- introduzione
- Circuiti AC
- Corrente alternata VS corrente continua (CA vs CC)
- Sorgente CA di base (generatore CA a bobina singola)
- Transformers
introduzione
Un circuito elettrico è un percorso conduttivo completo attraverso il quale gli elettroni fluiscono dalla sorgente al carico e di nuovo alla sorgente. La direzione e l'ampiezza del flusso di elettroni dipendono tuttavia dal tipo di sorgente. Nell'ingegneria elettrica, ci sono fondamentalmente due tipi di sorgenti di tensione o corrente (energia elettrica) che definiscono il tipo di circuito e sono; Corrente alternata (o tensione) e corrente continua.
Per i prossimi due post, ci concentreremo sulla corrente alternata e ci muoveremo attraverso argomenti che vanno dalla corrente alternata alle forme d'onda CA e così via.
Circuiti AC
I circuiti CA come suggerisce il nome (Corrente alternata) sono semplicemente circuiti alimentati da una sorgente alternata, tensione o corrente. Una corrente o tensione alternata è quella in cui il valore della tensione o della corrente varia intorno a un particolare valore medio e inverte periodicamente la direzione.
La maggior parte degli attuali apparecchi e sistemi domestici e industriali sono alimentati utilizzando corrente alternata. Tutti gli apparecchi collegati a corrente continua e i dispositivi basati su batterie ricaricabili funzionano tecnicamente a corrente alternata poiché tutti utilizzano una qualche forma di alimentazione CC derivata dalla CA sia per la ricarica delle batterie che per l'alimentazione del sistema. Quindi la corrente alternata è la forma attraverso la quale l'alimentazione viene fornita alla rete.
Il circuito alternato è nato negli anni '80 quando Tesla ha deciso di risolvere l'incapacità a lungo raggio dei generatori DC di Thomas Edison. Cercò un modo per trasferire l'elettricità ad alta tensione e quindi impiegò l'uso di trasformatori per aumentarlo o diminuirlo come necessario per la distribuzione ed è stato quindi in grado di ridurre al minimo la perdita di potenza su una grande distanza che era il problema principale di Direct Attuale al momento.
Corrente alternata VS corrente continua (CA vs CC)
AC e DC differiscono in diversi modi da generazione a trasmissione e distribuzione, ma per semplicità, manterremo il confronto con le loro caratteristiche per questo post.
La principale differenza tra AC e DC, che è anche la causa delle loro diverse caratteristiche, è la direzione del flusso di energia elettrica. In DC, gli elettroni fluiscono costantemente in una sola direzione o in avanti, mentre in AC, gli elettroni alternano la loro direzione di flusso a intervalli periodici. Ciò porta anche all'alternanza del livello di tensione poiché passa da positivo a negativo in linea con la corrente.
Di seguito è riportato un grafico di confronto per evidenziare alcune delle differenze tra AC e DC. Altre differenze verranno evidenziate man mano che approfondiremo l'esplorazione dei circuiti di corrente alternata.
Base di confronto |
corrente alternata |
DC |
Capacità di trasmissione dell'energia |
Viaggi su lunghe distanze con una minima perdita di energia |
Una grande quantità di energia viene persa quando viene inviata su lunghe distanze |
Nozioni di base sulla generazione |
Rotazione di un magnete lungo un filo. |
Magnetismo costante lungo un filo |
Frequenza |
Di solito 50 Hz o 60 Hz a seconda del Paese |
La frequenza è zero |
Direzione |
Inverte periodicamente la direzione quando scorre attraverso un circuito |
Costante flusso costante in una direzione. |
attuale |
La sua grandezza varia con il tempo |
Magnitudine costante |
fonte |
Tutte le forme di generatori CA e rete |
Celle, batterie, conversione da AC |
Parametri passivi |
Impedenza (RC, RLC, ecc.) |
Solo resistenza |
Fattore di potenza |
Si trova tra 0 e 1 |
Sempre 1 |
Forma d'onda |
Sinusoidale, Trapezoidale, Triangolare e Quadrato |
Linea retta, a volte pulsante. |
Sorgente CA di base (generatore CA a bobina singola)
Il principio della generazione AC è semplice. Se un campo magnetico o un magnete viene ruotato lungo un insieme stazionario di bobine (fili) o la rotazione di una bobina attorno a un campo magnetico stazionario, viene generata una corrente alternata utilizzando un generatore CA (alternatore).
La forma più semplice di generatore CA consiste in un anello di filo che viene ruotato meccanicamente attorno a un asse mentre è posizionato tra i poli nord e sud di un magnete.
Considera l'immagine qui sotto.
Quando la bobina dell'indotto ruota all'interno del campo magnetico creato dai magneti del polo nord e sud, il flusso magnetico attraverso la bobina cambia e le cariche vengono quindi forzate attraverso il filo, dando origine a una tensione effettiva o tensione indotta. Il flusso magnetico attraverso il loop è il risultato dell'angolo del loop rispetto alla direzione del campo magnetico. Considera le immagini sottostanti;
Dalle immagini mostrate sopra, possiamo dedurre che, un certo numero di linee di campo magnetico verrà tagliato mentre l'armatura ruota, la quantità di 'linee tagliate' determina l'uscita di tensione. Con ogni variazione dell'angolo di rotazione e il conseguente movimento circolare dell'armatura contro le linee magnetiche, cambia anche la quantità di "linee magnetiche tagliate", quindi cambia anche la tensione di uscita. Ad esempio, le linee del campo magnetico tagliate a zero gradi sono zero, il che rende zero la tensione risultante, ma a 90 gradi, quasi tutte le linee del campo magnetico vengono tagliate, quindi la tensione massima in una direzione viene generata in una direzione. Lo stesso vale a 270 gradi solo che è generato nella direzione opposta. Vi è quindi una variazione della tensione risultante quando l'armatura ruota all'interno del campo magnetico portando alla formazione di una forma d'onda sinusoidale. La tensione indotta risultante è quindi sinusoidale, con una frequenza angolare ω misurata in radianti al secondo.
La corrente indotta nella configurazione sopra è data dall'equazione:
I = V / R
Dove V = NABwsin (wt)
Dove N = velocità
A = Area
B = campo magnetico
w = frequenza angolare.
I veri generatori CA sono ovviamente più complessi di questo ma funzionano in base agli stessi principi e leggi dell'induzione elettromagnetica descritti sopra. La corrente alternata viene anche generata utilizzando alcuni tipi di trasduttori e circuiti oscillatori come si trovano negli inverter.
Transformers
I principi di induzione su cui si basa AC non si limitano solo alla sua generazione ma anche alla sua trasmissione e distribuzione. Come al momento in cui l'AC entrò in conto, uno dei problemi principali era il fatto che la CC non poteva essere trasmessa a lunga distanza, quindi uno dei problemi principali, l'AC doveva essere risolto per diventare praticabile, era essere in grado di per fornire in sicurezza le alte tensioni (KV) generate ai consumatori che utilizzano tensioni nella gamma V e non KV. Questo è uno dei motivi per cui il trasformatore è descritto come uno dei maggiori abilitatori di AC ed è importante parlarne.
Nei trasformatori, due bobine sono cablate in modo tale che quando una corrente alternata viene applicata in una, induca tensione nell'altra. I trasformatori sono dispositivi che vengono utilizzati per diminuire o aumentare la tensione applicata a un'estremità (bobina primaria) per produrre una tensione rispettivamente inferiore o superiore all'altra estremità (bobina secondaria) del trasformatore. La tensione indotta nella bobina secondaria è sempre uguale alla tensione applicata al primario moltiplicata per il rapporto tra il numero di spire della bobina secondaria e la bobina primaria.
Un trasformatore che sia un trasformatore step down o step up dipende quindi dal rapporto tra il numero di spire della bobina secondaria e il numero di spire del conduttore sulla bobina primaria. Se ci sono più spire sulla bobina primaria rispetto al secondario, il trasformatore abbassa la tensione ma se la bobina primaria ha un numero di giri inferiore rispetto alla bobina secondaria, il trasformatore aumenta la tensione applicata al primario.
Transformers ha reso la distribuzione di energia elettrica a lungo raggio molto possibile, conveniente e pratica. Per ridurre le perdite durante la trasmissione, l'energia elettrica viene trasmessa dalle centrali elettriche ad alta tensione e bassa corrente e viene quindi distribuita a case e uffici a basse tensioni e alte correnti con l'ausilio di trasformatori.
Quindi ci fermeremo qui per non sovraccaricare l'articolo con troppe informazioni. Nella seconda parte di questo articolo, discuteremo delle forme d'onda CA e entreremo in alcune equazioni e calcoli. Rimanete sintonizzati.