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:

volți volți

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).

Valoare RMS Tensiune de vârf Tensiune de vârf la vârf
110 155 311
120 170 339
220 311 622
240 339 679

PUNCTE PRACTICE DE NOTAT

1) O citire a contorului vă poate înșela să credeți că o tensiune este sigură la atingere (o practică foarte periculoasă), când de fapt este mult mai mare.

2) Un emițător radio SSB (utilizat de oameni pentru a vorbi la distanțe lungi) ar putea fi evaluat la 100 Watt PEP. PEP înseamnă Peak Envelope Power, care este în principiu echivalent cu Peak-to-Peak. Aceasta este metoda normal acceptată de măsurare a puterii emițătorului, nu RMS. Transmițătoarele radio SSB sunt singura excepție, în mod normal toate cifrele ar trebui să se refere la RMS.

3) Puterea unui amplificator audio trebuie citată în wați ca „continuu”, „mediu” sau „RMS”. Feriți-vă de publicitatea care se mândrește cu "putere de vârf de 100 de wați!". O examinare atentă arată că valoarea RMS (puterea efectivă de lucru) este de numai 17,5 wați. În primul rând împărțiți 100 la 2, deoarece este stereo (100/2 = 50 wați). Apoi împărțiți acest lucru la două pentru a obține valoarea de vârf de la vârf la vârf (50/2 = 25 wați). Atunci 0,707 din 25 este de 17,5 wați. Pentru mai multe informații despre puterea amplificatorului, consultați articolul Înțelegerea puterii amplificatorului.

A numi un amplificator stereo de 17,5 wați unul de 100 wați, este similar cu a spune că tensiunea la priza de perete nu este de 220 volți, ci de 1866 volți! Adică tensiunea de vârf la vârf de trei ori (pentru trei faze) - ușor absurdă.

Schimbarea AC la DC

AC este utilizat la distribuirea energiei electrice din 2 motive principale:

1) Are pierderi de tensiune mai mici decât DC, adică este o modalitate bună de a furniza energie electrică pe distanțe lungi prin fire, deoarece nu pierde la fel de multă tensiune pe cât ar continua DC.

2) Este ușor să schimbați tensiunea (folosind un transformator)

Cu toate acestea, în afară de motoare, încălzitoare și lumini, majoritatea aparatelor (în special aparatele electronice) utilizează curent continuu de joasă tensiune. De exemplu: playere MP3, radiouri etc. funcționează la 3, 5, 6, 9 sau 12 volți.

Cea mai bună sursă de curent continuu pur este o baterie sau un grup de baterii (în serie) pentru a alcătui tensiunea adecvată. Cu toate acestea, bateriile se descarcă. Acesta este motivul pentru care majoritatea aparatelor electronice trebuie să fie furnizate și de la sursa de curent alternativ. Sarcina unei surse de alimentare este schimbarea CA la CC.

Sursele de alimentare simple sunt destul de ieftine. Ele sunt adesea cunoscute sub numele de „plug-pack-uri”. Acestea sunt utilizate pentru a alimenta sau încărca telefoane mobile, playere MP3 etc. Acestea schimbă curent alternativ în curent continuu și deseori permit tensiuni diferite (de exemplu, 4,5 volți, 6 volți, 9 volți și 12 volți).

Notă: Sursele de alimentare sunt proiectate pentru anumite tensiuni și anumiți curenți. Aveți grijă să nu atrageți mai mult curent decât sunt concepute pentru acestea.

Debitul de curent în circuitele de curent alternativ și continuu

Fiecare circuit are nevoie de 2 fire: unul pentru a transporta curentul în circuit și unul pentru a transporta curentul sau pentru a returna curentul la sursă (baterie, alternator etc.). Este util să aveți întotdeauna comutatorul de pornire/oprire în firul care transportă curentul către circuit. Prin urmare, din acest motiv și din alte motive, este bine să știm în ce direcție curge un circuit dat.

Din păcate, există o mulțime de confuzie cu privire la modul în care curentul curge într-un circuit. Această confuzie a fost ridicată în principal în argumente tehnice, dintre care majoritatea au merit. Cu toate acestea, să folosim pur și simplu punctul de vedere practic și general susținut că curentul curge de la pozitiv la negativ.

Într-un circuit de curent continuu, acest lucru este ușor de vizualizat, cu toate acestea, ce se întâmplă într-un circuit de curent alternativ atunci când trece constant de la pozitiv la negativ la pozitiv? O analogie ar putea ajuta: un schior de zăpadă pe dealul de jos merge în mod constant la dreapta - la stânga - la dreapta, dar continuă totuși într-o direcție de bază. În mod similar, chiar dacă AC merge pozitiv - negativ - pozitiv, practic merge într-o singură direcție. Este mai ușor să folosiți termenul „activ”, „fierbinte” sau „activ” pentru firul care transportă AC și termenul „neutru” pentru firul de cale de întoarcere.

Astfel putem spune într-un circuit de curent alternativ că curentul curge din activ la neutru.

Trifazic AC

AC trifazat este o ieșire foarte comună de la alternatoare. Este, de asemenea, o plăcere a inginerilor, atunci când vine vorba de explicare. Care este un motiv la fel de bun ca oricare pentru care nu îl vom detalia prea mult. Este suficient să spunem că dintr-un singur alternator se produc 3 unde sinusoidale (faze) separate, dar înrudite (120 ° defazate unele de altele).

Relația dintre aceste 3 faze și neutru este cea care ne interesează. Principiul de bază este: între oricare 2 faze este o tensiune mai mare, între orice fază și neutru este o tensiune mai mică.

Următorul tabel detaliază această relație pentru unele tensiuni comune.

Între orice fază și neutru Între oricare două faze
110 volți 190 volți
120 volți 208 volți
220 volți 380 volți
230 volți 398 volți
240 volți 415 volți

În multe țări, autoritatea de aprovizionare asigură 3 faze pentru fiecare casă. Când se face acest lucru, fiecare fază poate fi considerată ca o linie de alimentare separată. Adică, cele trei faze pot fi privite ca trei linii de alimentare separate și individuale. În loc să vă conectați toată casa într-o singură fază. Este adesea avantajos să împărțiți sarcina pe 2 sau 3 trei faze.

Avantajele partajării sarcinii în două sau trei faze sunt multe. Cea mai mare este că nu depindeți de autoritatea de alimentare pentru a furniza o tensiune bună numai într-o singură fază.

PUNCTE PRACTICE DE NOTAT

1) Trei faze și un neutru (4 fire) sunt adesea furnizate caselor. Cele două fire pentru lumini și aparate sunt conectate la oricare dintre firele de fază și la firul neutru, niciodată la fire de fază 2.

2) Dacă firul neutru este înlocuit cu un fir de fază (adică schimbat accidental), atunci tensiunea este aproape dublată. De exemplu, pe un sistem de 220 volți, dacă firul neutru și oricare dintre firele de fază sunt conectate în locul celuilalt (uneori de către autoritatea de alimentare), atunci vor fi prezenți 380 de volți în loc de 220 de volți. În mod normal, aceasta va „sufla” fiecare lumină și va deteriora majoritatea aparatelor.

3) Motoarele trifazate necesită conectarea tuturor celor 3 faze la ele (cu sau fără neutru - în funcție de proiectarea motorului). Pentru a schimba direcția unui motor trifazat, schimbați orice 2 dintre firele de fază care intră în motor - cu puterea oprită și siguranțele corespunzătoare scoase!

REZUMAT

DC este o mână scurtă pentru curent continuu, ceea ce înseamnă că polaritatea tensiunii rămâne constantă (pozitivă sau negativă). Într-un circuit de curent continuu, este general acceptat faptul că curentul curge de la pozitiv la negativ. O sursă comună de curent continuu este bateria.

AC este o mână scurtă pentru curent alternativ, ceea ce înseamnă că polaritatea se schimbă continuu de la pozitiv la negativ. Într-un circuit de curent alternativ, se spune în general că curentul curge de la activ la neutru. O sursă obișnuită de curent alternativ este un alternator, deși acesta poate fi la o anumită distanță (cum ar fi la centrală) și primiți curent alternativ prin firele conectate la casa dvs.

Frecvența AC este măsurată în hertz și indică numărul de ori pe secundă în care tensiunea trece de la pozitiv la negativ și înapoi.

Tensiunea reală de lucru a CA se numește tensiune RMS și aceasta este tensiunea pe care contorii o citesc atunci când măsoară tensiunea AC.

Majoritatea alternatoarelor produc 3 faze active și un neutru. Toate aparatele de uz casnic și luminile trebuie conectate între oricare fază și neutru.