Mis on alalis- ja vahelduvvoolu takistus?

Sisu

• Alalisvoolu vs vahelduvvoolu takistus
• Alalisvoolu ja vahelduvvoolu ahela võrrandid
• DC ja AC vooluahelate õpetus

Kui elektrijaamad tarnivad hoonetele ja majapidamistele elektrienergiat, edastavad nad neid pikkade vahemaade kaudu alalisvoolu kujul. Kodumajapidamises kasutatavad seadmed ja elektroonika toetuvad aga vahelduvvoolule.

Kahe vormi vahel teisendamine võib näidata, kuidas elektrivormide takistused erinevad üksteisest ja kuidas neid kasutatakse praktilistes rakendustes. Alalis- ja vahelduvvoolu takistuse erinevuste kirjeldamiseks võite välja töötada alalis- ja vahelduvvoolu võrrandid.

Kui alalisvool voolab elektriahelas ühes suunas, vaheldub vahelduvvooluallikatest saadav vool korrapäraste ajavahemike kaupa edasi ja tagasi. See modulatsioon kirjeldab vahelduvvoolu muutumist ja siinuslaine kuju.

See erinevus tähendab ka seda, et saate kirjeldada vahelduvvoolu ajamõõtmega, mille saate muuta ruumiliseks mõõtmeks, et näidata teile, kuidas pinge vooluringi erinevates piirkondades varieerub. Kasutades põhiahela elemente vahelduvvooluallikaga, saate takistust matemaatiliselt kirjeldada.

Alalisvoolu vs vahelduvvoolu takistus

Vahelduvvooluahelate jaoks töödelge toiteallikat, kasutades siinuslainet Ohmi seadus, V = IR pinge jaoks V, praegune Mina ja vastupanu R, kuid kasutage takistus Z selle asemel R.

Vahelduvvooluahela takistuse saate määrata samamoodi nagu alalisvooluahela puhul: jagades pinge vooluga. Vahelduvvooluahela puhul nimetatakse takistuseks impedantsi ja see võib erinevatel vooluahela elementidel esineda teistsugustel vormidel, näiteks induktiivtakistus ja mahtuvuslik takistus, vastavalt induktiivpoolide ja kondensaatorite takistuse mõõtmine. Induktorid tekitavad magnetvälju energia salvestamiseks vastusena voolule, samas kui kondensaatorid salvestavad vooluahelates laengut.

Elektrivoolu saab esitada vahelduvvoolu takistuse kaudu I = I_m x sin (+t + θ) voolu maksimaalse väärtuse jaoks Im, faaside erinevusena θ, vooluahela nurksagedus ω ja aeg t. Faaside erinevus on siinuslaine enda nurga mõõtmine, mis näitab, kui vool on pingega faasist väljas. Kui vool ja pinge on üksteisega ühes faasis, siis oleks faasinurk 0 °.

Sagedus on funktsioon sellest, kui palju siinuslaineid on ühe punkti järel sekundist möödunud. Nurgasagedus on see sagedus, mis korrutatakse 2π-ga, et arvestada jõuallika radiaalset laadi. Korrutage see vooluvõrrand takistuse abil pinge saamiseks. Pinge toimub sarnasel kujul V_m x sin (ωt) maksimaalse pinge V jaoks. See tähendab, et saate arvutada vahelduvvoolu impedantsi pinge jagamisel vooluga, mis peaks olema V_m patt (ωt) / Mina_m patt (ωt + θ) .

Vahelduvvoolu impedants teiste vooluahela elementidega, nagu induktiivpoolid ja kondensaatorid, kasutab võrrandeid Z = √ (R² + X_L²), Z = √ (R² + X_C²) ja Z = √ (R² + (X_L- X_C)² induktiivtakistuse jaoks X_L, mahtuvuslik takistus X_C vahelduvvoolu impedantsi Z leidmiseks. See võimaldab teil mõõta impedantsi vahelduvvooluahelates olevatele induktiivpoolidele ja kondensaatoritele. Võite kasutada ka võrrandeid X_L = 2πfL ja X_C = 1 / 2πfC võrrelda neid takistuse väärtusi induktiivsusega L ja mahtuvus C induktiivsuse jaoks Henriesis ja mahtuvuse Faradides.

Alalisvoolu ja vahelduvvoolu ahela võrrandid

Ehkki vahelduv- ja alalisvooluahelate võrrandid on erinevas vormis, sõltuvad nad mõlemad samadest põhimõtetest. Seda saab näidata alalisvoolu ja vahelduvvoolu ahelate õpetus. Alalisvooluahelatel on nullsagedus, sest kui peaksite jälgima alalisvooluahela toiteallikat, ei näitaks see mingit lainekuju ega nurka, mille abil saaksite mõõta, mitu lainet antud punktist möödub. Vahelduvvooluahelad näitavad neid laineid lõikude, künade ja amplituudidega, mis võimaldavad teil nende kirjeldamiseks kasutada sagedust.

Alalisvoolu ja vooluahela võrrandite võrdlus võib näidata erinevaid pinge, voolu ja takistuse väljendeid, kuid aluseks olevad teooriad, mis neid võrrandeid reguleerivad, on samad. Erinevused alalisvoolu ja vahelduvvoolu ahelate võrrandites tulenevad vooluahela elementide endi olemusest.

Sa kasutad Ohmi seadust V = IR mõlemal juhul ja kui te võtate voolu, pinge ja takistuse eri tüüpi vooluahelates kokku, nii DC kui vahelduvvoolu vooluahela puhul samamoodi. See tähendab, et pingelangused summeeritakse suletud ahela ümber nulliga ja arvutatakse vool, mis siseneb elektriskeemi igasse sõlme või punkti, võrdsena lahkuva vooluga, kuid vahelduvvooluahelate jaoks kasutate vektoreid.

DC ja AC vooluahelate õpetus

Kui teil oleks paralleelne RLC vooluahel, see tähendab vahelduvvooluahel, mille takisti, induktiivpool (L) ja kondensaator on paigutatud paralleelselt üksteisega ja paralleelselt toiteallikaga, arvutaksite voolu, pinge ja takistuse (või sel juhul takistus) samamoodi nagu alalisvooluahela puhul.

Kogu vooluallikas vooluallikast peaks võrduma vektor Kõigi kolme haru kaudu voolava voolu summa. Vektorisumma tähendab iga voolu väärtuse ruutkeskmist ja nende summeerimist Mina_S² = Mina_R² + (I_L - mina_C)² toitevoolu jaoks Mina_S, takisti vool Mina_R, induktiivvool Mina_L ja kondensaatori vool Mina_C. See on vastuolus alalisvooluahela versiooniga olukorrast, mis oleks Mina_S = Mina_R + I_L + I_C.

Kuna pingelangused harude vahel püsivad paralleelsetes vooluahelates konstantsena, saame arvutada paralleelse RLC vooluahela igas harudes esinevad pinged järgmiselt: R = V / I_R, X_L = V / I_L ja X_C = V / I_C. See tähendab, et saate need väärtused kokku võtta, kasutades ühte algsest võrrandist Z = √ (R² + (X_L- X_C)² saada 1 / Z = √ (1 / R)² + (1 / X_L - 1 / X_C)². See väärtus 1 / Z nimetatakse ka vahelduvvooluahela sissepääsuks. Seevastu alalisvooluallikaga vastava vooluahela pinge langus harude kohal oleks võrdne toiteallika pingeallikaga V.

Seeria RLC vooluahela, vahelduvvoolu ahela, mille takisti, induktiivpooli ja kondensaatori vahel on paigutatud järjestikku, jaoks võite kasutada samu meetodeid. Pinge, voolu ja takistuse saate arvutada samade põhimõtete alusel, millega seadistatakse sisenevate ja lahkuvate sõlmpunktide ja punktide vahel olev vool üksteisega võrdseks, summeerides pingelangused suletud ahelate kohal võrdseks nulliga.

Vooluahela läbiv vool oleks kõigis elementides võrdne ja seda annaks vahelduvvooluallika vool I = I_m x sin (ωt). Seevastu pinge võib silmuse ümber kokku võtta järgmiselt: V_s - V_R - V_L - V_C = 0 jaoks V_R toitepinge jaoks V_S, takisti pinge V_R, induktiivpinge V_L ja kondensaatori pinge V_C.

Vastava alalisvooluahela jaoks oleks vool lihtsalt V / R nagu on antud Ohmi seaduses, ja pinge oleks ka V_s - V_R - V_L - V_C = 0 iga komponendi kohta seerias. Alalis- ja vahelduvvoolu stsenaariumi erinevus on selles, et alalisvoolu korral saate takisti pinget mõõta kui IR, induktiivpinge kui LdI / dt ja kondensaatori pinge kui QC (tasu eest C ja mahtuvus Q), vahelduvvooluahela pinged oleksid V_R = IR, VL = IX_Lpatt (ωt + 90_ °) ja VC = _IX_Cpatt (--t - 90°). See näitab, kuidas vahelduvvoolu RLC vooluahelates on induktiivpool enne pingeallikat 90 ° võrra ja kondensaator 90% võrra tagapool.