Când centralele electrice furnizează energie clădirilor și gospodăriilor, acestea le trimit pe distanțe mari sub formă de curent continuu (DC). Dar aparatele electrocasnice și electronice se bazează în general pe curent alternativ (AC).
Conversia între cele două forme vă poate arăta diferențele dintre formele de energie electrică unele de altele și modul în care sunt utilizate în aplicații practice. Puteți veni cu ecuații DC și AC pentru a descrie diferențele de rezistență DC și AC.
În timp ce curentul continuu curge într-o singură direcție într-un circuit electric, curentul de la sursele de curent alternativ alternează între direcțiile înainte și invers la intervale regulate. Această modulație descrie modul în care AC se schimbă și ia forma unei unde sinusoidale.
Această diferență înseamnă, de asemenea, că puteți descrie puterea de curent alternativ cu o dimensiune de timp pe care o puteți transformați-vă într-o dimensiune spațială pentru a vă arăta cum variază tensiunea între diferite zone ale circuitul în sine. Folosind elementele circuitului de bază cu o sursă de curent alternativ, puteți descrie rezistența matematic.
DC vs. Rezistență AC
Pentru circuitele de curent alternativ, tratați sursa de alimentare folosind unda sinusoidală alăturiLegea lui Ohm,
V = IR
pentru tensiuneV, actualEuși rezistențăR, dar folosițiimpedanta Zin loc deR.
Puteți determina rezistența unui circuit de curent alternativ la fel ca în cazul unui circuit de curent continuu: împărțind tensiunea la curent. În cazul unui circuit de curent alternativ, rezistența se numește impedanță și poate lua alte forme pentru diferitele elemente ale circuitului precum rezistența inductivă și rezistența capacitivă, rezistența de măsurare a inductoarelor și, respectiv, a condensatoarelor. Inductoarele produc câmpuri magnetice pentru a stoca energia ca răspuns la curent, în timp ce condensatoarele stochează încărcarea în circuite.
Puteți reprezenta curentul electric printr-o rezistență de curent alternativ
I = I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}
pentru valoarea maximă a curentuluiSunt, ca diferență de fazăθ, frecvența unghiulară a circuituluiωsi timpult. Diferența de fază este măsurarea unghiului sinusoidal în sine, care arată cum curentul este defazat cu tensiunea. Dacă curentul și tensiunea sunt în fază unul cu altul, atunci unghiul de fază ar fi 0 °.
Frecvențăeste o funcție a numărului de unde sinusoidale care au trecut peste un singur punct după o secundă. Frecvența unghiulară este această frecvență înmulțită cu 2π pentru a ține cont de natura radială a sursei de alimentare. Înmulțiți această ecuație pentru curent cu rezistență pentru a obține tensiune. Tensiunea ia o formă similară
V = V_m \ sin {(\ omega t)}
pentru tensiunea maximă V. Aceasta înseamnă că puteți calcula impedanța AC ca rezultat al divizării tensiunii la curent, care ar trebui să fie
\ frac {V_m \ sin {(\ omega t)}} {I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}}
Impedanța de curent alternativ cu alte elemente de circuit, cum ar fi inductoarele și condensatoarele, utilizează ecuațiile
Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_L ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + X_C ^ 2} \\ Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L-X_C) ^ 2}
pentru rezistența inductivăXL, rezistență capacitivăXC pentru a găsi impedanța de curent alternativ Z. Acest lucru vă permite să măsurați impedanța dintre inductoare și condensatoare din circuitele de curent alternativ. De asemenea, puteți utiliza ecuațiileXL = 2πfLșiXC = 1 / 2πfCpentru a compara aceste valori de rezistență cu inductanțaLși capacitateCpentru inductanță în Henries și capacitate în Farads.
DC vs. Ecuații de circuit AC
Deși ecuațiile pentru circuitele de curent alternativ și continuu iau forme diferite, ambele depind de aceleași principii. Un DC vs. Tutorialul circuitelor AC poate demonstra acest lucru. Circuitele de curent continuu au frecvență zero deoarece, dacă ar fi să observați sursa de alimentare pentru un circuit de curent continuu nu arătați niciun fel de formă de undă sau unghi la care puteți măsura câte unde ar trece un anumit punct. Circuitele de curent alternativ prezintă aceste unde cu creste, jgheaburi și amplitudini care vă permit să utilizați frecvența pentru a le descrie.
Un DC vs. comparația ecuațiilor de circuit poate arăta expresii diferite pentru tensiune, curent și rezistență, dar teoriile care stau la baza care guvernează aceste ecuații sunt aceleași. Diferențele în DC vs. Ecuațiile circuitului alternativ apar prin natura elementelor circuitului în sine.
Folosești legea lui OhmV = IRîn ambele cazuri și rezumați curentul, tensiunea și rezistența la diferite tipuri de circuite în același mod, atât pentru circuitele de curent continuu, cât și pentru cele de curent alternativ. Aceasta înseamnă însumarea căderilor de tensiune în jurul unei bucle închise egale cu zero și calcularea curentului respectiv intră în fiecare nod sau punct de pe un circuit electric egal cu curentul care părăsește, dar, pentru circuitele de curent alternativ, îl utilizați vectori.
DC vs. Tutorial Circuite AC
Dacă ați avut un circuit RLC paralel, adică un circuit de curent alternativ cu rezistor, inductor (L) și condensator dispuse în paralel între ele și în paralel cu sursa de alimentare, ați calcula curentul, tensiunea și rezistența (sau, în acest caz, impedanța) la fel ca și pentru un DC circuit.
Curentul total de la sursa de alimentare ar trebui să fie egal cuvectorsuma curentului care curge prin fiecare dintre cele trei ramuri. Suma vectorială înseamnă pătrarea valorii fiecărui curent și însumarea lor pentru a obține
I_S ^ 2 = I_R ^ 2 + (I_L-I_C) ^ 2
pentru curentul de alimentareEuS, curent rezistorEuR, curent inductorEuLși curentul condensatoruluiEuC. Acest lucru contrastează versiunea circuitului de curent continuu a situației care ar fi
I_S = I_R + I_L + I_C
Deoarece căderile de tensiune între ramuri rămân constante în circuite paralele, putem calcula tensiunile de pe fiecare ramură din circuitul paralel RLC caR = V / IR, XL = V / ILșiXC = V / IC. Aceasta înseamnă că puteți rezuma aceste valori folosind una dintre ecuațiile originaleZ = √ (R2 + (XL- XC)2a obține
\ frac {1} {Z} = \ sqrt {\ bigg (\ frac {1} {R} \ bigg) ^ 2 + \ bigg (\ frac {1} {X_L} - \ frac {1} {X_C} \ bigg) ^ 2}
Această valoare1 / Zse mai numește admisie pentru un circuit de curent alternativ. În schimb, căderile de tensiune pe ramuri pentru circuitul corespunzător cu o sursă de curent continuu ar fi egală cu sursa de tensiune a sursei de alimentareV.
Pentru un circuit RLC de serie, un circuit de curent alternativ cu rezistor, inductor și condensator aranjat în serie, puteți utiliza aceleași metode. Puteți calcula tensiunea, curentul și rezistența utilizând aceleași principii de setare a intrării curentului și lăsând noduri și puncte egale între ele în timp ce însumează căderile de tensiune pe buclele închise la fel de egale cu zero.
Curentul prin circuit ar fi egal între toate elementele și dat de curent pentru o sursă de curent alternativEu = eum x sin (ωt). Tensiunea, pe de altă parte, poate fi însumată în jurul buclei caVs - VR - VL - VC= 0 pentruVRpentru tensiunea de alimentareVS, tensiunea rezistoruluiVR, tensiunea inductoruluiVLși tensiunea condensatoruluiVC.
Pentru circuitul DC corespunzător, curentul ar fi pur și simpluV / Rconform Legii lui Ohm, și tensiunea ar fi, de asemeneaVs - VR - VL - VC= 0 pentru fiecare componentă din serie. Diferența dintre scenariile de curent continuu și curent alternativ este că în timp ce, pentru curent continuu, puteți măsura tensiunea rezistorului caIR, tensiunea inductorului caLdI / dtși tensiunea condensatorului ca.QC(contra costCși capacitateQ), tensiunile pentru un circuit de curent alternativ ar fiVR = IR, VL = IXLpăcat (ωt + 90°)șiVC = IXCpăcat (ωt - 90°).Acest lucru arată cum circuitele AC RLC au un inductor înaintea sursei de tensiune cu 90 ° și condensatorul în spate cu 90 °.