ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ (A.C)

Transcript

1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ AC-DC ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ (A.C)

2 Εναλλασσόμενο ρεύμα Ονομάζεται το ρεύμα του οποίου η φορά και η τιμή (ένταση) μεταβάλλονται περιοδικά με το χρόνο. Φάση: φ=ω*t Κυκλική συχν: ω=2*π*f fδεη = 50 Hz

3 Εναλλασσόμενη τάση Ονομάζεται η τάση της οποίας η πολικότητα και η τιμή μεταβάλλονται περιοδικά με το χρόνο. Φάση: φ=ω*t Κυκλική συχν: ω=2*π*f fδεη = 50 Hz

4 Παραγωγή Εναλλασσόμενης τάσης

5 Ενεργός ένταση εναλλασσόμενου ρεύματος Ονομάζεται η σταθερή ένταση που πρέπει να έχει ένα συνεχές ρεύμα, το οποίο όταν περνά από την ίδια αντίσταση, αποδίδει στον ίδιο χρόνο το ίδιο ποσό θερμότητας με το εναλλασσόμενο ρεύμα.

6 Ενεργός τάση εναλλασσόμενου ρεύματος Ονομάζεται η συνεχής τάση, η οποία όταν εφαρμόζεται στην ίδια αντίσταση, δίνει ρεύμα με ένταση ίση με την ενεργό ένταση του εναλλασσόμενου ρεύματος.

7 Είδη αντιστάσεων στο εναλλασσόμενο ρεύμα Ωμική αντίσταση: είναι η αντίσταση που προβάλλουν στο εναλλασσόμενο ρεύμα οι σταθερές ωμικές αντιστάσεις. Επαγωγική αντίσταση: είναι η αντίσταση που προβάλλουν στο εναλλασσόμενο ρεύμα τα μαγνητικά πεδία (π.χ. τα πηνία) Χωρητική αντίσταση: είναι η αντίσταση που προβάλλουν στο εναλλασσόμενο ρεύμα τα ηλεκτρικά πεδία (π.χ. οι πυκνωτές)

8 Ωμική αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα Αν στα άκρα μιας ωμικής αντίστασης εφαρμοστεί AC τάση V=Vo*ημ(ωt), τότε: Το πλάτος του ρεύματος Io=Vo/R Το ρεύμα έχει την ίδια συχνότητα με τη συχνότητα της τάσης Το ρεύμα και η τάση έχουν την ίδια φάση (συμφασικά)

9 Επαγωγική αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα Αν στα άκρα ενός πηνίου εφαρμοστεί AC τάση V=Vo*ημ(ωt), τότε: Το πηνίο εμφανίζει επαγωγική αντίσταση Το πλάτος του ρεύματος Io=Vo/ωL Το ρεύμα έχει την ίδια συχνότητα με τη συχνότητα της τάσης Το ρεύμα έχει καθυστέρηση φάσης 90 σε σχέση με την τάση

10 Χωρητική αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα Αν στα άκρα ενός πυκνωτή εφαρμοστεί AC τάση V=Vo*ημ(ωt), τότε: Ο πυκνωτής εμφανίζει χωρητική αντίσταση Το πλάτος του ρεύματος Io=Vo*ωC Το ρεύμα έχει την ίδια συχνότητα με τη συχνότητα της τάσης Η φάση του ρεύματος προπορεύεται της τάσης κατά 90

11 Κύκλωμα R-L σε σειρά Η αντίσταση εμφανίζει ωμική αντίσταση R Το πηνίο εμφανίζει επαγωγική αντίσταση ωl Η σύνθετη αντίσταση είναι:

12 Κύκλωμα R-C σε σειρά Η αντίσταση εμφανίζει ωμική αντίσταση R Ο πυκνωτής εμφανίζει χωρητική αντίσταση 1/ωC Η σύνθετη αντίσταση είναι:

13 Κύκλωμα R-L-C σε σειρά Η αντίσταση εμφανίζει ωμική αντίσταση R Ο πυκνωτής εμφανίζει χωρητική αντίσταση 1/ωC Το πηνίο εμφανίζει επαγωγική αντίσταση ωl Η σύνθετη αντίσταση είναι:

14 Συντονισμός σειράς Όταν η χωρητική αντίσταση 1/ωC είναι ίση με την επαγωγική αντίσταση ωl του πηνίου, δηλαδή XC=XL, τότε η σύνθετη αντίσταση είναι ίση με R (ωμική συμπεριφορά κυκλώματος), δηλαδή η ελάχιστη δυνατή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται συντονισμός.

15 Ζώνη διέλευσης συντονισμού σειράς Η συχνότητα συντονισμού είναι: Η ζώνη διέλευσης είναι τόσο στενότερη, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής ποιότητας Q.

16 Συντελεστής ποιότητας Q Κατά το συντονισμό η τάση στα άκρα του πηνίου ή του πυκνωτή είναι ίση με: όπου Δηλαδή η τάση στο πηνίο και στον πυκνωτή είναι Qπ φορές μεγαλύτερη από την τάση τροφοδοσίας (υπέρταση κατά το συντονισμό).

17 Κύκλωμα R-L-C παράλληλα Η αντίσταση εμφανίζει ωμική αντίσταση R Ο πυκνωτής εμφανίζει χωρητική αντίσταση 1/ωC Το πηνίο εμφανίζει επαγωγική αντίσταση ωl Η σύνθετη αντίσταση είναι:

18 Παράλληλος συντονισμός (αντισυντονισμός) Όταν η χωρητικότητα C είναι ίση με τότε η σύνθετη αντίσταση Ζ γίνεται μέγιστη (υπεραντίσταση Zmax) και το ρεύμα Ι γίνεται ελάχιστο (Imin). Aυτό ονομάζεται αντισυντονισμός.

19 Ζώνη διέλευσης παράλληλου συντονισμού Η συχνότητα συντονισμού είναι: Η ζώνη διέλευσης είναι τόσο στενότερη, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής ποιότητας Q.

20 Πραγματική ισχύς Ρ Πραγματική ισχύς Ρ ονομάζεται η ισχύς που καταναλίσκεται στο ωμικό μέρος της σύνθετης αντίστασης υπό μορφή θερμότητας. Μονάδα μέτρησης είναι το Watt (W). Το συνφ ονομάζεται συντελεστής ισχύος.

21 Άεργος ισχύς Q Άεργος ισχύς Q ονομάζεται η ισχύς που παρουσιάζεται στο επαγωγικό ή χωρητικό μέρος της σύνθετης αντίστασης υπό μορφή πεδίου. Μονάδα μέτρησης είναι το Var (Vr). Αν Q>0, τότε το κύκλωμα παρουσιάζει επαγωγική συμπεριφορά, ενώ αν Q<0, τότε παρουσιάζει χωρητική συμπεριφορά.

22 Φαινόμενη ισχύς S Φαινόμενη ισχύς S ονομάζεται το γινόμενο: Μονάδα φαινόμενης ισχύος είναι το VoltAmpere (VA).

23 Τρίγωνα ισχύος

24 Πλεονεκτήματα AC έναντι DC Μπορεί να μετασχηματιστεί (αλλαγή αναλογίας τάσης/ρεύματος) χωρίς να αλλάζει η ισχύς του. Μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις με λιγότερες απώλειες κατά τη μεταφορά. Παράγεται εκεί που υπάρχει η φθηνή πρώτη ενέργεια (π.χ. Λιγνίτης), αφού μεταφέρουμε εύκολα το ρεύμα και γλιτώνουμε τη μεταφορά της πρώτης ύλης. Μπορεί να μετατραπεί σε συνεχές. Οι κινητήρες AC είναι λιγότερο πολύπλοκοι από του κινητήρες DC.