Diskussionspunkte
- Einführung in den Wechselstromkreis
- Wichtige Terminologien für Wechselstromkreise
- Reiner resistiver Wechselstromkreis
- Reiner kapazitiver Wechselstromkreis
- Reiner induktiver Wechselstromkreis
Einführung in den Wechselstromkreis
AC steht für Wechselstrom. Wenn sich der Ladungsfluss von einer Energiequelle periodisch ändert, wird die Schaltung als Wechselstromschaltung bezeichnet. Die Spannung und der Strom (sowohl Größe als auch Richtung) eines Wechselstromkreises ändern sich mit der Zeit.
Wechselstromkreise bieten einen zusätzlichen Widerstand gegen den Stromfluss, da Impedanz und Reaktanz auch in Wechselstromkreisen vorhanden sind. In diesem Artikel werden drei elementare, aber wichtige und grundlegende Wechselstromkreise erörtert. Wir werden die Spannungs- und Stromgleichungen, Zeigerdiagramme und Leistungsformate für sie herausfinden. Aus diesen Schaltungen können kompliziertere, aber grundlegende Schaltungen abgeleitet werden, wie - RC-Schaltungen der Serie, LC-Schaltungen der Serie, RLC-Schaltungen der Serie usw.
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Wichtige Terminologien für Wechselstromkreise
Die Analyse und Untersuchung des Wechselstromkreises erfordert einige Grundkenntnisse der Elektrotechnik. Einige der häufig verwendeten Terminologien sind unten als Referenz aufgeführt. Studieren Sie sie kurz, bevor Sie die Familie der Wechselstromkreise erkunden.
- Amplitude: Strom fließt im Wechselstromkreis in Form von Sinuswellen. Die Amplitude bezieht sich auf die maximale Größe der Welle, die sowohl im positiven als auch im negativen Bereich erreicht werden kann. Die maximale Größe wird als Vm und Im (für Spannung bzw. Strom) dargestellt.
- Wechsel: Sinussignale haben eine Periode von 360o. Das heißt, die Welle wiederholt sich nach einer 360o Zeitspanne. Die Hälfte dieses Zyklus wird als Wechsel bezeichnet.
- Momentanwert: Die Größe der zu jedem Zeitpunkt angegebenen Spannung und des Stroms wird als Momentanwert bezeichnet.
- Frequenz: Die Frequenz wird durch die Anzahl der Zyklen angegeben, die von einer Welle in einer Zeitspanne von einer Sekunde erzeugt werden. Die Einheit der Frequenz wird durch Hertz (Hz) angegeben.
- Zeitraum: Der Zeitraum kann als die Zeitspanne definiert werden, die eine Welle benötigt, um einen vollständigen Zyklus abzuschließen.
- Wellenform: Die Wellenform ist die grafische Darstellung der Wellenausbreitung.
- Effektivwerte: Der Effektivwert bedeutet den quadratischen Mittelwert. Der Effektivwert aller Wechselstromkomponenten entspricht dem Gleichstromäquivalentwert der Menge.
Reiner resistiver Wechselstromkreis
Wenn ein Wechselstromkreis nur aus einem reinen Widerstand besteht, wird dieser Stromkreis als reiner ohmscher Wechselstromkreis bezeichnet. Bei diesem Typ ist keine Induktivität oder ein Kondensator beteiligt Wechselstromkreis. In dieser Schaltung bleiben die vom Widerstand erzeugte Leistung und die Energiekomponenten, Spannung und Ströme, in einer identischen Phase. Dadurch wird sichergestellt, dass der Anstieg von Spannung und Strom für den Spitzenwert bzw. den Maximalwert gleichzeitig erfolgt.
Nehmen wir an, die Quellenspannung ist V, der Widerstandswert ist R, der durch die Schaltung fließende Strom ist I. Der Widerstand ist in Reihe geschaltet. Die folgende Gleichung gibt die Spannung der Schaltung an.
V = V.m Sinωt
Aus dem Ohmschen Gesetz wissen wir nun, dass V = IR oder I = V / R.
Also, der Strom werde ich sein,
I = (V.m / R) Sinωt
Oder ich = ichm Sinωt; ichm = Vm / R
Der Strom und die Spannung haben den Maximalwert für ωt = 90o.
Zeigerdiagramm einer rein resistiven Schaltung
Wenn wir die Gleichungen betrachten, können wir schließen, dass es keine Phasendifferenz zwischen dem Strom und der Spannung der Schaltung gibt. Das heißt, die Phasenwinkeldifferenz zwischen den beiden Energiekomponenten ist Null. Es gibt also keine Verzögerung oder Leitung zwischen Spannung und Strom des reinen ohmschen Wechselstromkreises.
Leistung in einem rein ohmschen Stromkreis
Wie bereits erwähnt, bleiben Strom und Spannung in der Schaltung in derselben Phase. Das Die Leistung wird als Multiplikation der Spannung angegeben und aktuell. Vorgeschlagen für Wechselstromkreise, die Momentanwerte von Spannung und Strom werden für die Berechnung der Leistung berücksichtigt.
Macht kann also geschrieben werden als - P = Vm Sinωt * I.m Sinωt.
Oder P = (V.m * Ichm / 2) * 2 Sinω2t
Oder P = (V.m / √2) * (I.m/ √2) * (1 - Cos2ωt)
Oder P = (V.m / √2) * (I.m/ √2) - (V.m / √2) * (I.m/ √2) * Cos2ωt
Nun zur durchschnittlichen Leistung im Wechselstromkreis,
P = Durchschnitt von [(V.m / √2) * (I.m/ √2)] - Durchschnitt von [(V.m / √2) * (I.m/ √2) * Cos2ωt]
Jetzt kommt Cos2ωt als Null.
Die Kraft kommt also als - P = Vrms *Irms.
Hier steht P für Durchschnittsleistung V.rms steht für Root Mean Square Voltage und I.rms steht für den quadratischen Mittelwert des Stroms.
Reiner kapazitiver Wechselstromkreis
Wenn ein Wechselstromkreis nur aus einem reinen Kondensator besteht, wird dieser Stromkreis als reiner kapazitiver Wechselstromkreis bezeichnet. Bei dieser Form ist kein Widerstand oder Induktor beteiligt Wechselstromkreis. Ein typischer Kondensator ist ein passives elektrisches Gerät, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Es ist ein Gerät mit zwei Anschlüssen. Die Kapazität ist als Wirkung des Kondensators bekannt. Die Kapazität hat eine Einheit – Farad (F).
Wenn an den Kondensator Spannung angelegt wird, wird der Kondensator aufgeladen und beginnt nach einiger Zeit mit der Entladung, wenn die Spannungsquelle entfernt wird.
Nehmen wir an, dass die Quellenspannung V ist; das Kondensator hat eine Kapazität von C ist der Strom, der durch die Schaltung fließt, I.
Die folgende Gleichung gibt die Spannung der Schaltung an.
V = V.m Sinωt
Die Ladung des Kondensators ist gegeben durch Q = CV und Ich = dQ / dt gibt den Strom innerhalb des Stromkreises an.
Damit I = C dV / dt; als I = dQ / dt.
Oder, I = C d (V.m Sinωt) / dt
Oder ich = V.m C d (Sinωt) / dt
Oder I = ω V.m C Kosten.
Oder ich = [V.m / (1 / ωC)] sin (ωt + π / 2)
Oder ich = (V.m / Xc) * sin (ωt + π / 2)
Xc ist als Reaktanz des Wechselstromkreises bekannt (insbesondere als kapazitive Reaktanz). Der maximale Strom wird beobachtet, wenn (ωt + π / 2) = 90o.
So, das Im = Vm / Xc
Zeigerdiagramm der reinen kapazitiven Schaltung
Wenn wir die Gleichungen betrachten, können wir schließen, dass die Spannung der Schaltung um einen Winkel von 90 Grad über den Stromwert führt. Das Zeigerdiagramm der Schaltung ist unten angegeben.
Leistung in einem rein kapazitiven Stromkreis
Wie bereits erwähnt, hat die Spannungsphase in der Schaltung einen Vorsprung von 90 Grad gegenüber dem Strom. Die Leistung wird als Multiplikation von Spannung und Strom angegeben. Bei der Berechnung von Wechselstromkreisen werden die Momentanwerte von Spannung und Strom berücksichtigt, die für die Berechnung der Leistung vorgesehen sind.
Die Leistung für diese Schaltung kann also wie folgt geschrieben werden: P = Vm Sinωt * I.m Sin (ωt + π / 2)
Oder P = (V.m * Ichm * Sinωt * Kost)
Oder P = (V.m / √2) * (I.m/ √2) * Sin2ωt
Oder P = 0
Aus den Ableitungen können wir also sagen, dass die durchschnittliche Leistung der kapazitiven Schaltung Null ist.
Reiner induktiver Wechselstromkreis
Wenn ein Wechselstromkreis nur aus einer reinen Induktivität besteht, wird dieser Stromkreis als rein induktiver Wechselstromkreis bezeichnet. Es gibt überhaupt keine Widerstände oder Kondensatoren sind an dieser Art von Wechselstromkreis beteiligt. Ein typischer Induktor ist ein passives elektrisches Gerät, das elektrische Energie in den Magnetfeldern speichert. Es ist ein Gerät mit zwei Anschlüssen. Die Induktivität ist als Wirkung der Induktivität bekannt. Die Induktivität hat eine Einheit – Henry (H). Die gespeicherte Energie könnte auch als Strom in den Stromkreis zurückgeführt werden.
Nehmen wir an, dass die Quellenspannung V ist; Die Induktivität hat eine Induktivität von L, der durch die Schaltung fließende Strom ist I.
Die folgende Gleichung gibt die Spannung der Schaltung an.
V = V.m Sinωt
Die induzierte Spannung ist gegeben durch - E = - L dI / dt
Damit V = - E.
Oder V = - (- L dI / dt)
Oder V.m Sinωt = L dI / dt
Oder dI = (Vm / L) Sinωt dt
Wenn wir nun die Integration auf beiden Seiten anwenden, können wir schreiben.
Oder ∫ dI = ∫ (Vm / L) Sinωt dt
Oder I = (Vm / ωL) * (- Cosωt)
Oder I = (Vm / ωL) sin (ωt - π / 2)
Oder I = (Vm / XL) sin (ωt - π / 2)
Hier XL = ωL und ist als induktive Reaktanz der Schaltung bekannt.
Der maximale Strom wird beobachtet, wenn (ωt - π / 2) = 90 isto.
So, das Im = Vm / X.L
Zeigerdiagramm der reinen induktiven Schaltung
Wenn wir die Gleichungen betrachten, können wir schließen, dass der Schaltungsstrom um einen Winkel von 90 Grad über den Spannungswert führt. Das Zeigerdiagramm der Schaltung ist unten angegeben.
Leistung in einem rein induktiven Stromkreis
Wie bereits erwähnt, weist eine Stromphase in der Schaltung eine Überspannung von 90 Grad auf. Die Leistung wird als Multiplikation von Spannung und Strom angegeben. Bei Wechselstromkreisen werden die Momentanwerte von Spannung und Strom berücksichtigt, die für die Berechnung der Leistung verwendet werden.
Die Leistung für diese Schaltung kann also wie folgt geschrieben werden: P = Vm Sinωt * I.m Sin (ωt - π / 2)
Oder P = (V.m * Ichm * Sinωt * Kost)
Oder P = (V.m / √2) * (I.m/ √2) * Sin2ωt
Oder P = 0
Aus den Ableitungen können wir also sagen, dass die durchschnittliche Leistung des induktiven Schaltkreises Null ist.
Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
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