Què és el corrent altern i en què es diferencia del corrent continu
Corrent altern, en canvi corrent DC, està canviant constantment tant en magnitud com en direcció, i aquests canvis es produeixen periòdicament, és a dir, es repeteixen a intervals exactament iguals.
Per induir aquest corrent al circuit, utilitzeu fonts de corrent altern que creen un EMF altern, canviant periòdicament de magnitud i direcció. Aquestes fonts s'anomenen alternadors.
A la fig. 1 mostra un diagrama de dispositiu (model) dels més simples alternador.
Un marc rectangular fet de filferro de coure, fixat a l'eix i girat al camp mitjançant una transmissió per corretja imant… Els extrems del bastidor estan soldats a anells de coure que, girant amb el bastidor, llisquen sobre les plaques de contacte (raspalls).
Figura 1. Esquema de l'alternador més simple
Assegurem-nos que aquest dispositiu és realment una font d'EMF variable.
Suposem que un imant es crea entre els seus pols camp magnètic uniforme, és a dir, aquell en què la densitat de línies de camp magnètic a cada part del camp és la mateixa.girant, el marc creua les línies de força del camp magnètic en cadascun dels seus costats a i b EMF induït.
Els costats c i d del bastidor no funcionen, perquè quan el bastidor gira, no creuen les línies de força del camp magnètic i, per tant, no participen en la creació de l'EMF.
En qualsevol moment de temps, l'EMF que es produeix a la cara a és oposada en direcció a l'EMF que es produeix a la cara b, però en el marc ambdós EMF actuen d'acord amb i se sumen a l'EMF total, és a dir, induït per tot el marc.
Això és fàcil de comprovar si fem servir la regla de la mà dreta que coneixem per determinar la direcció de l'EMF.
Per fer-ho, col·loqueu el palmell de la mà dreta de manera que quedi cara al pol nord de l'imant, i el polze doblegat coincideixi amb la direcció del moviment d'aquell costat del marc en què volem determinar la direcció de l'EMF. Aleshores, la direcció de l'EMF s'indicarà amb els dits estesos de la mà.
Per a qualsevol posició del marc que determinem la direcció de l'EMF als costats a i b, sempre se sumen i formen un EMF total al marc. Al mateix temps, amb cada rotació del marc, la direcció de l'EMF total canvia al contrari, ja que cadascun dels costats de treball del marc en una revolució passa per diferents pols de l'imant.
La magnitud de l'EMF induïda en el marc també canvia a mesura que canvia la velocitat a la qual els costats del marc creuen les línies del camp magnètic. De fet, en el moment en què el bastidor s'acosta a la seva posició vertical i la passa, la velocitat de creuament de les línies de força als costats del bastidor és la més alta, i la fem més gran s'indueix al quadre.En aquests moments, quan el marc passa per la seva posició horitzontal, els seus costats semblen lliscar al llarg de les línies del camp magnètic sense creuar-les, i no s'indueix cap EMF.
Per tant, amb la rotació uniforme del marc, s'hi induirà un EMF, canviant periòdicament tant en magnitud com en direcció.
L'EMF que es produeix a la trama es pot mesurar mitjançant un dispositiu i s'utilitza per crear un corrent al circuit extern.
Utilitzant fenomen de la inducció electromagnètica, podeu obtenir EMF altern i, per tant, corrent altern.
Corrent altern per a finalitats industrials i per il·luminació produït per potents generadors accionats per turbines de vapor o aigua i motors de combustió interna.
Representació gràfica de corrents AC i DC
El mètode gràfic permet visualitzar el procés de canvi d'una determinada variable en funció del temps.
El dibuix de variables que canvien amb el temps comença traçant dues línies mútuament perpendiculars anomenades eixos del gràfic. A continuació, a l'eix horitzontal, a una escala determinada, es representen els intervals de temps, i a l'eix vertical, també a una escala determinada, els valors de la magnitud a representar (EMF, tensió o corrent).
A la fig. 2 gràfics de corrent continu i corrent altern... En aquest cas retardem els valors de corrent i els valors de corrent d'una direcció, que normalment s'anomena positiu, es retarden verticalment des del punt d'intersecció dels eixos O , i cap avall des d'aquest punt, la direcció oposada, que normalment s'anomena negativa.
Figura 2. Representació gràfica de DC i AC
El propi punt O serveix tant com a origen dels valors actuals (verticalment cap avall i cap amunt) i del temps (horitzontalment a la dreta).En altres paraules, aquest punt correspon al valor zero del corrent i aquest punt de partida en el temps a partir del qual pretenem rastrejar com canviarà el corrent en el futur.
Comprovem la correcció del que es representa a la fig. 2 i un gràfic de corrent continu de 50 mA.
Com que aquest corrent és constant, és a dir, no canvia la seva magnitud i direcció al llarg del temps, els mateixos valors de corrent correspondran a diferents moments de temps, és a dir, 50 mA. Per tant, en l'instant de temps igual a zero, és a dir, en el moment inicial de la nostra observació del corrent, serà igual a 50 mA. Dibuixant un segment igual al valor actual de 50 mA en l'eix vertical cap amunt, obtenim el primer punt del nostre gràfic.
Hem de fer el mateix per al següent moment de temps corresponent al punt 1 de l'eix del temps, és a dir, posposar des d'aquest punt verticalment cap amunt un segment també igual a 50 mA. El final del segment ens definirà el segon punt del gràfic.
Després d'haver fet una construcció similar per a diversos punts posteriors en el temps, obtenim una sèrie de punts, la connexió dels quals donarà una línia recta, que és una representació gràfica d'un valor de corrent constant de 50 mA.
Representació d'un EMF variable
Passem a estudiar el gràfic de variables de CEM... A la fig. A la figura 3, es mostra un marc que gira en un camp magnètic a la part superior i a continuació es mostra una representació gràfica de la variable EMF resultant.
Figura 3. Representació gràfica de la variable EMF
Comencem a girar el marc uniformement en el sentit de les agulles del rellotge i seguim el curs dels canvis EMF en ell, prenent la posició horitzontal del marc com a moment inicial.
En aquest moment inicial, l'EMF serà zero perquè els costats del marc no creuen les línies del camp magnètic.A la gràfica, aquest valor zero de FEM corresponent a l'instant t = 0 es representa amb el punt 1.
Amb més rotació del marc, l'EMF començarà a aparèixer en ell i augmentarà fins que el marc assoleixi la seva posició vertical. Al gràfic, aquest augment de la FEM estarà representat per una corba ascendent suau que assoleix el seu màxim (punt 2).
A mesura que el marc s'acosta a la posició horitzontal, l'EMF en ella disminuirà i baixarà a zero. Al gràfic, es representarà com una corba suau descendent.
Per tant, durant el temps corresponent a mitja revolució del marc, l'EMF en ell va poder augmentar de zero al valor màxim i tornar a disminuir a zero (punt 3).
Amb més rotació del marc, l'EMF hi tornarà a aparèixer i augmentarà gradualment de magnitud, però la seva direcció ja canviarà al contrari, com es pot veure aplicant la regla de la mà dreta.
El gràfic té en compte el canvi de direcció de l'EMF, de manera que la corba que representa l'EMF creua l'eix del temps i ara es troba per sota d'aquest eix. L'EMF torna a augmentar fins que el marc assumeix una posició vertical.
Aleshores, l'EMF començarà a disminuir i el seu valor serà igual a zero quan el marc torni a la seva posició original després de completar una revolució completa. En el gràfic, això s'expressarà pel fet que la corba EMF, arribant al seu pic en sentit contrari (punt 4), es trobarà llavors amb l'eix del temps (punt 5).
Això completa un cicle de canvi de l'EMF, però si continueu la rotació del marc, immediatament comença el segon cicle, repetint exactament el primer, que al seu torn anirà seguit del tercer, després del quart, i així successivament fins que ens aturem. el marc de rotació.
Així, per cada rotació del marc, l'EMF que es produeix en ell completa un cicle complet del seu canvi.
Si el marc està tancat a algun circuit extern, un corrent altern fluirà pel circuit, el gràfic del qual tindrà el mateix aspecte que el gràfic EMF.
La forma d'ona resultant s'anomena ona sinusoïdal, i el corrent, EMF o voltatge que varia segons aquesta llei s'anomena sinusoïdal.
La corba en si s'anomena sinusoide perquè és una representació gràfica d'una magnitud trigonomètrica variable anomenada sinus.
La naturalesa sinusoïdal del canvi de corrent és la més habitual en enginyeria elèctrica, per tant, parlant de corrent altern, en la majoria dels casos es refereixen a corrent sinusoïdal.
Per comparar diferents corrents alterns (EMF i tensions), hi ha valors que caracteritzen un determinat corrent. Aquests s'anomenen paràmetres AC.
Període, amplitud i freqüència: paràmetres de CA
El corrent altern es caracteritza per dos paràmetres: cicle mensual i amplitud, sabent quins podem estimar quin tipus de corrent altern és i construir un gràfic del corrent.
Figura 4. Corba de corrent sinusoïdal
El període de temps durant el qual es produeix un cicle complet de canvi de corrent s'anomena període. El període es denota amb la lletra T i es mesura en segons.
El període de temps durant el qual es produeix la meitat d'un cicle complet de canvi de corrent s'anomena cicle mitjà, per tant, el període de canvi de corrent (EMF o tensió) consta de dos semiperíodes. És força obvi que tots els períodes del mateix corrent altern són iguals entre si.
Com es pot veure a la gràfica, durant un període del seu canvi, el corrent arriba al doble del seu valor màxim.
El valor màxim d'un corrent altern (EMF o tensió) s'anomena valor d'amplitud o corrent de pic.
Im, Em i Um són designacions habituals per a les amplituds de corrent, EMF i tensió.
Primer de tot, vam parar atenció corrent punta, però, com es pot veure al gràfic, hi ha infinitat de valors intermedis que són més petits que l'amplitud.
El valor del corrent altern (EMF, voltatge) corresponent a qualsevol moment seleccionat s'anomena valor instantani.
i, e i u són designacions comunament acceptades dels valors instantanis de corrent, fem i tensió.
El valor instantani del corrent, així com el seu valor màxim, és fàcil de determinar amb l'ajuda del gràfic. Per fer-ho, des de qualsevol punt de l'eix horitzontal corresponent al moment del temps que ens interessa, tracem una línia vertical fins al punt d'intersecció amb la corba actual; el segment resultant de la línia vertical determinarà el valor del corrent en un moment donat, és a dir, el seu valor instantani.
Òbviament, el valor instantani del corrent després del temps T / 2 des del punt inicial del gràfic serà zero, i després del temps T / 4 el seu valor d'amplitud. El corrent també arriba al seu valor màxim; però ja en sentit contrari, després d'un temps igual a 3/4 T.
Així doncs, el gràfic mostra com canvia el corrent al circuit al llarg del temps i que només un valor particular tant de la magnitud com de la direcció del corrent correspon a cada instant de temps. En aquest cas, el valor del corrent en un moment determinat en un punt del circuit serà exactament el mateix en qualsevol altre punt d'aquest circuit.
S'anomena el nombre de períodes complets complerts pel corrent en 1 segon de freqüència AC i es denota amb la lletra llatina f.
Per determinar la freqüència d'un corrent altern, és a dir, per saber quants períodes del seu canvia el corrent realitzat en 1 segon, cal dividir 1 segon pel temps d'un període f = 1 / T. Coneixent la freqüència del corrent altern, podeu determinar el període: T = 1 / f
Freqüència CA es mesura en una unitat anomenada hertz.
Si tenim un corrent altern la freqüència del qual és igual a 1 hertz, el període d'aquest corrent serà igual a 1 segon. Per contra, si el període de canvi del corrent és d'1 segon, la freqüència d'aquest corrent és d'1 hertz.
Així doncs, hem definit paràmetres de CA (període, amplitud i freqüència) que us permeten distingir entre diferents corrents de CA, EMF i tensions, i traçar els seus gràfics quan sigui necessari.
En determinar la resistència de diversos circuits al corrent altern, utilitzeu un altre valor auxiliar que caracteritzi el corrent altern, l'anomenat freqüència angular o angular.
Freqüència circular denotada relacionada amb la freqüència f per la relació 2 pif
Expliquem aquesta dependència. Quan es va traçar el gràfic de la variable EMF, vam veure que una rotació completa del marc dona com a resultat un cicle complet de canvi EMF. En altres paraules, perquè el marc faci una volta, és a dir, giri 360 °, es necessita un temps igual a un període, és a dir, T segons. Aleshores, en 1 segon, el marc fa una revolució de 360 °/T. Per tant, 360 ° / T és l'angle a través del qual el marc gira en 1 segon i expressa la velocitat de rotació del marc, que normalment s'anomena velocitat angular o circular.
Però com que el període T està relacionat amb la freqüència f per la relació f = 1 / T, aleshores la velocitat circular també es pot expressar com a freqüència i serà igual a 360 ° f.
Així que vam concloure que 360 ° f. Tanmateix, per a la comoditat d'utilitzar la freqüència circular per a qualsevol càlcul, l'angle de 360 ° corresponent a una revolució es substitueix per una expressió radial igual a 2pi radians, on pi = 3,14. Així que finalment aconseguim 2pif. Per tant, per determinar la freqüència angular del corrent altern (EMF o voltatge), heu de multiplicar la freqüència en hertzs per un nombre constant 6,28.