Wechselstromkreistypen, Anwendungen, Beispiele

Der Wechselstromkreise entweder CA -Schaltungen Sie bestehen aus Kombinationen von widerstandsfähigen, induktiven und kapazitiven Elementen, kombiniert mit einer alternativen Spannungsquelle, die normalerweise sinusförmig ist.

Bei der Anwendung der Spannung wird für kurze Zeit ein variabler Strom festgelegt, der als Übergangsstrom bezeichnet wird und dem sinusförmigen stationären Strom weichen.

Ein Wechselstromkreislauf

Der sinusförmige Strom weist Werte auf, die zwischen positiv und negativ wechseln und sich in reguläre Intervalle ändern, die durch eine zuvor festgelegte Frequenz bestimmt werden. Die Form des Stroms wird ausgedrückt als:

I (t) = i_M Sen (ωt -φ)

Wo ich_M Es ist der maximale Strom oder die Stromamplitude des Stroms, ω ist die Frequenz, T Es ist Zeit und φ der Phasenunterschied. Die für den Strom üblicherweise verwendeten Einheiten sind die Verstärker (a) und ihre Untermultiples wie das Milliamperium und das Mikroamperium.

Die Zeit wird für ihren Teil in Sekunden gemessen, für die Frequenz sind die Hertzios oder Hertz, abgekürzte Hz, während der Phasenunterschied ein Winkel ist, der normalerweise bei Radiern gemessen wird, obwohl sie manchmal manchmal in Grad vorkommt. Weder diese noch die Radians werden als Einheiten angesehen.

Symbol für alternative Spannungsquelle

Häufig wird die alternative Spannung mit der Welle im Kreis symbolisiert, um sie von der direkten Spannung zu unterscheiden, die durch die beiden ungleichen und parallelen Linien symbolisiert wird.

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Arten von Wechselstromkreisen

Es gibt viele Arten von Wechselstromkreisen, beginnend mit den einfachsten in der folgenden Abbildung gezeigten Schaltungen. Von links nach rechts haben sie:

-Respekt mit Widerstand r

-Schaltung mit Spulen l

-Schaltung mit Kondensator C.

Von links nach rechts: Widerstand, induktiver und endgültiger Kapazitätskreislauf. Quelle: f. Zapata.

Schaltung mit Widerstandselement

In der Schaltung mit einem an eine alternativen Spannungsquelle angeschlossenen Widerstand R ist die Widerstandsspannung V_R = V_M Sen ωt. Nach Ohm Law, das auch für rein widerstandsfähige Schaltungen von Wechselstrom gültig ist:

V_R = I_R∙ r

Daher der maximale Strom i_M = V_M /R.

Sowohl der Strom als auch die Spannung sind in der Phase, was bedeutet, dass sie gleichzeitig ihre maximalen Werte sowie 0 erreichen.

In einem rein widerstandenen Wechselstromkreis sind Strom und Widerstand in Phase. Quelle: f. Zapata.

Induktiver Elementkreis

In der Spule l ist die Spannung v_L = V_M Sen ωt und hängt mit dem Strom im Induktor durch die Gleichung zusammen:

Integration:

Für Eigenschaften trigonometrischer Gründe, ich_L Es ist in Bezug auf Sin ωt als:

Yo_L = I_M sin (ωt - ½ π)

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Dann sind die Spannung und der Strom veraltet, letzteres verzögert in Bezug auf die Spannung ½ π = 90º (der Strom beginnt zuvor, da T = 0 s der Startpunkt ist). Dies ist in der folgenden Abbildung im Vergleich zum Sinus von i zu sehen_L und das von v_L:

Alternative Spannung und Strom in einem rein induktiven Wechselstromkreislauf. Quelle: f. Zapata.

Induktive Reaktanz

Induktive Reaktanz ist als x definiert_L = Ωl erhöht sich häufig und weist daher in Analogie mit dem Ohmschen Gesetz Widerstandsabmessungen auf:

V_L = I_L ∙ x_L

Schaltung mit kapazitivem Element

Für eine mit einer wechselstromige Quelle angeschlossene Beteiligung C ist es erfüllt, dass:

Q = c ∙ v_C = C ∙ v_M Sen ωt

Der Strom im Kondensator leitet die Last in Bezug auf die Zeit ab:

Yo_C= ωc ∙ v_M cos ωt

Aber cos ωt = sin (ωt + ½ π), dann:

Yo_C = Ωcv_M sin (ωt+ ½ π)

In diesem Fall steigt der Strom zur Spannung in ½ π, wie aus der Grafik ersichtlich ist.

Spannung und Strom im alternativen Schaltkreis mit rein kapazitivem Element. Quelle: f. Zapata.

Kapazitive Reaktanz

Die kapazitive Reaktanz kann geschrieben werden x_C = 1/ωc, nimmt mit Frequenz ab und hat auch Widerstandseinheiten, dh Ohmms. Auf diese Weise ist das Ohmsche Gesetz wie folgt:

V_C = X_C.Yo_C

Anwendungen

Michael Faraday (1791-1867) war der erste, der einen Strom erhielt, der seine Bedeutung durch seine Induktionsexperimente regelmäßig veränderte, obwohl in den frühen Tagen nur Gleichstrom verwendet wurde.

Am Ende des 19. Jahrhunderts trat der gut bekannte Krieg der Strömungen zwischen Thomas bis zu. Edison, Verteidiger der Verwendung von Direktstrom und George Westinghouse, Befürworter des Wechselstroms. Schließlich war dies derjenige, der durch Wirtschaft, Effizienz und einfache Übertragung mit geringfügigen Verlusten gewonnen hat.

Aus diesem Grund ist der Strom, der zu Häusern und Industrien kommt.

Der abwechselnde Strom wird für fast alles verwendet, und in vielen Anwendungen ist die konstante Änderung der Richtung des Wechselstroms nicht relevant, z. Richtung der Bewegung von Lasten.

Andererseits ist die Tatsache, dass der Strom mit einer bestimmten Frequenz die Bedeutung ändert, die Grundlage von Elektromotoren und verschiedenen spezifischeren Anwendungen, wie z. B. folgende:

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Pelfming Circuits

Die Schaltkreise, die aus einer alternativen Quelle bestehen, die mit einem Widerstand verbunden ist, und einem seriellen Kondensator werden als RC -Serienschaltungen bezeichnet und werden verwendet, um unerwünschte Löschen in einer anderen Schaltung zu beseitigen, oder verleihen dieser.

Sie dienen auch als Spannungsdivisoren und um Radiosender einzustellen (siehe Beispiel 1 im nächsten Abschnitt).

Brückenkreise

Brückenschaltungen, die mit abwechselndem Strom gefüttert werden.

Beispiele für abwechselnde Stromkreise

In den vorherigen Abschnitten wurden die einfachsten Wechselstromkreise beschrieben, obwohl natürlich die oben beschriebenen grundlegenden Elemente sowie andere etwas komplexer wie Dioden, Verstärker und Transistoren, um nur einige zu nennen, kombiniert werden, um verschiedene Effekte zu erhalten.

Beispiel 1: RLC -Schaltung

Eine der häufigsten Schaltungen in AC Es ist diejenige, die einen Widerstand R, eine Spule oder eine Induktor -L- und eine Kondensator- oder Kondensator -C -Serie mit einer abwechselnden Stromquelle enthält.

RLC -Schaltung in Serie mit einer alternierenden Stromquelle gefüttert. Quelle: f. Zapata.

Die RLC -Serienschaltungen reagieren insbesondere auf die Häufigkeit der alternativen Quelle, mit der sie gefüttert werden. Deshalb ist eine der interessantesten Anwendungen wie Radio -Tuned Circuits.

Ein Funksignal erzeugt häufig einen Strom mit derselben Frequenz in einem Stromkreis, das speziell als Empfänger dient, und die Amplitude dieses Strom Resonanz.

Die Empfangskreis dient als Tuner, da er so gestaltet ist, dass die Signale von unerwünschten Frequenzen sehr kleine Ströme erzeugen. Andererseits erreicht die Amplitude des Stroms zur Resonanzfrequenz ein Maximum und dann ist das Signal deutlich zu hören.

Die Resonanzfrequenz tritt auf, wenn die induktiven und kapazitiven Reaktanzen der Schaltung ausgeglichen werden:

X_L = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/lc

Der Radiosender mit dem Frequenzsignal ω soll "abgestimmt" sein, und die Werte von L und C werden für diese bestimmte Frequenz ausgewählt.

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Beispiel 2: RLC -Schaltung parallel

Parallelförmige RLC -Schaltungen haben auch bestimmte Antworten entsprechend der Quellfrequenz, die von der Reaktanz jedes der Elemente abhängt, definiert als Grund zwischen der Spannung und dem Strom.

RLC -Schaltung parallel an eine alternierende Stromquelle angeschlossen. Quelle: f. Zapata.

Übung gelöst

In der LRC -Schaltung in Serie 1 des vorhergehenden Abschnitts ist der Widerstand 200 Ohm, Induktivität 0, wert.4 h und der Kondensator beträgt 6 μf. Die Stromversorgung ist für seinen Teil eine alternative Amplitudenspannung von 30 V, häufig 250 rad/s. Es wird gebeten zu finden:

a) Die Reaktanzen jedes Elements

b) Der Wert des Schaltungsimpedanzmoduls.

c) die Amplitude des Stroms

Lösung für

Die jeweiligen Reaktanzen werden mit den Formeln berechnet:

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

Und die Reaktionsreaktanz entspricht seinem Wert in Ohm:

X_R = R = 200 Ohm

Lösung b

Impedanz Z ist definiert als der Grund zwischen der Spannung und dem Strom in der Schaltung, entweder in Reihe oder parallel:

Z = v_M / Yo_M

Die Impedanz wird in OHMs sowie Widerstand oder Reaktanz gemessen, bezieht sich jedoch auf den Widerstand gegen den Durchgang des Stroms von Induktivität und Kondensatoren, wenn man bedenkt, dass zusätzlich zu ihren besonderen Effekten, wie z. einen bestimmten inneren Widerstand haben.

Es kann gezeigt werden, dass das Impedanzmodul für die RLC -Serienschaltung angegeben ist:

Bei der Bewertung der in der Anweisung angegebenen Werte wird sie erhalten:

Lösung c

Von:

Z = v_M / Yo_M

Es muss;

Yo_M = V_M / Z = 30 V / 601 Ohm = 0.05 a.

Themen von Interesse

Unterschiede zwischen abwechselnden und direkten Strom

Verweise

1. Alexander, c. 2006. Fundamente des Stromkreises. 3. Auflage. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Einführung in die Schaltungsanalyse.2. Auflage. Pearson.
3. Figueroa, d. (2005). Serie: Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 6. Elektromagnetismus. Herausgegeben von Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. Ed. Band 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 1. 7. Ed. Cengage Lernen.