เนื้อหา
เมื่อโรงไฟฟ้าจ่ายพลังงานให้กับอาคารและครัวเรือนพวกเขาจะอยู่ในระยะทางไกลในรูปแบบของกระแสตรง (DC) แต่เครื่องใช้ในครัวเรือนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปขึ้นอยู่กับกระแสสลับ (AC)
การแปลงระหว่างสองรูปแบบสามารถแสดงให้คุณเห็นว่าค่าความต้านทานสำหรับรูปแบบของไฟฟ้าแตกต่างจากกันและวิธีที่พวกเขาใช้ในการใช้งานจริง คุณสามารถหาสมการ DC และ AC เพื่ออธิบายความแตกต่างของความต้านทาน DC และ AC
ในขณะที่กระแสไฟฟ้ากระแสตรงไหลไปในทิศทางเดียวในวงจรไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงาน AC จะสลับระหว่างทิศทางไปข้างหน้าและทิศทางย้อนกลับตามช่วงเวลาปกติ การปรับนี้อธิบายการเปลี่ยนแปลง AC และรูปแบบของคลื่นไซน์
ความแตกต่างนี้ยังหมายความว่าคุณสามารถอธิบายพลังงาน AC ด้วยมิติของเวลาที่คุณสามารถเปลี่ยนเป็นมิติเชิงพื้นที่เพื่อแสดงให้คุณเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามพื้นที่ต่าง ๆ ของวงจร การใช้องค์ประกอบวงจรพื้นฐานกับแหล่งจ่ายไฟ AC คุณสามารถอธิบายความต้านทานทางคณิตศาสตร์ได้
ความต้านทาน DC และ AC
สำหรับวงจร AC รักษาแหล่งพลังงานโดยใช้คลื่นไซน์ กฎหมายของโอห์ม, V = IR สำหรับแรงดันไฟฟ้า V, ปัจจุบัน ผม และความต้านทาน Rแต่ใช้ ความต้านทาน Z แทน อาร์
คุณสามารถกำหนดความต้านทานของวงจร AC เช่นเดียวกับที่ทำกับวงจร DC: โดยการหารแรงดันไฟฟ้าตามกระแส ในกรณีของวงจร AC ความต้านทานเรียกว่าความต้านทานและสามารถใช้รูปแบบอื่น ๆ สำหรับองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ เช่นความต้านทานอุปนัยและความต้านทาน capacitive การวัดความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุตามลำดับ ตัวเหนี่ยวนำผลิตสนามแม่เหล็กเพื่อเก็บพลังงานตามกระแสในขณะที่ตัวเก็บประจุเก็บประจุในวงจร
คุณสามารถเป็นตัวแทนของกระแสไฟฟ้าผ่านความต้านทาน AC ฉัน = ฉันม. x sin (ωt + θ) สำหรับค่าสูงสุดของปัจจุบัน อิ่มเป็นความแตกต่างของเฟส θความถี่เชิงมุมของวงจร ω และเวลา เสื้อ. ความแตกต่างของเฟสคือการวัดมุมของคลื่นไซน์ที่แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าออกจากเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้า ถ้ากระแสและแรงดันอยู่ในเฟสซึ่งกันและกันมุมของเฟสจะเป็น 0 °
ความถี่ เป็นหน้าที่ของจำนวนคลื่นไซน์ที่ผ่านจุดหนึ่งหลังจากหนึ่งวินาที ความถี่เชิงมุมคือความถี่นี้คูณด้วย2πเพื่อพิจารณาลักษณะรัศมีของแหล่งพลังงาน ทวีคูณสมการนี้สำหรับกระแสโดยความต้านทานเพื่อให้ได้แรงดัน แรงดันไฟฟ้ามีรูปแบบคล้ายกัน Vม. x sin (ωt) สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถคำนวณความต้านทาน AC เป็นผลมาจากการแบ่งแรงดันไฟฟ้าตามกระแสซึ่งควรเป็น Vม. บาป (ωt) / ผมม. บาป (ωt + θ) .
ความต้านทาน AC กับองค์ประกอบวงจรอื่น ๆ เช่นตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุใช้สมการ Z = √ (R2 + XL2), Z = √ (R2 + XC2) และ Z = √ (R2 + (XL- XC)2 สำหรับความต้านทานอุปนัย XLความต้านทาน capacitive XC เพื่อค้นหา AC อิมพิแดนซ์ Z ซึ่งช่วยให้คุณวัดความต้านทานในตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุในวงจร AC คุณยังสามารถใช้สมการ XL = 2πfL และ XC = 1 / 2πfC เพื่อเปรียบเทียบค่าความต้านทานเหล่านี้กับค่าความเหนี่ยวนำ L และความจุ C สำหรับการเหนี่ยวนำใน Henries และความจุใน Farads
สมการวงจร DC กับ AC
แม้ว่าสมการสำหรับวงจร AC และ DC จะมีรูปแบบที่แตกต่างกัน แต่ทั้งคู่ก็ขึ้นอยู่กับหลักการเดียวกัน บทช่วยสอนวงจร DC กับ AC สามารถแสดงให้เห็นสิ่งนี้ วงจร DC มีความถี่เป็นศูนย์เพราะถ้าคุณสังเกตแหล่งพลังงานสำหรับวงจร DC จะไม่แสดงรูปคลื่นหรือมุมใด ๆ ที่คุณสามารถวัดได้ว่าคลื่นจะผ่านจุดใดจำนวนหนึ่ง วงจร AC แสดงคลื่นเหล่านี้พร้อมกับยอดคลื่นและแอมปลิจูดที่ให้คุณใช้ความถี่ในการอธิบาย
การเปรียบเทียบสมการ DC กับวงจรอาจแสดงนิพจน์ที่ต่างกันสำหรับแรงดันไฟฟ้ากระแสและความต้านทาน แต่ทฤษฎีพื้นฐานที่ควบคุมสมการเหล่านี้จะเหมือนกัน ความแตกต่างของสมการวงจร DC และ AC นั้นมาจากลักษณะขององค์ประกอบวงจรเอง
คุณใช้กฎของโอห์ม V = IR ในทั้งสองกรณีและคุณรวมกระแสแรงดันและความต้านทานในวงจรประเภทต่างๆในลักษณะเดียวกันสำหรับทั้งวงจร DC และ AC นี่หมายถึงการรวมแรงดันไฟฟ้าตกรอบวงปิดเท่ากับศูนย์และการคำนวณกระแสไฟฟ้าที่เข้าสู่แต่ละโหนดหรือจุดบนวงจรไฟฟ้าเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ทิ้ง แต่สำหรับวงจร AC คุณใช้เวกเตอร์
บทช่วยสอน DC กับ AC
หากคุณมีวงจร RLC แบบขนานนั่นคือวงจร AC ที่มีตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำ (L) และตัวเก็บประจุที่จัดเรียงขนานกับอีกตัวหนึ่งและขนานกับแหล่งพลังงานคุณจะคำนวณกระแสแรงดันและความต้านทาน (หรือใน กรณีนี้อิมพีแดนซ์) เช่นเดียวกับวงจร DC
กระแสรวมจากแหล่งพลังงานควรเท่ากับ เวกเตอร์ ผลรวมของกระแสที่ไหลผ่านแต่ละสาขาทั้งสาม ผลรวมของเวคเตอร์หมายถึงกำลังสองมูลค่าของแต่ละกระแสและรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ ผมS2 = ฉันR2 + (ฉันL - ผมC)2 สำหรับการจัดหาในปัจจุบัน ผมSตัวต้านทานปัจจุบัน ผมRกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ผมL และตัวเก็บประจุในปัจจุบัน ผมC. สิ่งนี้ขัดแย้งกับวงจรไฟฟ้ากระแสตรงรุ่นของสถานการณ์ซึ่งจะเป็น ผมS = ฉันR + ฉันL + ฉันC.
เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกข้ามกิ่งไม้ยังคงอยู่ในวงจรคู่ขนานเราจึงสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าข้ามแต่ละสาขาในวงจร RLC แบบขนานได้ R = V / IR, XL = V / IL และ XC = V / IC. ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถสรุปค่าเหล่านี้โดยใช้สมการต้นอย่างใดอย่างหนึ่ง Z = √ (R2 + (XL- XC)2 เพื่อรับ 1 / Z = √ (1 / R)2 + (1 / X)L - 1 / XC)2. ค่านี้ 1 / Z จะเรียกว่าอนุญาติสำหรับวงจร AC ในทางตรงกันข้ามแรงดันไฟฟ้าตกข้ามกิ่งไม้สำหรับวงจรที่สอดคล้องกับแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ V.
สำหรับวงจร RLC ซีรีย์วงจร AC ที่มีตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุที่จัดเรียงเป็นชุดคุณสามารถใช้วิธีการเดียวกันได้ คุณสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้ากระแสและความต้านทานโดยใช้หลักการเดียวกันกับการตั้งค่ากระแสเข้าและออกจากโหนดและจุดให้เท่ากับกันในขณะที่รวมแรงดันไฟฟ้าที่หยดลงในลูปที่ปิดเท่ากับศูนย์
กระแสผ่านวงจรจะเท่ากันในทุกองค์ประกอบและกำหนดโดยกระแสสำหรับแหล่ง AC ฉัน = ฉันม. x sin (ωt). ในทางกลับกันแรงดันสามารถรวมรอบลูปเป็น Vs - โวลต์R - โวลต์L - โวลต์C = 0 สำหรับ VR สำหรับแรงดันไฟฟ้า VSตัวต้านทานแรงดันไฟฟ้า VRแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ VL และแรงดันตัวเก็บประจุ VC.
สำหรับวงจร DC ที่สอดคล้องกันกระแสก็จะเป็น V / R ตามกฎของโอห์มและแรงดันก็จะเป็นเช่นกัน Vs - โวลต์R - โวลต์L - โวลต์C = 0 สำหรับแต่ละองค์ประกอบในซีรีย์ ความแตกต่างระหว่างสถานการณ์ DC และ AC คือในขณะที่สำหรับ DC คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าตัวต้านทานได้ IRแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็น LDI / dt และตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าเป็น การควบคุมคุณภาพ (สำหรับค่าใช้จ่าย C และความจุ Q)แรงดันไฟฟ้าสำหรับวงจร AC จะเป็น VR = IR, VL = IXLบาป (ωt + 90_ °) และ VC = _IXCบาป (--t - 90)°). นี่แสดงให้เห็นว่าวงจร AC RLC มีตัวเหนี่ยวนำก่อนแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า 90 องศาและตัวเก็บประจุที่อยู่ข้างหลัง 90 °