Kai elektrinės tiekia energiją pastatams ir namų ūkiams, jos juos siunčia dideliu atstumu nuolatinės srovės (DC) pavidalu. Tačiau buitiniai prietaisai ir elektronika paprastai remiasi kintamąja srove (AC).
Konvertavimas tarp dviejų formų gali parodyti, kaip skiriasi elektrinių formų varža ir kaip jos naudojamos praktiškai. Galite pateikti nuolatinės ir kintamosios srovės lygtis, apibūdinančias nuolatinės ir kintamosios srovės atsparumo skirtumus.
Nors nuolatinė galia elektros grandinėje teka viena kryptimi, kintamosios srovės šaltinių srovė reguliariais intervalais keičiasi į priekį ir atgal. Ši moduliacija apibūdina, kaip kinta kintama ir įgyja sinusinės bangos formą.
Šis skirtumas taip pat reiškia, kad galite apibūdinti kintamosios srovės galią tam tikru laiko aspektu transformuotis į erdvinį matmenį, kad būtų parodyta, kaip kinta įtampa įvairiose pati grandinė. Naudodami pagrindinius grandinės elementus su kintamosios srovės šaltiniu, galite matematiškai apibūdinti varžą.
DC vs. Kintamosios srovės varža
Kintamosios srovės grandinėse maitinkite šaltinį naudodami sinusinę bangąOhmo įstatymas,
V = IR
įtampaiV, srovėAšir pasipriešinimasR, bet naudokvarža ZvietojR.
Kintamosios srovės grandinės varžą galite nustatyti taip pat, kaip ir nuolatinės srovės grandinę: padalydami įtampą iš srovės. Kintamosios srovės grandinės atveju pasipriešinimas vadinamas impedancija ir gali būti įvairių formų įvairiems grandinės elementams pvz., indukcinė varža ir talpinė varža, matuojant atitinkamai induktorių ir kondensatorių varžą. Induktoriai gamina magnetinius laukus, kad kauptų energiją, reaguodami į srovę, o kondensatoriai - grandinėse.
Elektros srovę galite pavaizduoti per kintamosios srovės varžą
Aš = I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}
didžiausia srovės vertėAš, kaip fazių skirtumasθ, grandinės kampinis dažnisωir laikot. Fazių skirtumas yra paties sinusinės bangos kampo matavimas, kuris parodo, kaip srovė nėra fazėje su įtampa. Jei srovė ir įtampa yra fazėje, fazės kampas būtų 0 °.
Dažnisyra funkcija, kiek sinusinių bangų per vieną sekundę praėjo per vieną tašką. Kampinis dažnis yra šis dažnis, padaugintas iš 2π, kad būtų atsižvelgta į energijos šaltinio radialinį pobūdį. Padauginkite šią srovės lygtį iš varžos, kad gautumėte įtampą. Įtampa įgauna panašią formą
V = V_m \ sin {(\ omega t)}
didžiausia įtampa V. Tai reiškia, kad galite apskaičiuoti kintamosios srovės varžą kaip įtampos dalijimo iš srovės, kuri turėtų būti, rezultatą
\ frac {V_m \ sin {(\ omega t)}} {I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}}
Kintamosios srovės varža su kitais grandinės elementais, tokiais kaip induktoriai ir kondensatoriai, naudoja lygtis
Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_L ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_C ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L-X_C) ^ 2}
indukciniam pasipriešinimuiXL, talpinė varžaXC rasti kintamosios srovės varžą Z. Tai leidžia išmatuoti kintamosios srovės grandinių induktorių ir kondensatorių varžą. Taip pat galite naudoti lygtisXL = 2πfLirXC = 1 / 2πfCpalyginti šias varžos reikšmes su induktyvumuLir talpaCuž induktyvumą Henryse ir talpą Faraduose.
DC vs. Kintamosios srovės grandinių lygtys
Nors kintamosios ir nuolatinės srovės grandinių lygtys yra skirtingos, jos abi priklauso nuo tų pačių principų. A DC vs. Kintamosios srovės grandinių pamoka gali tai parodyti. Nuolatinės srovės grandinės neturi nulinio dažnio, nes jei pastebėtumėte nuolatinės srovės grandinės maitinimo šaltinį nerodyti jokios bangos formos ar kampo, kuriuo galėtumėte išmatuoti, kiek bangų praleistų tam tikrą tašką. Kintamosios srovės grandinės rodo šias bangas su keteromis, loviais ir amplitudėmis, leidžiančiomis joms apibūdinti naudoti dažnį.
A DC vs. grandinių lygčių palyginimas gali parodyti skirtingas įtampos, srovės ir varžos išraiškas, tačiau pagrindinės teorijos, valdančios šias lygtis, yra vienodos. DC skirtumai vs. Kintamosios srovės grandinės lygtys atsiranda dėl pačių grandinės elementų pobūdžio.
Jūs naudojatės Ohmo įstatymuV = IRabiem atvejais, ir jūs lygiai taip pat apibendrinate srovę, įtampą ir varžą skirtingose grandinėse tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės grandinėse. Tai reiškia, kad reikia apibendrinti įtampos kritimus aplink uždarą kontūrą kaip nulį ir apskaičiuoti srovę įeina į kiekvieną elektros grandinės mazgą ar tašką kaip lygų išeinančiai srovei, tačiau kintamosios srovės grandinėms naudojate vektoriai.
DC vs. Kintamosios srovės grandinių pamoka
Jei turite lygiagrečią RLC grandinę, tai yra kintamosios srovės grandinę su rezistoriumi, induktoriumi (L) ir kondensatoriumi, išdėstytus lygiagrečiai vienas su kitu ir lygiagrečiai su maitinimo šaltiniu, apskaičiuotumėte srovę, įtampą ir varžą (arba, šiuo atveju, varžą) taip pat, kaip ir DC grandinė.
Bendra srovė iš maitinimo šaltinio turėtų būti lygivektoriussrovės, tekančios per tris šakas, suma. Vektorinė suma reiškia kiekvienos srovės vertės kvadratą ir jų sumavimą, kad gautume
I_S ^ 2 = I_R ^ 2 + (I_L-I_C) ^ 2
maitinimo sroveiAšS, rezistoriaus srovėAšR, induktoriaus srovėAšLir kondensatoriaus srovėAšC. Tai skiriasi nuo nuolatinės srovės grandinės versijos
I_S = I_R + I_L + I_C
Kadangi įtampos kritimas šakose išlieka pastovus lygiagrečiose grandinėse, galime apskaičiuoti įtampą kiekvienoje šakoje lygiagrečioje RLC grandinėje kaipR = V / IR, XL = V / ILirXC = V / IC. Tai reiškia, kad galite susumuoti šias vertes naudodami vieną iš pradinių lygčiųZ = √ (R2 + (XL- XC)2gauti
\ frac {1} {Z} = \ sqrt {\ bigg (\ frac {1} {R} \ bigg) ^ 2 + \ bigg (\ frac {1} {X_L} - \ frac {1} {X_C} \ bigg) ^ 2}
Ši vertė1 / Ztaip pat vadinamas priėmimu į kintamosios srovės grandinę. Priešingai, įtampos kritimas šakose atitinkamai grandinei su nuolatinės srovės šaltiniu būtų lygus maitinimo šaltinio įtampos šaltiniuiV.
Nuosekliai RLC grandinei, kintamosios srovės grandinei su rezistoriumi, induktoriumi ir kondensatoriumi, išdėstytais nuosekliai, galite naudoti tuos pačius metodus. Galite apskaičiuoti įtampą, srovę ir varžą naudodamiesi tais pačiais principais, kaip nustatyti srovės įvedimą ir paliekant mazgus ir taškus lygius vienas kitam, o susumavus įtampos kritimus uždarose kilpose lygus nulis.
Srovė per grandinę būtų lygi visiems elementams ir ją suteiktų kintamosios srovės šaltinio srovėAš = ašm x nuodėmė (ωt). Kita vertus, įtampa gali būti apibendrinta aplink kilpą kaipVs - VR - VL - VC= 0 užVRmaitinimo įtampaiVS, rezistoriaus įtampaVR, induktoriaus įtampaVLir kondensatoriaus įtampaVC.
Atitinkamai nuolatinės srovės grandinei srovė būtų tiesiogV / Rkaip duota Ohmo dėsnyje, ir įtampa taip pat būtųVs - VR - VL - VC= 0 kiekvienam komponentui iš eilės. Skirtumas tarp nuolatinės ir kintamosios srovės scenarijų yra tas, kad nors nuolatinės srovės atveju galite išmatuoti rezistoriaus įtampą kaipIR, induktoriaus įtampa kaipLdI / dto kondensatoriaus įtampa kaipQC(už mokestįCir talpaQ), kintamosios srovės grandinės įtampos būtųVR = IR, VL = IXLnuodėmė (ωt + 90°)irVC = IXCnuodėmė (ωt - 90°).Tai rodo, kaip kintamosios srovės RLC grandinėse induktorius prieš įtampos šaltinį yra 90 °, o kondensatorius - 90 °.