men refererer til motstanden mot passering av strømmen av induktanser og kondensatorer, med tanke på at i tillegg til deres spesielle effekter, for eksempel å forsinke eller gå videre til spenningen, også de de har en viss intern motstand.

Det kan demonstreres at for RLC -seriekretsen er impedansmodulen gitt av:

Når du evaluerer verdiene som er gitt i uttalelsen, oppnås det:

Løsning c

Av:

Z = v_m / Yo_m

Det må;

Yo_m = V_m / Z = 30V / 601 ohm = 0.05 a.

Temaer av interesse

Forskjeller mellom vekslende og likestrøm

Referanser

1. Alexander, ca. 2006. Elektriske kretsfundamenter. 3. Utgave. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Introduksjon til kretsanalyse.2. Utgave. Pearson.
3. Figueroa, d. (2005). Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 6. Elektromagnetisme. Redigert av Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. Ed. Volum 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.