Circuito CA: 5 fattori importanti ad esso correlati

Punti di discussione

Introduzione al circuito CA

AC sta per corrente alternata. Se il flusso di carica da una fonte di energia cambia periodicamente, il circuito verrà indicato come un circuito CA. La tensione e la corrente (sia l'ampiezza che la direzione) di un circuito CA cambiano nel tempo.

Il circuito CA presenta una resistenza aggiuntiva verso il flusso di corrente poiché l'impedenza e la reattanza sono presenti anche nei circuiti CA. In questo articolo, discuteremo tre circuiti CA elementari ma importanti e fondamentali. Scopriremo le equazioni di tensione e corrente, i diagrammi fasoriali, i formati di potenza per loro. Circuiti più complicati ma di base possono essere derivati ​​da questi circuiti, come: circuiti serie RC, circuiti serie LC, circuiti serie RLC, ecc.

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Terminologie importanti relative al circuito CA.

L'analisi del circuito CA e il loro studio richiedono alcune conoscenze di base di ingegneria elettrica. Alcune delle terminologie utilizzate di frequente sono riportate di seguito per i riferimenti. Studiateli brevemente prima di esplorare la famiglia dei circuiti CA.

  • Ampiezza: La potenza scorre nel circuito CA sotto forma di onde sinusoidali. L'ampiezza si riferisce all'ampiezza massima dell'onda che può essere raggiunta sia nel dominio positivo che in quello negativo. La grandezza massima è rappresentata come Vm e Im (rispettivamente per tensione e corrente).
  • Alternanza: I segnali sinusoidali hanno un periodo di 360o. Ciò significa che l'onda si ripete dopo un 360o arco di tempo. La metà di questo ciclo viene definita alternanza.
  • Valore istantaneo: L'intensità della tensione e della corrente fornite in qualsiasi istante di tempo è nota come valore istantaneo.
  • Frequenza: La frequenza è data dal numero di cicli creati da un'onda nell'arco di un secondo. L'unità di frequenza è data da Hertz (Hz).
  • Periodo di tempo: Il periodo di tempo può essere definito come il periodo di tempo impiegato da un'onda per completare un ciclo completo.
  • Forma d'onda: La forma d'onda è la rappresentazione grafica della propagazione delle onde.
  • Valori RMS: Il valore RMS indica il valore della "radice quadrata media". Il valore RMS di qualsiasi componente AC rappresenta il valore DC equivalente della quantità.

Circuito AC puro resistivo

Se un circuito CA è costituito solo da una resistenza pura, quel circuito sarà chiamato Circuito CA resistivo puro. Non ci sono induttori o condensatori coinvolti in questo tipo di Circuito CA. In questo circuito, la potenza generata dalla resistenza e le componenti energetiche, tensione e corrente, rimangono in una fase identica. Ciò garantisce che l'aumento di tensione e corrente per il valore di picco o il valore massimo si verifichi contemporaneamente.

Circuito AC puro resistivo
Circuito AC puro resistivo

Supponiamo che la tensione della sorgente sia V, il valore della resistenza è R, la corrente che scorre attraverso il circuito è I. La resistenza è collegata in serie. L'equazione seguente fornisce la tensione del circuito.

V = Vm Sinωt

Ora, dalla legge di Ohm, sappiamo che V = IR, o I = V / R

Quindi, la corrente sarò,

io = (Vm /R) Sinωt

Oppure, I = Im Sinωt; iom = Vm / R

La corrente e la tensione avranno il valore massimo per ωt = 90o.

Diagramma di fase di un circuito puramente resistivo

Osservando le equazioni, possiamo concludere che non c'è differenza di fase tra la corrente e la tensione del circuito. Ciò significa che la differenza dell'angolo di fase tra le due componenti energetiche sarà zero. Quindi, non vi è alcun ritardo o anticipo tra la tensione e la corrente del circuito CA resistivo puro.

Fasore R
Diagramma di fase del circuito resistivo puro

Potenza in un circuito puramente resistivo

Come accennato in precedenza, la corrente e la tensione rimangono nella stessa fase nel circuito. Il la potenza è data come moltiplicazione della tensione e attuale. Proposto per i circuiti AC, i valori istantanei di tensione e corrente vengono presi in considerazione per il calcolo della potenza.

Quindi, il potere può essere scritto come - P = Vm Sinωt*Im Sinit.

Oppure P = (Vm * Im / 2) * 2 Sinω2t

Oppure P = (Vm / √2) * (Im/ √2) * (1 - Cos2ωt)

Oppure P = (Vm / √2) * (Im/ √2) - (Vm / √2) * (Im/ 2) * Cos2ωt

Ora per la potenza media nel circuito CA,

P = Media di [(Vm / √2) * (Im/ √2)] - Media di [(Vm / √2) * (Im/ 2) * Cos2ωt]

Ora, Cos2ωt arriva come zero.

Quindi, il potere arriva come - P = Vrms *Irms.

Qui, P sta per potenza media, Vrms sta per tensione quadratica media radice e Irms sta per valore quadratico medio radice della corrente.

Circuito CA capacitivo puro

 Se un circuito CA è costituito solo da un condensatore puro, quel circuito sarà chiamato circuito CA capacitivo puro. Non vi è alcun resistore o induttore coinvolto in questa forma di Circuito CA. Un tipico condensatore è un dispositivo elettrico passivo che immagazzina energia elettrica in un campo elettrico. È un dispositivo a due terminali. La capacità è nota come effetto del condensatore. La capacità ha un'unità: Farad(F).

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Circuito capacitivo puro

Quando la tensione viene applicata attraverso il condensatore, il condensatore si carica e, dopo un po 'di tempo, inizia a scaricarsi quando viene tolta la sorgente di tensione.

Assumiamo che la tensione della sorgente sia V; il il condensatore ha una capacità di C, la corrente che scorre nel circuito è I.

L'equazione seguente fornisce la tensione del circuito.

V = Vm Sinωt

La carica del condensatore è data da Q = CVe io = dQ / dt dà la corrente all'interno del circuito.

Così, I = C dV / dt; come I = dQ / dt.

oro, Io = C d (Vm Sinωt) / dt

Oppure, I = Vm Do d (Sinωt) / dt

Oppure, I = ω Vm Costo C.

Oppure, I = [Vm / (1 / ωC)] sin (ωt + π / 2)

Oppure, I = (Vm / Xc) * sin (ωt + π / 2)

Xc è noto come la reattanza del circuito CA (in particolare la reattanza capacitiva). La corrente massima sarà osservata quando (ωt + π / 2) = 90o.

Così, la Im = Vm/Xc

Diagramma dei fasori del circuito capacitivo puro

Osservando le equazioni, possiamo concludere che la tensione del circuito supera il valore corrente di un angolo di 90 gradi. Di seguito è riportato il diagramma dei fasori del circuito.

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Diagramma dei fasori del circuito capacitivo

Potenza in un circuito puramente capacitivo

Come accennato in precedenza, la fase di tensione ha un vantaggio sulla corrente di 90 gradi nel circuito. La potenza è data come moltiplicazione di tensione e corrente. Per i calcoli dei circuiti AC, vengono presi in considerazione i valori istantanei di tensione e corrente destinati al calcolo della potenza.

Quindi, la potenza per questo circuito può essere scritta come - P = Vm Sinωt*Im Peccato (ωt + π / 2)

Oppure P = (Vm * Im * Sinωt * Cosωt)

Oppure P = (Vm / √2) * (Im/ 2) * Sin2ωt

Oppure P = 0

Quindi dalle derivazioni, possiamo dire che la potenza media del circuito capacitivo è zero.

Circuito AC puro induttivo

 Se un circuito CA è costituito solo da un induttore puro, quel circuito sarà chiamato circuito CA induttivo puro. Non ci sono affatto resistori o condensatori sono coinvolti in questo tipo di circuito AC. Un tipico induttore è un dispositivo elettrico passivo che immagazzina energia elettrica nei campi magnetici. È un dispositivo a due terminali. L'induttanza è nota come effetto dell'induttore. L'induttanza ha un'unità: Henry(H). L'energia immagazzinata potrebbe anche essere restituita al circuito come corrente.

AC 3
Circuito induttivo puro

Supponiamo che la tensione della sorgente sia V; l'induttore ha un'induttanza di L, la corrente che scorre attraverso il circuito è I.

L'equazione seguente fornisce la tensione del circuito.

V = Vm Sinωt

La tensione indotta è data da - E = - L dI / dt

Così, V = - E

Oppure, V = - (- L dI / dt)

Oppure, Vm Sinωt = L dI / dt

Oppure, dI = (Vm / L) Sinωt dt

Ora, applicando l'integrazione su entrambi i lati, possiamo scrivere.

Oppure, ∫ dI = ∫ (Vm / L) Sinωt dt

Oppure, I = (Vm / ωL) * (- Cosωt)

Oppure, I = (Vm / ωL) sin (ωt - π / 2)

Oppure, I = (Vm / XL) sin (ωt - π / 2)

Qui, XL = L ed è noto come reattanza induttiva del circuito.

La corrente massima sarà osservata quando (ωt - π / 2) = 90o.

Così, la Im = Vm/XL

Diagramma dei fasori del circuito induttivo puro

Osservando le equazioni, possiamo concludere che la corrente del circuito supera il valore di tensione di un angolo di 90 gradi. Di seguito è riportato il diagramma dei fasori del circuito.

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Diagramma di fase per circuito induttivo

Potenza in un circuito puramente induttivo

Come accennato in precedenza, una fase corrente ha una sovratensione di 90 gradi nel circuito. La potenza è data come moltiplicazione di tensione e corrente. Per i circuiti CA, i valori istantanei di tensione e corrente sono presi in considerazione utilizzati per il calcolo della potenza.

Quindi, la potenza per questo circuito può essere scritta come - P = Vm Sinωt*Im Peccato (ωt - π / 2)

Oppure P = (Vm * Im * Sinωt * Cosωt)

Oppure P = (Vm / √2) * (Im/ 2) * Sin2ωt

Oppure P = 0

Quindi, dalle derivazioni, possiamo dire che la potenza media del circuito induttivo è zero.

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