- Uvod
- AC vezja
- Izmenični tok VS enosmerni tok (izmenični in enosmerni tok)
- Osnovni vir izmeničnega toka (enosmerni generator izmeničnega toka)
- Transformatorji
Uvod
Električno vezje je celotna prevodna pot, po kateri elektroni tečejo od vira do bremena in nazaj do vira. Smer in velikost pretoka elektronov pa sta odvisna od vrste vira. V elektrotehniki v bistvu obstajata dve vrsti napetostnega ali tokovnega (električnega) vira, ki definirata vrsto tokokroga in to sta; Izmenični tok (ali napetost) in enosmerni tok.
Za naslednjih nekaj delovnih mest, se bomo osredotočili na izmenični tok, in premik s temami, od kar je izmenični tok za AC val oblike in tako naprej.
AC vezja
AC vezja, kot že ime pove (izmenični tok), so preprosto vezja, ki jih napaja izmenični vir, bodisi napetost bodisi tok. Izmenične napetosti ali toka, je tista, v kateri je vrednost bodisi napetost ali trenutnih razlikuje glede na smer zlasti srednja vrednost in obrne periodično.
Večina gospodinjskih in industrijskih aparatov in sistemov se napaja z izmeničnim tokom. Vse priključene naprave na osnovi enosmernega toka in naprave, ki temeljijo na polnilnih baterijah, tehnično delujejo na izmenični tok, saj uporabljajo katero koli obliko enosmernega napajanja, ki izhaja iz izmeničnega toka, bodisi za polnjenje baterij bodisi za napajanje sistema. Tako je izmenični tok oblika, preko katere se napaja električno omrežje.
Izmenjevalno vezje je nastalo v osemdesetih letih, ko se je Tesla odločil rešiti dolgotrajno nezmožnost enosmernih generatorjev Thomas Edison. Iskal je način prenosa električne energije pod visoko napetostjo, nato pa uporabil transformatorje, da bi ga povišali ali spustili, kot je potrebno za distribucijo, in tako lahko zmanjšal izgubo električne energije na veliki razdalji, kar je bila glavna težava Direct Aktualno v tistem času.
Izmenični tok VS enosmerni tok (izmenični in enosmerni tok)
AC in DC se na več načinov razlikujejo od generacije do prenosa in distribucije, a zaradi poenostavitve bomo za to objavo ohranili primerjavo z njihovimi značilnostmi.
Glavna razlika med izmeničnim in enosmernim tokom, ki je tudi vzrok za njihove različne značilnosti, je smer pretoka električne energije. V enosmernem toku elektroni enakomerno tečejo v eno smer ali naprej, medtem ko v izmeničnem toku elektroni izmenjujejo smer pretoka v periodičnih intervalih. To vodi tudi do izmeničnega nivoja napetosti, saj se v skladu s tokom preklopi s pozitivne na negativno.
Spodaj je primerjalna tabela, ki poudarja nekatere razlike med izmeničnim in enosmernim tokom. Druge razlike bodo poudarjene, ko bomo bolj raziskovali vezja izmeničnega toka.
Primerjalna osnova |
AC |
DC |
Zmogljivost prenosa energije |
Potuje na dolge razdalje z minimalno izgubo energije |
Pri pošiljanju na velike razdalje se izgubi velika količina energije |
Osnove generacije |
Vrtenje magneta vzdolž žice. |
Stalni magnetizem vzdolž žice |
Pogostost |
Običajno 50Hz ali 60Hz, odvisno od države |
Frekvenca je nič |
Smer |
Redno obrne smer, ko teče skozi vezje |
Je enakomeren stalen pretok v eno smer. |
Trenutni |
Njegova velikost se spreminja s časom |
Stalna velikost |
Vir |
Vse oblike AC generatorjev in omrežja |
Celice, baterije, pretvorba iz AC |
Pasivni parametri |
Impedanca (RC, RLC itd.) |
Samo odpornost |
Faktor moči |
Laže med 0 in 1 |
Vedno 1 |
Valovna oblika |
Sinusoidni, trapezni, trikotni in kvadratni |
Ravna črta, včasih utripajoča. |
Osnovni vir izmeničnega toka (enosmerni generator izmeničnega toka)
Načelo okoli generacije AC je preprost. Če se magnetno polje ali magnet vrti vzdolž mirujočega sklopa tuljav (žic) ali vrtenja tuljave okoli mirujočega magnetnega polja, se z izmeničnim generatorjem (alternatorjem) ustvari izmenični tok.
Najpreprostejša oblika generatorja izmeničnega toka je sestavljena iz zanke žice, ki je mehansko zasukana okoli osi, medtem ko je nameščena med severnim in južnim polom magneta.
Upoštevajte spodnjo sliko.
Ko se armaturna tuljava vrti znotraj magnetnega polja, ki ga ustvarjajo severni in južni magnet, se magnetni tok skozi tuljavo spremeni in naboji se tako silijo skozi žico, kar povzroči efektivno napetost ali inducirano napetost. Magnetni tok skozi zanko je posledica kota zanke glede na smer magnetnega polja. Upoštevajte spodnje slike;
Iz zgornjih slik lahko razberemo, da se bo določeno število linij magnetnega polja med vrtenjem armature prerezalo, količina "prerezanih linij" pa določa napetost. Z vsako spremembo kota vrtenja in posledičnim krožnim gibanjem armature proti magnetnim linijam se spreminja tudi količina "prereza magnetnih linij", zato se spreminja tudi izhodna napetost. Na primer, črte magnetnega polja, razrezane pri nič stopinj, so enake nič, zaradi česar je posledična napetost nič, pri 90 stopinjah pa se režejo skoraj vse črte magnetnega polja, zato se v eni smeri ustvari največja napetost v eno smer. Enako velja pri 270 stopinjah le, da nastane v nasprotni smeri. Tako se posledično spremeni napetost, ko se armatura vrti znotraj magnetnega polja, kar vodi do tvorbe sinusne valovne oblike. Posledično inducirana napetost je torej sinusna, z kotno frekvenco ω, merjeno v radianih na sekundo.
Inducirani tok v zgornji nastavitvi daje enačbo:
I = V / R
Kje V = NABwsin (mas.%)
Kjer je N = hitrost
A = območje
B = magnetno polje
w = kotna frekvenca.
Pravi generatorji izmeničnega toka so očitno bolj zapleteni od tega, vendar delujejo na podlagi istih načel in zakonov elektromagnetne indukcije, kot je opisano zgoraj. Tudi izmenični tok se generira z uporabo nekaterih vrst pretvornikov in oscilatorjskih vezij, ki jih najdemo v pretvornikih.
Transformatorji
Načela indukcije, na katerih temelji AC, niso omejena samo na njegovo proizvodnjo, temveč tudi na njen prenos in distribucijo. Kot v času, ko je AC prišel v obračun, je bilo eno glavnih vprašanj dejstvo, da DC ni bilo mogoče prenašati na velike razdalje, zato je bilo eno glavnih vprašanj, AC je bilo treba rešiti, da postane sposoben za preživetje, biti sposoben za varno dobavo visokih napetosti (KV), ustvarjenih potrošnikom, ki uporabljajo napetosti v območju V in ne KV. To je eden od razlogov, zakaj je transformator opisan kot eden glavnih dejavnikov, ki omogočajo izmenični tok, in o njem je pomembno govoriti.
V transformatorjih sta dve tuljavi ožičeni tako, da kadar v enem deluje izmenični tok, v drugem inducira napetost. Transformatorji so naprave, ki se uporabljajo za znižanje ali povečanje napetosti, ki deluje na enem koncu (primarna tuljava), da proizvede nižjo oziroma višjo napetost na drugem koncu (sekundarna tuljava) transformatorja. Inducirana napetost v sekundarni tuljavi je vedno enaka napetosti, ki se uporablja na primarni, pomnoženi z razmerjem med številom obratov sekundarne tuljave in primarno tuljavo.
Transformator, ki je transformator, ki je navzdol ali navzgor, je torej odvisen od razmerja med številom zavojev na sekundarni tuljavi in številom zavojev vodnika na primarni tuljavi. Če je na primarni tuljavi več zavojev v primerjavi s sekundarno, transformator zmanjša napetost, če pa ima primarna tuljava manj zavojev v primerjavi s sekundarno tuljavo, transformator poveča napetost, ki se uporablja na primarni.
Transformatorji so distribucijo električne energije na dolge razdalje naredili zelo možno, stroškovno učinkovito in praktično. Da bi zmanjšali izgube med prenosom, se električna energija oddaja iz proizvodnih postaj z visoko napetostjo in nizkim tokom, nato pa se s pomočjo transformatorjev distribuira v domove in pisarne pri nizki napetosti in močnem toku.
Tu se bomo torej ustavili, da ne bomo članka preobremenili s preveč informacijami. V drugem delu tega članka bomo razpravljali o valovnih oblikah izmeničnega toka in prešli v nekatere enačbe in izračune. Ostani na vezi.