circuite de curent alternativ sau circuite de curent alternativ constau din combinații de elemente rezistive, inductive și capacitive, combinate cu o sursă de tensiune alternativă, care este de obicei sinusoidală.
Prin aplicarea tensiunii, pentru un timp scurt se stabilește un curent variabil, numit curent tranzitoriu, care cedează curentului permanent sinusoidal.
Curentul sinusoidal are valori care alternează între pozitiv și negativ, modificându-se la intervale regulate determinate de o frecvență stabilită anterior. Forma curentului este exprimată ca:
I (t) = Im păcat (ωt - φ)
Unde im este curentul maxim sau amplitudinea curentului, ω este frecvența, t este timpul și φ diferența de fază. Unitățile utilizate în mod obișnuit pentru curent sunt ampere (A) și submultiplii săi, cum ar fi miliamperul și microamperul..
La rândul său, timpul se măsoară în secunde, pentru frecvență există hertz sau Hz, prescurtat Hz, în timp ce diferența de fază este un unghi care se măsoară în general în radiani, deși este dat uneori și în grade. Nici aceștia, nici radianii nu sunt considerați unități.
Adesea tensiunea alternativă este simbolizată de unda din interiorul cercului, pentru a o diferenția de tensiunea directă, simbolizată de cele două linii inegale și paralele.
Indice articol
Există multe tipuri de circuite de curent alternativ, începând cu cele mai simple circuite prezentate în figura următoare. De la stânga la dreapta aveți:
-Circuit cu rezistență R
-Circuit cu bobina L
-Circuit cu condensator C.
În circuitul cu un rezistor R conectat la o sursă de tensiune alternativă, tensiunea pe rezistor este VR = Vm sen ωt. Conform legii lui Ohm, care este valabilă și pentru circuitele de curent alternativ pur rezistive:
VR = EuR∙ R
Prin urmare curentul maxim Im = Vm / R.
Atât curentul, cât și tensiunea sunt în fază, ceea ce înseamnă că ating valorile maxime, precum și 0, în același timp.
În bobina L, tensiunea este VL = Vm sin ωt și este legat de curentul din inductor prin ecuația:
Integrarea:
Prin proprietățile raporturilor trigonometrice, IL este scris în termeni de păcat ωt ca:
EuL = Eum păcat (ωt - ½ π)
Apoi, tensiunea și curentul sunt defazate, acesta din urmă rămânând ½ π = 90º față de tensiune (curentul începe mai devreme, cu t = 0 s punctul de plecare). Acest lucru este văzut în figura următoare care compară sinusoidul lui IL iar cea a lui VL:
Reactanța inductivă este definită ca XL = ωL, crește cu frecvența și are dimensiuni de rezistență, prin urmare, în analogie cu legea lui Ohm:
VL = EuL ∙ XL
Pentru un condensator C conectat la o sursă de curent alternativ, este adevărat că:
Q = C ∙ VC = C ∙ Vm sen ωt
Curentul din condensator se găsește prin deplasarea sarcinii în funcție de timp:
EuC= ωC ∙ Vm cos ωt
Dar cos ωt = sin (ωt + ½ π), atunci:
EuC = ωCVm păcat (ωt + ½ π)
În acest caz, curentul conduce tensiunea cu ½ π, după cum se poate vedea din grafic.
Reactanța capacitivă poate fi scrisă XC = 1 / ωC, scade odată cu frecvența și are și unități de rezistență, adică ohmi. În acest fel, legea lui Ohm arată astfel:
VC = XC.EuC
Michael Faraday (1791-1867) a fost primul care a obținut un curent care și-a schimbat periodic semnificația, prin experimentele sale de inducție, deși în primele zile, a fost utilizat doar curentul continuu..
La sfârșitul secolului al XIX-lea a avut loc binecunoscutul război al curenților, între Thomas A. Edison, apărătorul utilizării curentului continuu și George Westinghouse, susținător al curentului alternativ. În cele din urmă, acesta a fost cel care a câștigat datorită economiei, eficienței și ușurinței de transmisie, cu pierderi mai mici..
Din acest motiv, până în prezent, curentul care ajunge la case și industrii este curent alternativ, deși utilizarea curentului continuu nu a dispărut niciodată complet..
Curentul alternativ este folosit pentru aproape orice, iar în multe aplicații, schimbarea constantă de direcție a curentului alternativ nu este relevantă, cum ar fi becurile, fierul sau aragazul pentru gătit, deoarece încălzirea elementului rezistiv nu depinde de direcția de mișcare a sarcinilor.
În schimb, faptul că curentul schimbă direcția cu o anumită frecvență este fundamentul motoarelor electrice și al diferitelor aplicații mai specifice, precum următoarele:
Circuitele constând dintr-o sursă alternativă conectată la un rezistor și un condensator în serie sunt cunoscute sub numele de circuite din seria RC și sunt utilizate pentru a elimina schimbările de fază nedorite într-un alt circuit sau pentru a adăuga un efect special acestuia..
De asemenea, servesc ca divizoare de tensiune și pentru a regla posturile de radio (a se vedea exemplul 1 din secțiunea următoare).
Circuitele de tip pod alimentate cu curent alternativ pot fi utilizate pentru a măsura capacitatea sau inductanța, în același mod ca podul Wheatstone, un circuit cunoscut de curent continuu capabil să măsoare valoarea unei rezistențe necunoscute..
În secțiunile anterioare au fost descrise cele mai simple circuite de curent alternativ, deși, desigur, elementele de bază descrise mai sus, precum și altele puțin mai complexe, cum ar fi diodele, amplificatoarele și tranzistoarele, pentru a numi câteva, pot fi combinate pentru a obține diverse efecte ..
Unul dintre cele mai comune circuite din AC este cea care include o rezistență R, o bobină sau un inductor L și un condensator sau condensator C plasat în serie cu o sursă de curent alternativ.
Circuitele RLC din serie răspund într-un mod particular la frecvența sursei alternative din care sunt alimentate. De aceea una dintre cele mai interesante aplicații este ca circuitele tunerului radio..
Un semnal radio cu frecvență ω generează un curent cu aceeași frecvență într-un circuit special conceput pentru a servi ca receptor, iar amplitudinea acestui curent este maximă dacă receptorul este reglat la acea frecvență, printr-un efect numit rezonanţă.
Circuitul receptorului servește ca tuner, deoarece este proiectat astfel încât semnalele cu frecvențe nedorite să genereze curenți foarte mici, care nu sunt detectați de difuzoarele radio și, prin urmare, nu sunt audibile. În schimb, la frecvența de rezonanță, amplitudinea curentului atinge un maxim și apoi semnalul se aude clar..
Frecvența de rezonanță apare atunci când reactanțele inductive și capacitive ale circuitului se egalizează:
XL = XC
1 / ωC = ωL
ωDouă = 1 / LC
Se spune că postul de radio cu semnalul de frecvență ω este „acordat”, iar valorile L și C sunt alese pentru acea frecvență specială..
Circuitele RLC paralele au, de asemenea, anumite răspunsuri în funcție de frecvența sursei, care depinde de reactanța fiecăruia dintre elemente, definită ca raportul dintre tensiune și curent..
În circuitul serie LRC din Exemplul 1 din secțiunea precedentă, rezistența este de 200 ohmi, inductanța este de 0,4 H, iar condensatorul este de 6 μF. La rândul său, sursa de alimentare este o tensiune alternativă de amplitudine egală cu 30 V, cu o frecvență de 250 rad / s. Se cere să găsiți:
a) Reactanțele fiecărui element
b) Valoarea modulului de impedanță a circuitului.
c) Amplitudinea curentului
Reactanțele respective sunt calculate cu formulele:
XC = 1 / ωC = 1 / (250 rad / s x 6 x10-6 F) = 666,67 ohm
XL = ωL = 250 rad / s x 0,4 H = 100 ohm
Și reactanța rezistenței este egală cu valoarea sa în ohmi:
XR = R = 200 ohm
Impedanța Z este definită ca raportul dintre tensiune și curent în circuit, fie în serie, fie în paralel:
Z = Vm / Eum
Impedanța este măsurată în ohmi, la fel ca o rezistență sau o reactanță, dar se referă la opoziția la trecerea curentului inductanțelor și condensatoarelor, având în vedere că, pe lângă efectele sale particulare, cum ar fi întârzierea sau avansarea tensiunii, are și o anumită rezistență internă.
Se poate arăta că pentru circuitul RLC de serie, modulul de impedanță este dat de:
Atunci când evaluăm valorile date în enunț, obținem:
Din:
Z = Vm / Eum
Trebuie sa;
Eum = Vm / Z = 30V / 601 ohmi = 0,05 A.
Diferențele dintre curent alternativ și curent continuu
Nimeni nu a comentat acest articol încă.