NộI Dung
Khi các nhà máy điện cung cấp điện cho các tòa nhà và hộ gia đình, họ ở trên một khoảng cách dài dưới dạng dòng điện trực tiếp (DC). Nhưng các thiết bị gia dụng và điện tử thường dựa vào dòng điện xoay chiều (AC).
Chuyển đổi giữa hai dạng có thể cho bạn thấy điện trở của các dạng điện khác nhau như thế nào và chúng được sử dụng như thế nào trong các ứng dụng thực tế. Bạn có thể đưa ra các phương trình DC và AC để mô tả sự khác biệt về điện trở DC và AC.
Trong khi nguồn DC chạy theo một hướng trong mạch điện, dòng điện từ các nguồn điện xoay chiều xen kẽ giữa các hướng thuận và ngược theo các khoảng đều đặn. Điều chế này mô tả cách AC thay đổi và có dạng sóng hình sin.
Sự khác biệt này cũng có nghĩa là bạn có thể mô tả nguồn điện xoay chiều với một chiều thời gian mà bạn có thể chuyển đổi thành kích thước không gian để cho bạn thấy điện áp thay đổi như thế nào trên các khu vực khác nhau của chính mạch. Sử dụng các phần tử mạch cơ bản với nguồn điện xoay chiều, bạn có thể mô tả điện trở theo toán học.
Điện trở DC so với AC
Đối với mạch điện xoay chiều, hãy xử lý nguồn điện bằng cách sử dụng sóng hình sin cùng với Định luật Ohm, V = IR cho điện áp V, hiện hành Tôi và kháng chiến R, nhưng sử dụng trở kháng Z thay vì R.
Bạn có thể xác định điện trở của mạch điện xoay chiều giống như cách bạn làm đối với mạch điện một chiều: bằng cách chia điện áp cho dòng điện. Trong trường hợp của mạch điện xoay chiều, điện trở được gọi là trở kháng và có thể có các dạng khác cho các phần tử mạch khác nhau như điện trở cảm ứng và điện trở, đo điện trở của cuộn cảm và tụ điện, tương ứng. Cuộn cảm tạo ra từ trường để lưu trữ năng lượng để đáp ứng với dòng điện trong khi tụ điện tích điện trong mạch.
Bạn có thể biểu diễn dòng điện qua điện trở AC Tôi = tôim x sin (ωt +) cho giá trị tối đa của hiện tại Tôi đang, như sự lệch pha θ, tần số góc của mạch ω và thời gian t. Độ lệch pha là phép đo góc của sóng hình sin cho thấy dòng điện lệch pha với điện áp như thế nào. Nếu dòng điện và điện áp cùng pha với nhau thì góc pha sẽ là 0 °.
Tần số là một hàm của bao nhiêu sóng hình sin đã truyền qua một điểm sau một giây. Tần số góc là tần số này nhân với 2π để tính đến tính chất xuyên tâm của nguồn điện. Nhân phương trình này cho dòng điện bằng điện trở để có được điện áp. Điện áp có dạng tương tự Vm x sin (ωt) đối với điện áp tối đa V. Điều này có nghĩa là bạn có thể tính trở kháng AC là kết quả của việc chia điện áp cho dòng điện, nên là Vm tội lỗi (ωt) / Tôim tội lỗi (ωt +) .
Trở kháng AC với các phần tử mạch khác như cuộn cảm và tụ điện sử dụng các phương trình Z = √ (R2 + XL2), Z = √ (R2 + XC2) và Z = √ (R2 + (XL- XC)2 cho điện trở quy nạp XL, điện trở XC để tìm trở kháng AC Z. Điều này cho phép bạn đo trở kháng trên các cuộn cảm và tụ điện trong mạch điện xoay chiều. Bạn cũng có thể sử dụng các phương trình XL = 2πfL và XC = 1 / 2πfC để so sánh các giá trị điện trở này với độ tự cảm L và điện dung C cho điện cảm ở Henries và điện dung trong Farads.
Phương trình mạch DC so với AC
Mặc dù các phương trình cho mạch AC và DC có các dạng khác nhau, cả hai đều phụ thuộc vào cùng một nguyên tắc. Một hướng dẫn mạch DC so với AC có thể chứng minh điều này. Mạch DC có tần số bằng 0 bởi vì, nếu bạn quan sát nguồn điện cho mạch DC sẽ không hiển thị bất kỳ loại dạng sóng hoặc góc nào mà bạn có thể đo được bao nhiêu sóng sẽ đi qua một điểm nhất định. Mạch điện xoay chiều cho thấy các sóng này với các đỉnh, đáy và biên độ cho phép bạn sử dụng tần số để mô tả chúng.
Một so sánh phương trình DC so với mạch có thể cho thấy các biểu thức khác nhau về điện áp, dòng điện và điện trở, nhưng các lý thuyết cơ bản chi phối các phương trình này là như nhau. Sự khác biệt trong phương trình mạch DC so với AC xuất phát từ bản chất của chính các phần tử mạch.
Bạn sử dụng luật Ohms V = IR trong cả hai trường hợp, và bạn tổng hợp dòng điện, điện áp và điện trở trên các loại mạch khác nhau theo cùng một cách cho cả hai mạch DC và AC. Điều này có nghĩa là tổng các giọt điện áp xung quanh một vòng kín bằng 0 và tính toán dòng điện đi vào từng nút hoặc điểm trên một mạch điện bằng với dòng điện rời, nhưng, đối với các mạch điện xoay chiều, bạn sử dụng các vectơ.
Hướng dẫn về mạch DC và AC
Nếu bạn có mạch RLC song song, nghĩa là mạch điện xoay chiều có điện trở, cuộn cảm (L) và tụ điện được bố trí song song với nhau và song song với nguồn điện, bạn sẽ tính toán dòng điện, điện áp và điện trở (hoặc, trong trường hợp này, trở kháng) giống như cách bạn làm đối với mạch DC.
Tổng dòng điện từ nguồn nên bằng vectơ tổng dòng điện chạy qua mỗi ba nhánh. Tổng vectơ có nghĩa là bình phương giá trị của mỗi dòng điện và tính tổng chúng để có được TôiS2 = TôiR2 + (TôiL - TÔIC)2 để cung cấp hiện tại TôiS, dòng điện trở TôiR, dòng điện dẫn TôiL và tụ điện hiện tại TôiC. Điều này trái ngược với phiên bản mạch DC của tình huống sẽ xảy ra TôiS = TôiR + TôiL + TôiC.
Do điện áp rơi trên các nhánh không đổi trong các mạch song song, chúng ta có thể tính toán các điện áp trên mỗi nhánh trong mạch RLC song song như R = V / tôiR, XL = V / tôiL và XC = V / tôiC. Điều này có nghĩa là, bạn có thể tổng hợp các giá trị này bằng một trong các phương trình ban đầu Z = √ (R2 + (XL- XC)2 để có được 1 / Z = √ (1 / R)2 + (1 / XL - 1 / XC)2. Giá trị này 1 / Z còn được gọi là nhận vào mạch điện xoay chiều. Ngược lại, điện áp rơi trên các nhánh của mạch tương ứng với nguồn điện một chiều sẽ bằng với nguồn điện áp của nguồn cung cấp V.
Đối với mạch RLC nối tiếp, mạch điện xoay chiều có điện trở, cuộn cảm và tụ điện được sắp xếp nối tiếp, bạn có thể sử dụng các phương pháp tương tự. Bạn có thể tính toán điện áp, dòng điện và điện trở bằng cách sử dụng cùng các nguyên tắc thiết lập dòng vào và rời các nút và điểm bằng nhau trong khi tính tổng các điện áp rơi trên các vòng kín bằng 0.
Dòng điện qua mạch sẽ bằng nhau trên tất cả các phần tử và được cung cấp bởi dòng điện cho nguồn AC Tôi = tôim x sin (ωt). Mặt khác, điện áp có thể được tổng hợp xung quanh vòng lặp như VS - VR - VL - VC = 0 cho VR cho điện áp cung cấp VS, điện áp VR, điện áp cuộn cảm VL và tụ điện VC.
Đối với mạch DC tương ứng, dòng điện đơn giản sẽ là V / R như được đưa ra bởi Luật Ohms, và điện áp cũng sẽ VS - VR - VL - VC = 0 cho mỗi thành phần trong chuỗi. Sự khác biệt giữa các kịch bản DC và AC là trong khi, đối với DC, bạn có thể đo điện áp như là IR, điện áp cuộn cảm như LdI / dt và tụ điện như QC (tính phí C và điện dung Q), điện áp cho mạch điện xoay chiều sẽ là VR = IR, VL = IXLtội lỗi (ωt + 90_ °) và VC = _IXCtội lỗi (tt - 90°). Điều này cho thấy các mạch AC RLC có một cuộn cảm phía trước nguồn điện áp 90 ° và tụ điện phía sau 90 °.