Ano ang alternating current at paano ito naiiba sa direct current

Alternating current, Sa kaibahan DC kasalukuyang, ay patuloy na nagbabago pareho sa magnitude at direksyon, at ang mga pagbabagong ito ay nangyayari nang pana-panahon, iyon ay, inuulit nila ang kanilang mga sarili sa eksaktong pantay na pagitan.

Upang mag-udyok ng ganoong agos sa circuit, gumamit ng alternating current sources na lumilikha ng alternating EMF, na pana-panahong nagbabago sa magnitude at direksyon. Ang mga naturang source ay tinatawag na alternator.

Sa fig. Ang 1 ay nagpapakita ng diagram ng device (modelo) ng pinakasimple alternator. 

Isang hugis-parihaba na frame na gawa sa tansong kawad, na naayos sa axis at pinaikot sa field gamit ang isang belt drive magnet… Ang mga dulo ng frame ay ibinebenta sa mga tansong singsing, na, umiikot sa frame, dumudulas sa mga contact plate (brushes).

Figure 1. Diagram ng pinakasimpleng alternator

Siguraduhin natin na ang naturang device ay talagang pinagmumulan ng variable EMF.

Ipagpalagay na ang isang magnet ay lumilikha sa pagitan ng mga poste nito pare-parehong magnetic field, iyon ay, isa kung saan ang density ng mga linya ng magnetic field sa bawat bahagi ng field ay pareho.umiikot, tumatawid ang frame sa mga linya ng puwersa ng magnetic field sa bawat panig nito a at b EMF sapilitan. 

Ang mga gilid c at d ng frame ay hindi gumagana, dahil kapag ang frame ay umiikot, hindi sila tumatawid sa mga linya ng puwersa ng magnetic field at samakatuwid ay hindi nakikilahok sa paglikha ng EMF.

Sa anumang sandali, ang EMF na nagaganap sa gilid a ay kabaligtaran sa direksyon ng EMF na nagaganap sa gilid b, ngunit sa frame ang parehong mga EMF ay kumikilos ayon sa at idinagdag sa kabuuang EMF, iyon ay, sapilitan ng buong frame.

Madali itong suriin kung ginagamit namin ang kanang-kamay na panuntunan na alam namin upang matukoy ang direksyon ng EMF.

Upang gawin ito, ilagay ang palad ng kanang kamay upang ito ay nakaharap sa hilagang poste ng magnet, at ang baluktot na hinlalaki ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng bahaging iyon ng frame kung saan nais nating matukoy ang direksyon ng EMF. Pagkatapos ay ang direksyon ng EMF sa loob nito ay ipahiwatig ng nakabuka na mga daliri ng kamay.

Para sa anumang posisyon ng frame, tinutukoy namin ang direksyon ng EMF sa mga gilid a at b, palagi silang nagdaragdag at bumubuo ng kabuuang EMF sa frame. Kasabay nito, sa bawat pag-ikot ng frame, ang direksyon ng kabuuang EMF sa loob nito ay nagbabago sa kabaligtaran, dahil ang bawat isa sa mga gumaganang panig ng frame sa isang rebolusyon ay dumadaan sa ilalim ng iba't ibang mga poste ng magnet.

Ang magnitude ng EMF na na-induce sa frame ay nagbabago rin habang nagbabago ang rate kung saan ang mga gilid ng frame ay tumatawid sa mga linya ng magnetic field. Sa katunayan, sa sandaling ang frame ay lumalapit sa patayong posisyon nito at dumaan dito, ang bilis ng pagtawid sa mga linya ng puwersa sa mga gilid ng frame ay ang pinakamataas, at ang pinakamalaking emf ay sapilitan sa frame.Sa mga sandaling iyon, kapag ang frame ay pumasa sa pahalang na posisyon nito, ang mga gilid nito ay tila dumudulas sa mga linya ng magnetic field nang hindi tumatawid sa kanila, at walang EMF ang na-induce.

Samakatuwid, na may pare-parehong pag-ikot ng frame, ang isang EMF ay mahikayat dito, pana-panahong nagbabago pareho sa magnitude at direksyon.

Ang EMF na nagaganap sa frame ay maaaring masukat ng isang aparato at ginagamit upang lumikha ng isang kasalukuyang sa panlabas na circuit.

Gamit kababalaghan ng electromagnetic induction, maaari kang makakuha ng alternating EMF at samakatuwid ay alternating current.

Alternating current para sa mga layuning pang-industriya at para sa ilaw na ginawa ng mga makapangyarihang generator na hinimok ng steam o water turbines at internal combustion engine.

Graphic na representasyon ng AC at DC currents

Ginagawang posible ng graphical na paraan na mailarawan ang proseso ng pagbabago ng isang tiyak na variable depende sa oras.

Ang pag-plot ng mga variable na nagbabago sa paglipas ng panahon ay nagsisimula sa pamamagitan ng pag-plot ng dalawang magkaparehong patayo na linya na tinatawag na mga axes ng graph. Pagkatapos, sa pahalang na axis, sa isang tiyak na sukat, ang mga agwat ng oras ay naka-plot, at sa vertical axis, din sa isang tiyak na sukat, ang mga halaga ng dami na i-plot (EMF, boltahe o kasalukuyang).

Sa fig. 2 naka-graph na direktang kasalukuyang at alternating kasalukuyang ... Sa kasong ito, inaantala namin ang kasalukuyang mga halaga at ang kasalukuyang mga halaga ng isang direksyon, na karaniwang tinatawag na positibo, ay naantala nang patayo mula sa punto ng intersection ng mga axes O. , at pababa mula sa puntong ito, ang kabaligtaran na direksyon, na karaniwang tinatawag na negatibo.

Figure 2. Graphic na representasyon ng DC at AC

Ang Point O mismo ay nagsisilbing parehong pinagmulan ng kasalukuyang mga halaga (patayo pababa at pataas) at oras (pahalang sa kanan).Sa madaling salita, ang puntong ito ay tumutugma sa zero na halaga ng kasalukuyang at ang panimulang puntong ito sa oras kung saan nilalayon naming subaybayan kung paano magbabago ang kasalukuyang sa hinaharap.

I-verify natin ang kawastuhan ng kung ano ang naka-plot sa fig. 2 at isang 50 mA DC kasalukuyang plot.

Dahil ang kasalukuyang ito ay pare-pareho, iyon ay, hindi nito binabago ang magnitude at direksyon nito sa paglipas ng panahon, ang parehong kasalukuyang mga halaga ay tumutugma sa iba't ibang mga sandali ng oras, iyon ay, 50 mA. Samakatuwid, sa sandali ng oras na katumbas ng zero, iyon ay, sa unang sandali ng aming pagmamasid sa kasalukuyang, ito ay magiging katumbas ng 50 mA. Ang pagguhit ng isang segment na katumbas ng kasalukuyang halaga ng 50 mA sa vertical axis pataas, nakuha namin ang unang punto ng aming graph.

Dapat nating gawin ang parehong para sa susunod na sandali sa oras na tumutugma sa punto 1 sa axis ng oras, iyon ay, ipagpaliban mula sa puntong ito patayo pataas ang isang segment na katumbas din ng 50 mA. Ang dulo ng segment ay tutukuyin ang pangalawang punto ng graph para sa amin.

Ang pagkakaroon ng isang katulad na konstruksyon para sa ilang mga kasunod na mga punto sa oras, nakakakuha kami ng isang serye ng mga puntos, ang koneksyon na kung saan ay magbibigay ng isang tuwid na linya, na kung saan ay isang graphical na representasyon ng isang pare-pareho ang kasalukuyang halaga ng 50 mA.

Pag-plot ng variable na EMF

Magpatuloy tayo sa pag-aaral ng variable graph ng EMF... Sa fig. 3, isang frame na umiikot sa isang magnetic field ay ipinapakita sa itaas, at isang graphical na representasyon ng nagreresultang variable EMF ay ibinigay sa ibaba.

Figure 3. Pag-plot ng variable EMF

Nagsisimula kaming pantay na paikutin ang frame nang pakanan at sundin ang kurso ng mga pagbabago sa EMF dito, na kinukuha ang pahalang na posisyon ng frame bilang paunang sandali.

Sa unang sandali na ito, ang EMF ay magiging zero dahil ang mga gilid ng frame ay hindi tumatawid sa mga linya ng magnetic field.Sa graph, ang zero value na ito ng EMF na tumutugma sa instant t = 0 ay kinakatawan ng point 1.

Sa karagdagang pag-ikot ng frame, magsisimulang lumitaw ang EMF dito at tataas hanggang maabot ng frame ang patayong posisyon nito. Sa graph, ang pagtaas na ito sa EMF ay kakatawanin ng isang makinis na pagtaas ng kurba na umabot sa tuktok nito (punto 2).

Habang lumalapit ang frame sa pahalang na posisyon, ang EMF sa loob nito ay bababa at bababa sa zero. Sa graph, ito ay ipapakita bilang isang bumabagsak na makinis na kurba.

Samakatuwid, sa panahon na tumutugma sa kalahating rebolusyon ng frame, ang EMF sa loob nito ay nagawang tumaas mula sa zero hanggang sa pinakamataas na halaga at bumaba sa zero muli (point 3).

Sa karagdagang pag-ikot ng frame, ang EMF ay muling lilitaw dito at unti-unting tataas ang magnitude, ngunit ang direksyon nito ay magbabago na sa kabaligtaran, tulad ng makikita sa pamamagitan ng paglalapat ng kanang kamay na panuntunan.

Isinasaalang-alang ng graph ang pagbabago sa direksyon ng EMF, upang ang curve na kumakatawan sa EMF ay tumatawid sa axis ng oras at ngayon ay nasa ibaba ng axis na iyon. Ang EMF ay tumataas muli hanggang ang frame ay ipinapalagay ang isang patayong posisyon.

Pagkatapos ang EMF ay magsisimulang bumaba at ang halaga nito ay magiging katumbas ng zero kapag bumalik ang frame sa orihinal nitong posisyon pagkatapos makumpleto ang isang kumpletong rebolusyon. Sa graph, ito ay ipahahayag ng katotohanan na ang EMF curve, na umaabot sa tuktok nito sa kabaligtaran na direksyon (punto 4), ay makakatugon sa axis ng oras (punto 5)

Nakumpleto nito ang isang cycle ng pagpapalit ng EMF, ngunit kung ipagpapatuloy mo ang pag-ikot ng frame, magsisimula kaagad ang pangalawang cycle, eksaktong inuulit ang una, na susundan naman ng pangatlo, pagkatapos ay ang ikaapat, at iba pa hanggang sa huminto kami. ang frame ng pag-ikot.

Kaya, para sa bawat pag-ikot ng frame, ang EMF na nagaganap dito ay nakumpleto ang isang kumpletong cycle ng pagbabago nito.

Kung ang frame ay sarado sa ilang panlabas na circuit, pagkatapos ay isang alternating current ang dadaloy sa circuit, na ang graph ay magiging kapareho ng EMF graph.

Ang resultang waveform ay tinatawag na sine wave, at ang kasalukuyang, EMF, o boltahe na nag-iiba ayon sa batas na ito ay tinatawag na sinusoidal.

Ang curve mismo ay tinatawag na sinusoid dahil ito ay isang graphical na representasyon ng variable na trigonometriko na dami na tinatawag na sine.

Ang sinusoidal na kalikasan ng kasalukuyang pagbabago ay ang pinaka-karaniwan sa electrical engineering, samakatuwid, ang pagsasalita ng alternating current, sa karamihan ng mga kaso ang ibig sabihin ng sinusoidal current.

Upang ihambing ang iba't ibang mga alternating currents (EMFs at voltages), mayroong mga halaga na nagpapakilala sa isang tiyak na kasalukuyang. Ang mga ito ay tinatawag na mga parameter ng AC.

Panahon, Amplitude, at Dalas — Mga parameter ng AC

Ang alternating current ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang mga parameter - buwanang cycle at amplitude, alam kung alin ang maaari nating tantiyahin kung anong uri ng alternating current ito at bumuo ng isang graph ng kasalukuyang.

Figure 4. Sinusoidal current curve

Ang yugto ng panahon kung saan nangyayari ang isang kumpletong ikot ng kasalukuyang pagbabago ay tinatawag na isang panahon. Ang panahon ay tinutukoy ng titik T at sinusukat sa mga segundo.

Ang yugto ng panahon kung saan nangyayari ang kalahati ng isang kumpletong cycle ng kasalukuyang pagbabago ay tinatawag na kalahating cycle.Samakatuwid, ang panahon ng pagbabago ng kasalukuyang (EMF o boltahe) ay binubuo ng dalawang kalahating yugto. Ito ay lubos na halata na ang lahat ng mga panahon ng parehong alternating kasalukuyang ay katumbas ng bawat isa.

Tulad ng makikita mula sa graph, sa isang panahon ng pagbabago nito, ang kasalukuyang ay umabot ng dalawang beses sa pinakamataas na halaga nito.

Ang pinakamataas na halaga ng isang alternating current (EMF o boltahe) ay tinatawag na amplitude o peak current value nito.

Ang Im, Em, at Um ay karaniwang mga pagtatalaga para sa kasalukuyang, EMF, at mga amplitude ng boltahe.

Una sa lahat, binigyang pansin namin peak current, gayunpaman, tulad ng makikita mula sa graph, mayroong hindi mabilang na mga intermediate na halaga na mas maliit kaysa sa amplitude.

Ang halaga ng alternating current (EMF, boltahe) na tumutugma sa anumang napiling sandali sa oras ay tinatawag na agarang halaga nito.

Ang i, e at u ay karaniwang tinatanggap na mga pagtatalaga ng mga agarang halaga ng kasalukuyang, emf at boltahe.

Ang agarang halaga ng kasalukuyang, pati na rin ang pinakamataas na halaga nito, ay madaling matukoy sa tulong ng graph. Upang gawin ito, mula sa anumang punto sa pahalang na axis na tumutugma sa punto sa oras na interesado kami, gumuhit ng isang patayong linya sa punto ng intersection sa kasalukuyang curve; ang resultang segment ng vertical na linya ay tutukoy sa halaga ng kasalukuyang sa isang naibigay na oras, iyon ay, ang agarang halaga nito.

Malinaw, ang agarang halaga ng kasalukuyang pagkatapos ng oras T / 2 mula sa panimulang punto ng graph ay magiging zero, at pagkatapos ng oras T / 4 ang halaga ng amplitude nito. Ang kasalukuyang ay umabot din sa pinakamataas na halaga nito; ngunit nasa tapat na direksyon, pagkatapos ng isang oras na katumbas ng 3/4 T.

Kaya ipinapakita ng graph kung paano nagbabago ang kasalukuyang sa circuit sa paglipas ng panahon at isang partikular na halaga lamang ng parehong magnitude at direksyon ng kasalukuyang tumutugma sa bawat sandali ng oras. Sa kasong ito, ang halaga ng kasalukuyang sa isang naibigay na punto sa oras sa isang punto sa circuit ay magiging eksaktong pareho sa anumang iba pang punto sa circuit na iyon.

Tinatawag itong bilang ng mga kumpletong yugto na natutupad ng kasalukuyang sa 1 segundo ng dalas ng AC at tinutukoy ng Latin na titik f.

Upang matukoy ang dalas ng isang alternating kasalukuyang, iyon ay, upang malaman kung gaano karaming mga panahon ng pagbabago nito ang kasalukuyang ginawa sa 1 segundo, kinakailangan upang hatiin ang 1 segundo sa oras ng isang panahon f = 1 / T. Alam ang dalas ng alternating kasalukuyang, maaari mong matukoy ang panahon: T = 1 / f

dalas ng AC ito ay sinusukat sa isang yunit na tinatawag na hertz.

Kung mayroon tayong alternating current na ang dalas ay katumbas ng 1 hertz, kung gayon ang panahon ng naturang kasalukuyang ay magiging katumbas ng 1 segundo. Sa kabaligtaran, kung ang panahon ng pagbabago ng kasalukuyang ay 1 segundo, kung gayon ang dalas ng naturang kasalukuyang ay 1 hertz.

Kaya't tinukoy namin ang mga parameter ng AC—panahon, amplitude, at dalas—na nagbibigay-daan sa iyong makilala sa pagitan ng iba't ibang AC, EMF, at boltahe, at i-plot ang kanilang mga graph kung kinakailangan.

Kapag tinutukoy ang paglaban ng iba't ibang mga circuit sa alternating current, gumamit ng isa pang auxiliary value na nagpapakilala sa alternating current, ang tinatawag na angular o angular frequency.

Ang pabilog na dalas ay tinutukoy na nauugnay sa dalas ng f sa pamamagitan ng ratio na 2 pif

Ipaliwanag natin ang dependency na ito. Nang i-plot ang variable na EMF graph, nakita namin na ang isang kumpletong pag-ikot ng frame ay nagreresulta sa isang kumpletong cycle ng pagbabago ng EMF. Sa madaling salita, para sa frame na gumawa ng isang rebolusyon, iyon ay, upang paikutin ang 360 °, ito ay tumatagal ng isang oras na katumbas ng isang panahon, iyon ay, T segundo. Pagkatapos, sa 1 segundo, ang frame ay gumagawa ng 360 ° / T revolution. Samakatuwid, ang 360 ° / T ay ang anggulo kung saan umiikot ang frame sa loob ng 1 segundo, at nagpapahayag ng bilis ng pag-ikot ng frame, na karaniwang tinatawag na angular o circular speed.

Ngunit dahil ang panahon T ay nauugnay sa dalas f sa pamamagitan ng ratio f = 1 / T, kung gayon ang pabilog na bilis ay maaari ding ipahayag bilang isang dalas at magiging katumbas ng 360 ° f.

Kaya napagpasyahan namin na 360 ° f. Gayunpaman, para sa kaginhawahan ng paggamit ng circular frequency para sa anumang mga kalkulasyon, ang 360 ° anggulo na tumutugma sa isang rebolusyon ay pinapalitan ng isang radial expression na katumbas ng 2pi radians, kung saan pi = 3.14. Kaya sa wakas nakakuha kami ng 2pif. Samakatuwid, upang matukoy ang angular frequency ng alternating current (EMF o boltahe), dapat mong i-multiply ang frequency sa hertz ng pare-parehong numero 6.28.