Wat is wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC) en zijn toepassingen

Wat is wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC) en zijn toepassingen

Zowel wisselstroom als gelijkstroom beschrijft de twee soorten stroom in een circuit. Bij gelijkstroom vloeit de elektrische lading of stroom in één richting. Bij wisselstroom verandert de elektrische lading periodiek van richting. De spanning in wisselstroomcircuits keert soms ook om omdat de stroom van richting verandert. De meeste digitale elektronica die u bouwt met behulp van DC. Het is echter gemakkelijk om sommige AC-concepten te begrijpen. De meeste huizen zijn bedraad voor wisselstroom, dus als je idee hebt om je Tardis-melodiebox-project op een stopcontact aan te sluiten, moet je converteren AC naar DC ​AC heeft ook enkele nuttige eigenschappen, zoals het kunnen omzetten van de spanningsniveaus met een enkele component zoals een transformator, daarom hebben we in eerste instantie voor AC-middelen moeten kiezen om elektriciteit over lange afstanden te transporteren.



Wat is wisselstroom (AC)

Wisselstroom betekent de ladingsstroom die periodiek van richting verandert. Als gevolg hiervan keert ook het spanningsniveau samen met de stroom om. Wisselstroom wordt gebruikt om huizen, gebouwen, kantoren enz. Van stroom te voorzien.


AC genereren

Wisselstroom kan worden geproduceerd door een apparaat te gebruiken dat een alternator wordt genoemd. Dit apparaat is een speciaal type elektrische generator ontworpen om wisselstroom te produceren.





Wisselstroom genereren

AC genereren

Een draadlus wordt rondgedraaid in een magnetisch veld, dat een stroom langs de draad induceert. De rotatie van de draad is afkomstig van verschillende bronnen, zoals een stoomturbine, een windturbine, stromend water, enzovoort. Omdat de draad draait en periodiek een andere magnetische polariteit binnengaat, wisselen de spanning en stroom op de draad af. Hier is een kleine animatie die dit principe laat zien:



Om wisselstroom op te wekken in een reeks waterleidingen, verbinden we mechanische eigenschappen van een zuiger die water in de leidingen heen en weer beweegt (onze 'wisselstroom').

Golfvormen

Wisselstroom kan in een aantal golfvormen komen, zolang de stroom en de spanning afwisselen. Als we een oscilloscoop aansluiten op een circuit met wisselstroom en de spanning ervan uitzetten, kunnen we over een lange tijd een aantal verschillende golfvormen zien. De sinusgolf is het meest voorkomende type AC. De wisselstroom in de meeste huizen en kantoren heeft een oscillerende spanning die een sinusgolf produceert.


Sinus

Sinus

Andere vormen van AC zijn de blokgolf en de driehoeksgolf. Vierkante golven worden vaak gebruikt in digitale en schakelelektronica en testen ook hun werking.

Vierkante golf

Vierkante golf

Driehoeksgolven zijn handig voor het testen van lineaire elektronica zoals versterkers.

Driehoeksgolf

Driehoeksgolf

Een sinusgolf beschrijven

We moeten een AC-golfvorm vaak in wiskundige termen beschrijven. Voor dit voorbeeld gebruiken we de gemeenschappelijke sinusgolf. Er zijn drie delen van een sinusgolf: frequentie, amplitude en fase.

Als we alleen naar spanning kijken, kunnen we een wiskundige vergelijking van sinusgolf beschrijven:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) is onze spanning als functie van de tijd, wat betekent dat onze spanning verandert als de tijd verandert.

VP is de amplitude. Dit beschrijft de maximale spanning die onze sinusgolf in beide richtingen kan bereiken, wat betekent dat onze spanning + VP volt, -VP volt kan zijn.

De sin () functie geeft aan dat onze spanning de vorm zal hebben van een periodieke sinusgolf, wat een vloeiende oscillatie is rond 0V.

2π is een constante die de frequentie van cycli of in hertz omzet in hoekfrequentie (radialen per seconde).

f geeft de frequentie van de sinusgolf aan. Dit wordt gegeven in de vorm van hertz of eenheden per seconde.

t is onze afhankelijke variabele: tijd (gemeten in seconden). Naarmate de tijd varieert, varieert onze golfvorm.

φ beschrijft de fase van de sinusgolf. Fase is een maat voor hoe verschoven de golfvorm is met betrekking tot de tijd. Het wordt vaak gegeven als een getal tussen 0 en 360 en gemeten in graden. Vanwege de periodieke aard van de sinusgolf, als de golfvorm 360 ° wordt verschoven, wordt deze weer dezelfde golfvorm, alsof deze met 0 ° is verschoven. Voor de eenvoud gaan we er nog steeds van uit dat de fase 0 ° is voor de rest van deze tutorial.

We kunnen bij ons vertrouwde stopcontact terecht voor een goed voorbeeld van hoe een AC-golfvorm werkt. In de Verenigde Staten is de stroom die aan onze huizen wordt geleverd, wisselstroom met ongeveer 170 V nul tot piek (amplitude) en 60 Hz (frequentie). We kunnen deze getallen in onze formule pluggen om de vergelijking te krijgen

V (t) = 170 zonde (2π60t)

We kunnen onze handige grafische rekenmachine gebruiken om deze vergelijking in kaart te brengen. Als er geen grafische rekenmachine beschikbaar is, kunnen we een gratis online grafisch programma zoals Desmos gebruiken.

Grafische rekenmachine

Toepassingen

Thuis- en kantoorstopcontacten worden bijna altijd gebruikt in AC. Dit komt omdat het genereren en transporteren van wisselstroom over lange afstanden en relatief eenvoudig is. Bij hoge spanningen, zoals meer dan 110 kV, gaat er minder energie verloren bij elektrische krachtoverbrenging. Hogere spanningen betekenen lagere stromen, en lagere stromen betekenen dat er minder warmte wordt gegenereerd in de voedingslijn als gevolg van weerstand. Wisselstroom kan eenvoudig worden omgezet van hoge spanningen met behulp van transformatoren.

AC is ook in staat aandrijven van elektrische motoren ​Motoren en generatoren zijn exact hetzelfde apparaat, maar motoren converteren elektrische energie in mechanische energie. Dit is handig voor veel grote apparaten zoals koelkasten, vaatwassers, enzovoort, die op netstroom werken.

Wat is gelijkstroom (DC)

Gelijkstroom betekent de unidirectionele stroom van elektrische lading. Het wordt geproduceerd uit bronnen zoals batterijen, voedingen, zonnecellen, thermokoppels of dynamo's. Gelijkstroom kan vloeien in een geleider zoals een draad, maar kan ook door isolatoren, halfgeleiders of vacuüm stromen, zoals in elektronen- of ionenbundels.

DC genereren

DC kan op een aantal manieren worden gegenereerd

  • Een wisselstroomgenerator die is voorbereid met een apparaat dat een 'commutator' wordt genoemd, kan gelijkstroom produceren
  • Een AC naar DC-conversie van een apparaat dat een 'gelijkrichter' wordt genoemd
  • Batterijen leveren gelijkstroom, die wordt gegenereerd door een chemische reactie in de batterij

Als we onze analogie met water gebruiken, is gelijkstroom vergelijkbaar met een tank met water met een slang aan het uiteinde.

Gelijkstroom (DC) genereren

DC genereren

De tank kan water maar op één manier duwen: uit de slang. Net als bij onze DC-producerende batterij, stroomt er geen water meer door de leidingen als de tank leeg is.

DC beschrijven

DC wordt gedefinieerd als de 'unidirectionele' stroom van stroom en de stroom vloeit slechts in één richting. Spanning en stroom kunnen gedurende een lange tijd variëren, dus de stroomrichting verandert niet. Om de zaken te vereenvoudigen, gaan we ervan uit dat de spanning constant is. Een batterij levert bijvoorbeeld 1,5 V, wat in wiskundige vergelijking kan worden beschreven als:

V (t) = 1,5 V.

Als we dit in de tijd uitzetten, zien we een constante spanning

Perceel van DC

Perceel van DC

De bovenstaande grafiek betekent dat we erop kunnen rekenen dat de meeste DC-bronnen in de loop van de tijd een constante spanning leveren. In feite zal een batterij langzaam ontladen, wat betekent dat de spanning afneemt naarmate de batterij wordt gebruikt. Voor de meeste doeleinden kunnen we aannemen dat de spanning constant is.

Toepassingen

Alle elektronica projecten en onderdelen te koop op SparkFun draaien op DC. Alles wat op een batterij werkt, met een AC-adapter op de muur wordt aangesloten of een USB-kabel gebruikt voor stroom, is afhankelijk van gelijkstroom. Voorbeelden van DC-elektronica zijn:

  • Telefoons
  • Zaklampen
  • De op LilyPad gebaseerde D & D Dice Gauntlet
  • Flatscreen-tv's (AC gaat naar de tv, die wordt omgezet in DC)
  • Hybride en elektrische voertuigen

Dit gaat dus allemaal over wat een wisselstroom, gelijkstroom en de toepassingen ervan is. We hopen dat u dit concept beter begrijpt. Bovendien, eventuele twijfels over dit concept of enige elektrische en elektronische projecten , geef alstublieft uw waardevolle suggesties door te reageren in de commentaarsectie hieronder. Hier is een vraag voor jou, wat is het verschil tussen wisselstroom en gelijkstroom

Fotocredits: