Was ist Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) und seine Anwendungen?

Was ist Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) und seine Anwendungen?

Sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom beschreiben die beiden Arten des Stromflusses in einem Stromkreis. Bei Gleichstrom fließt die elektrische Ladung oder der Strom in eine Richtung. Im Wechselstrom ändert die elektrische Ladung periodisch die Richtung. Die Spannung in Wechselstromkreisen kehrt sich manchmal auch um, weil der Strom die Richtung ändert. Der größte Teil der digitalen Elektronik dass Sie mit DC erstellen. Einige AC-Konzepte sind jedoch leicht zu verstehen. Die meisten Häuser sind für Wechselstrom verkabelt. Wenn Sie also Ihr Tardis-Melodie-Box-Projekt an eine Steckdose anschließen möchten, müssen Sie dies tun Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln . Wechselstrom hat auch einige nützliche Eigenschaften, wie die Möglichkeit, die Spannungspegel mit einer einzelnen Komponente wie einem Transformator umzuwandeln, weshalb wir zunächst Wechselstrommittel wählen müssen, um Elektrizität über große Entfernungen zu übertragen.

Was ist Wechselstrom?

Wechselstrom bedeutet den Ladungsfluss, der die Richtung periodisch ändert. Infolgedessen kehrt sich der Spannungspegel zusammen mit dem Strom um. Wechselstrom wird zur Stromversorgung von Häusern, Gebäuden, Büros usw. verwendet.




Wechselstrom erzeugen

Wechselstrom kann unter Verwendung eines Geräts erzeugt werden, das als Lichtmaschine bezeichnet wird. Dieses Gerät ist eine spezielle Art von elektrischer Generator ausgelegt zur Erzeugung von Wechselstrom.



Wechselstrom erzeugen

Wechselstrom erzeugen

Eine Drahtschleife wird innerhalb eines Magnetfeldes gedreht, das einen Strom entlang des Drahtes induziert. Die Drehung des Drahtes kommt von verschiedenen Ressourcen wie einer Dampfturbine, einer Windkraftanlage, fließendem Wasser und so weiter. Da sich der Draht dreht und periodisch in eine andere magnetische Polarität eintritt, wechseln sich Spannung und Strom am Draht ab. Hier ist eine kleine Animation, die dieses Prinzip zeigt:



Um Wechselstrom in einer Reihe von Wasserleitungen zu erzeugen, verbinden wir die mechanischen Eigenschaften eines Kolbens, der Wasser in den Leitungen hin und her bewegt (unser „Wechselstrom“).

Wellenformen

Wechselstrom kann in mehreren Wellenformen auftreten, solange sich Strom und Spannung abwechseln. Wenn wir ein Oszilloskop an einen Stromkreis mit Wechselstrom anschließen und dessen Spannung aufzeichnen, sehen wir über einen langen Zeitraum möglicherweise eine Reihe verschiedener Wellenformen. Die Sinuswelle ist die häufigste Art von Wechselstrom. Der Wechselstrom in den meisten Haushalten und Büros hat eine oszillierende Spannung, die eine Sinuswelle erzeugt.


Sinus

Sinus



Andere Formen von Wechselstrom umfassen die Rechteckwelle und die Dreieckswelle. Rechteckwellen werden häufig in der Digital- und Schaltelektronik eingesetzt und testen auch deren Funktion.

Rechteckschwingung

Rechteckschwingung

Dreieckswellen sind nützlich zum Testen linearer Elektronik wie Verstärker.

Dreieckwelle

Dreieckwelle

Beschreibung einer Sinuswelle

Wir müssen eine Wechselstromwellenform oft mathematisch beschreiben. In diesem Beispiel verwenden wir die gemeinsame Sinuswelle. Es gibt drei Teile einer Sinuswelle: Frequenz, Amplitude und Phase.

Wenn wir nur die Spannung betrachten, können wir eine mathematische Gleichung der Sinuswelle beschreiben:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) ist unsere Spannung als Funktion der Zeit, was bedeutet, dass sich unsere Spannung ändert, wenn sich die Zeit ändert.

VP ist die Amplitude. Dies beschreibt die maximale Spannung, die unsere Sinuswelle in beide Richtungen erreichen kann. Dies bedeutet, dass unsere Spannung + VP Volt, -VP Volt betragen kann.

Die Funktion sin () zeigt an, dass unsere Spannung in Form einer periodischen Sinuswelle vorliegt, bei der es sich um eine gleichmäßige Schwingung um 0 V handelt.

2π ist eine Konstante, die die Frequenz von Zyklen oder in Hertz in Winkelfrequenz (Bogenmaß pro Sekunde) umwandelt.

f gibt die Frequenz der Sinuswelle an. Dies wird in Form von Hertz oder Einheiten pro Sekunde angegeben.

t ist unsere abhängige Variable: Zeit (gemessen in Sekunden). Wenn sich die Zeit ändert, ändert sich unsere Wellenform.

φ beschreibt die Phase der Sinuswelle. Die Phase ist ein Maß dafür, wie verschoben die Wellenform in Bezug auf die Zeit ist. Es wird oft als Zahl zwischen 0 und 360 angegeben und in Grad gemessen. Aufgrund der periodischen Natur der Sinuswelle wird die Wellenform, wenn sie um 360 ° verschoben wird, wieder dieselbe Wellenform, als ob sie um 0 ° verschoben wäre. Der Einfachheit halber nehmen wir für den Rest dieses Tutorials an, dass die Phase 0 ° beträgt.

Wir können uns an unsere vertrauenswürdige Steckdose wenden, um ein gutes Beispiel für die Funktionsweise einer Wechselstromwellenform zu erhalten. In den Vereinigten Staaten wird unser Haus mit Wechselstrom mit etwa 170 V Null-Spitze (Amplitude) und 60 Hz (Frequenz) versorgt. Wir können diese Zahlen in unsere Formel einfügen, um die Gleichung zu erhalten

V (t) = 170 sin (2 & pgr; 60 t)

Wir können unseren handlichen Grafikrechner verwenden, um diese Gleichung grafisch darzustellen. Wenn kein Grafikrechner verfügbar ist, können wir ein kostenloses Online-Grafikprogramm wie Desmos verwenden.

Grafikrechner

Anwendungen

Heim- und Bürosteckdosen werden fast immer in Wechselstrom verwendet. Dies liegt daran, dass das Erzeugen und Transportieren von Wechselstrom über große Entfernungen relativ einfach ist. Bei hohen Spannungen wie über 110 kV geht bei der Übertragung elektrischer Energie weniger Energie verloren. Höhere Spannungen bedeuten niedrigere Ströme, und niedrigere Ströme bedeuten weniger Wärme, die aufgrund des Widerstands in der Stromleitung erzeugt wird. Wechselstrom kann mit Transformatoren leicht aus hohen Spannungen umgewandelt werden.

AC ist auch in der Lage Elektromotoren antreiben . Motoren und Generatoren sind genau das gleiche Gerät, aber Motoren konvertieren elektrische Energie in mechanische Energie. Dies ist nützlich für viele Großgeräte wie Kühlschränke, Geschirrspüler usw., die mit Wechselstrom betrieben werden.

Was ist Gleichstrom?

Gleichstrom bedeutet den unidirektionalen Fluss elektrischer Ladung. Es wird aus Quellen wie Batterien, Netzteilen, Solarzellen, Thermoelementen oder Dynamos hergestellt. Gleichstrom kann in einem Leiter wie einem Draht fließen, kann aber auch durch Isolatoren, Halbleiter oder Vakuum fließen, wie in Elektronen- oder Ionenstrahlen.

Gleichstrom erzeugen

DC kann auf verschiedene Arten erzeugt werden

  • Ein Wechselstromgenerator, der mit einem als 'Kommutator' bezeichneten Gerät hergestellt wurde, kann Gleichstrom erzeugen
  • Eine AC / DC-Umwandlung eines Geräts, das als 'Gleichrichter' bezeichnet wird.
  • Batterien liefern Gleichstrom, der durch eine chemische Reaktion im Inneren der Batterie erzeugt wird

Bei erneuter Verwendung unserer Wasseranalogie ähnelt DC einem Wassertank mit einem Schlauch am Ende.

Gleichstrom erzeugen

Gleichstrom erzeugen

Der Tank kann Wasser nur in eine Richtung drücken: aus dem Schlauch. Ähnlich wie bei unserer DC-produzierenden Batterie fließt nach dem Entleeren des Tanks kein Wasser mehr durch die Rohre.

DC beschreiben

DC ist definiert als der 'unidirektionale' Stromfluss und der Strom fließt nur in eine Richtung. Spannung und Strom können über lange Zeit variieren, sodass sich die Durchflussrichtung nicht ändert. Zur Vereinfachung nehmen wir an, dass die Spannung eine Konstante ist. Zum Beispiel liefert eine Batterie 1,5 V, was in der mathematischen Gleichung wie folgt beschrieben werden kann:

V (t) = 1,5 V.

Wenn wir dies über die Zeit zeichnen, sehen wir eine konstante Spannung

Handlung von DC

Handlung von DC

Das obige Diagramm bedeutet, dass wir uns auf die meisten Gleichstromquellen verlassen können, um über die Zeit eine konstante Spannung bereitzustellen. Tatsächlich entlädt sich eine Batterie langsam, was bedeutet, dass die Spannung bei Verwendung der Batterie abfällt. Für die meisten Zwecke können wir davon ausgehen, dass die Spannung konstant ist.

Anwendungen

Alle Elektronikprojekte und Teile zum Verkauf auf SparkFun laufen auf DC. Alles, was aus einer Batterie herausläuft, mit einem Netzteil an die Wand angeschlossen oder mit einem USB-Kabel mit Strom versorgt wird, ist auf Gleichstrom angewiesen. Beispiele für Gleichstromelektronik sind:

  • Handys
  • Taschenlampen .
  • Der LilyPad-basierte D & D Dice Gauntlet
  • Flachbildfernseher (Wechselstrom fließt in den Fernseher, der in Gleichstrom umgewandelt wird)
  • Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Hier geht es also um Wechselstrom, Gleichstrom und seine Anwendungen. Wir hoffen, dass Sie dieses Konzept besser verstehen. Darüber hinaus bestehen Zweifel an diesem oder einem anderen Konzept elektrische und elektronische Projekte Bitte geben Sie Ihre wertvollen Vorschläge, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, Was ist der Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom? ?

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