Co to jest prąd przemienny (AC) i prąd stały (DC) i jego zastosowania

Co to jest prąd przemienny (AC) i prąd stały (DC) i jego zastosowania

Zarówno prąd przemienny, jak i prąd stały opisują dwa rodzaje przepływu prądu w obwodzie. W przypadku prądu stałego ładunek elektryczny lub prąd płynie w jednym kierunku. W prądzie przemiennym ładunek elektryczny okresowo zmienia kierunek. Napięcie w obwodach prądu przemiennego również czasami odwraca się, ponieważ prąd zmienia kierunek. Większość elektroniki cyfrowej które tworzysz przy użyciu DC. Jednak łatwo jest zrozumieć niektóre koncepcje AC. Większość domów jest podłączona do prądu zmiennego, więc jeśli masz pomysł na podłączenie projektu skrzynki melodycznej Tardis do gniazdka, będziesz musiał przekształcić AC na DC . AC ma również kilka użytecznych właściwości, takich jak możliwość konwersji poziomów napięcia za pomocą pojedynczego elementu, takiego jak transformator, dlatego początkowo musimy wybrać środki AC do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości.



Co to jest prąd przemienny (AC)

Prąd przemienny oznacza przepływ ładunku, który okresowo zmienia kierunek. W rezultacie poziom napięcia również zmienia się wraz z prądem. AC służy do zasilania domów, budynków, biur itp.


Generowanie AC

AC można wytwarzać za pomocą urządzenia nazywanego alternatorem. To urządzenie jest specjalnym typem generator elektryczny przeznaczony do wytwarzania prądu przemiennego.





Generowanie prądu przemiennego

Generowanie AC

Pętla drutu jest obracana wewnątrz pola magnetycznego, które indukuje prąd wzdłuż drutu. Obrót drutu pochodzi z różnych zasobów, takich jak turbina parowa, turbina wiatrowa, płynąca woda i tak dalej. Ponieważ drut okresowo obraca się i wchodzi w inną polaryzację magnetyczną, napięcie i prąd zmieniają się na przewodzie. Oto mała animacja pokazująca tę zasadę:



Aby wytworzyć prąd zmienny w zestawie rur wodociągowych, łączymy mechaniczną charakterystykę tłoka, który przemieszcza wodę w rurach tam iz powrotem (nasz prąd „przemienny”).

Przebiegi

AC może mieć wiele przebiegów, o ile prąd i napięcie zmieniają się. Jeśli podłączymy oscyloskop do obwodu z prądem zmiennym i wykreślimy jego napięcie, przez długi czas możemy zobaczyć wiele różnych przebiegów. Fala sinusoidalna jest najpowszechniejszym rodzajem prądu przemiennego. AC w większości domów i biur ma oscylujące napięcie, które wytwarza falę sinusoidalną.


Sinusoida

Sinusoida

Inne formy prądu zmiennego obejmują falę prostokątną i falę trójkątną. Fale prostokątne są często używane w elektronice cyfrowej i przełączającej, a także testują ich działanie.

Kwadratowa fala

Kwadratowa fala

Fale trójkątne są przydatne do testowania elektroniki liniowej, takiej jak wzmacniacze.

Fala Trójkątna

Fala Trójkątna

Opisywanie fali sinusoidalnej

Często musimy opisać przebieg prądu przemiennego w kategoriach matematycznych. W tym przykładzie użyjemy wspólnej fali sinusoidalnej. Istnieją trzy części fali sinusoidalnej: częstotliwość, amplituda i faza.

Patrząc tylko na napięcie, możemy opisać równanie matematyczne fali sinusoidalnej:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) jest naszym napięciem w funkcji czasu, co oznacza, że ​​nasze napięcie zmienia się wraz ze zmianami czasu.

VP to amplituda. Opisuje to maksymalne napięcie, które nasza fala sinusoidalna może osiągnąć w dowolnym kierunku, co oznacza, że ​​nasze napięcie może wynosić + Vp woltów, -VP woltów.

Funkcja sin () wskazuje, że nasze napięcie będzie miało postać okresowej fali sinusoidalnej, która jest płynną oscylacją wokół 0V.

2π jest stałą, która przekształca częstotliwość z cykli lub w hercach na częstotliwość kątową (w radianach na sekundę).

f wskazuje częstotliwość fali sinusoidalnej. Jest to podawane w hercach lub jednostkach na sekundę.

t jest naszą zmienną zależną: czas (mierzony w sekundach). Wraz z upływem czasu zmienia się nasz przebieg.

φ opisuje fazę fali sinusoidalnej. Faza jest miarą przesunięcia przebiegu w czasie. Często jest podawana jako liczba od 0 do 360 i mierzona w stopniach. Ze względu na okresowy charakter fali sinusoidalnej, jeśli przebieg zostanie przesunięty o 360 °, to ponownie stanie się tym samym przebiegiem, tak jakby został przesunięty o 0 °. Dla uproszczenia zakładamy, że do końca tego samouczka faza wynosi 0 °.

Możemy zwrócić się do naszego sprawdzonego gniazdka, aby uzyskać dobry przykład działania przebiegu prądu przemiennego. W Stanach Zjednoczonych moc dostarczana do naszych domów to prąd zmienny o napięciu około 170 V od zera do szczytu (amplituda) i 60 Hz (częstotliwość). Możemy wstawić te liczby do naszego wzoru, aby otrzymać równanie

V (t) = 170 sin (2π60t)

Możemy użyć naszego poręcznego kalkulatora graficznego, aby narysować to równanie. Jeśli kalkulator graficzny nie jest dostępny, możemy skorzystać z bezpłatnego programu do tworzenia wykresów online, takiego jak Desmos.

kalkulator graficzny

Aplikacje

Gniazdka domowe i biurowe są prawie zawsze używane w klimatyzacji. Dzieje się tak, ponieważ generowanie i transport prądu przemiennego na duże odległości i stosunkowo łatwe. Przy wysokich napięciach, takich jak powyżej 110 kV, mniej energii jest traconych podczas przesyłu energii elektrycznej. Wyższe napięcia oznaczają niższe prądy, a niższe prądy oznaczają mniej ciepła generowanego w linii energetycznej z powodu rezystancji. AC można łatwo przekształcić z wysokiego napięcia za pomocą transformatorów.

AC jest również w stanie zasilanie silników elektrycznych . Silniki i generatory to dokładnie to samo urządzenie, ale silniki konwertują energia elektryczna w energię mechaniczną. Jest to przydatne w przypadku wielu dużych urządzeń, takich jak lodówki, zmywarki itp., Które działają na zasilaniu prądem zmiennym.

Co to jest prąd stały (DC)

Prąd stały oznacza jednokierunkowy przepływ ładunku elektrycznego. Produkowany jest ze źródeł takich jak baterie, zasilacze, ogniwa słoneczne, termopary czy dynama. Prąd stały może płynąć w przewodniku, takim jak drut, ale może również przepływać przez izolatory, półprzewodniki lub próżnię, jak w wiązkach elektronów lub jonów.

Generowanie DC

DC można generować na wiele sposobów

  • Generator prądu przemiennego wyposażony w urządzenie zwane „komutatorem” może wytwarzać prąd stały
  • Konwersja prądu przemiennego na prąd stały urządzenia zwanego „prostownikiem”
  • Baterie dostarczają prądu stałego, który jest generowany w wyniku reakcji chemicznej wewnątrz baterii

Używając ponownie naszej analogii z wodą, DC jest podobne do zbiornika wody z wężem na końcu.

Generowanie prądu stałego (DC)

Generowanie DC

Zbiornik może wypychać wodę tylko w jedną stronę: przez wąż. Podobnie jak w przypadku naszej baterii na prąd stały, gdy zbiornik jest pusty, woda nie przepływa już przez rury.

Opisywanie DC

DC definiuje się jako „jednokierunkowy” przepływ prądu, a prąd płynie tylko w jednym kierunku. Napięcie i prąd mogą się zmieniać przez długi czas, więc kierunek przepływu się nie zmienia. Aby uprościć sprawę, założymy, że napięcie jest stałe. Na przykład bateria zapewnia 1,5 V, co można opisać równaniem matematycznym jako:

V (t) = 1,5 V.

Jeśli wykreślimy to w czasie, zobaczymy stałe napięcie

Działka DC

Działka DC

Powyższy wykres oznacza, że ​​możemy liczyć na to, że większość źródeł prądu stałego zapewni stałe napięcie w czasie. W rzeczywistości bateria będzie powoli się rozładowywać, co oznacza, że ​​napięcie będzie spadać w miarę użytkowania baterii. W większości przypadków możemy założyć, że napięcie jest stałe.

Aplikacje

Wszystko projekty elektroniczne i części na sprzedaż na SparkFun działają na DC. Wszystko, co rozładowuje się z baterii, podłącza się do ściany za pomocą zasilacza sieciowego lub używa kabla USB do zasilania, zależy od prądu stałego. Przykłady elektroniki prądu stałego obejmują:

  • Telefony komórkowe
  • Latarki
  • Oparta na LilyPadzie rękawica do gry w kości D&D
  • Telewizory z płaskim ekranem (prąd zmienny trafia do telewizora, który jest konwertowany na prąd stały)
  • Pojazdy hybrydowe i elektryczne

Chodzi więc o to, czym jest prąd przemienny, prąd stały i jego zastosowania. Mamy nadzieję, że lepiej zrozumieliście tę koncepcję. Ponadto wszelkie wątpliwości dotyczące tej koncepcji lub jakiekolwiek projekty elektryczne i elektroniczne , podaj cenne sugestie, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym ?

Kredyty fotograficzne: