Tipi di circuiti di corrente alterni, applicazioni, esempi

IL Circuiti di corrente alterni O Circuiti CA Sono costituiti da combinazioni di elementi resistenti, induttivi e capacitivi, combinati con una fonte di tensione alternativa, che di solito è sinusoidale.

Quando si applica la tensione, viene stabilita una corrente variabile per un breve periodo, chiamata corrente transitoria, che lascia il posto alla corrente stazionaria sinusoidale.

Un circuito di corrente alternata

La corrente sinusoidale ha valori che si alternano tra positivo e negativo, cambiando a intervalli regolari determinati da una frequenza precedentemente stabilita. La forma della corrente è espressa come:

I (t) = i_M Sen (ωt --φ)

Dove io_M È la corrente massima o l'ampiezza della corrente, ω è la frequenza, T È tempo e φ la differenza di fase. Le unità comunemente usate per la corrente sono gli amplificatori (a) e i suoi sottomulini, come il milliampperio e il microamperium.

Da parte sua, il tempo viene misurato in pochi secondi, poiché la frequenza sono l'Hertzios o Hertz, abbreviato Hz, mentre la differenza di fase è un angolo che di solito viene misurato nei radianti, sebbene a volte si verifichi in gradi. Né questi né i radianti sono considerati unità.

Simbolo usato per una fonte di tensione alternativa

Spesso la tensione alternativa è simboleggiata con l'onda all'interno del cerchio, per differenziarla dalla tensione diretta, simboleggiata dalle due linee disuguali e parallele.

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Tipi di circuiti di corrente alterni

Esistono molti tipi di circuiti di corrente alterni, che iniziano con i circuiti più semplici mostrati nella figura seguente. Da sinistra a destra hanno:

-Rispetto con resistenza r

-Circuito con bobina l

-Circuito con condensatore C.

Da sinistra a destra: circuito resistivo, induttivo e di capacità finale. Fonte: f. Zapata.

Circuito con elemento resistivo

Nel circuito con una resistenza R collegata a una fonte di tensione alternativa, la tensione di resistenza è V_R = V_M Sen ωt. Per OHM Law, che è valido anche per circuiti puramente resistivi di corrente alternata:

V_R = I_R∙ r

Pertanto la corrente massima i_M = V_M /R.

Sia la corrente che la tensione sono in fase, il che significa che raggiungono i loro valori massimi, così come 0, allo stesso tempo.

In un circuito di corrente alternato puramente resistivo, la corrente e la resistenza sono in fase. Fonte: f. Zapata.

Circuito di elementi induttivi

Nella bobina l, la tensione è V_L = V_M Sen ωt ed è correlato alla corrente nell'induttore attraverso l'equazione:

Integrazione:

Per le proprietà dei motivi trigonometrici, io_L È scritto in termini di sin ωt come:

Yo_L = I_M sin (ωt - ½ π)

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Quindi, la tensione e la corrente sono obsolete, quest'ultima ha ritardato ½ π = 90º rispetto alla tensione (la corrente inizia prima, essendo t = 0 s nel punto di partenza). Questo è visto nella figura seguente rispetto al sinusoide di i_L e quello di V_L:

Tensione e corrente alternate in un circuito di corrente alternante puramente induttivo. Fonte: f. Zapata.

Reattanza induttiva

La reattanza induttiva è definita come x_L = Ωl, aumenta frequentemente e ha dimensioni di resistenza, quindi, in analogia con la legge di Ohm:

V_L = I_L ∙ x_L

Circuito con elemento capacitivo

Per una casser C connessa a una sorgente di corrente alternata, è soddisfatto:

Q = C ∙ V_C = C ∙ V_M Sen ωt

La corrente nel condensatore sta derivando il carico rispetto al tempo:

Yo_C= ωc ∙ V_M cos ωt

Ma cos ωt = sin (ωt + ½ π), quindi:

Yo_C = Ωcv_M sin (ωt+ ½ π)

In questo caso, la corrente avanza alla tensione in ½ π, come si può vedere dal grafico.

Tensione e corrente nel circuito alternativo con elemento puramente capacitivo. Fonte: f. Zapata.

Reattanza capacitiva

La reattanza capacitiva può essere scritta x_C = 1/ωc, diminuisce con la frequenza e ha anche unità di resistenza, cioè ohm. In questo modo, la legge di Ohm è così:

V_C = X_C.Yo_C

Applicazioni

Michael Faraday (1791-1867) fu il primo a ottenere una corrente che cambiò periodicamente il suo significato, attraverso i suoi esperimenti di induzione, sebbene durante i primi giorni fu utilizzata solo la corrente diretta.

Alla fine del XIX secolo, si verificò la ben nota guerra delle correnti, tra Thomas a. Edison, difensore dell'uso della corrente continua e di George Westinghouse, sostenitore della corrente alternata. Finalmente questo è stato quello che ha vinto per economia, efficienza e facilità di trasmissione con lievi perdite.

Per questo motivo fino ad oggi, la corrente che viene a casa e industrie sta alternando la corrente, sebbene l'uso della corrente continua non sia mai completamente scomparsa.

La corrente alternata viene utilizzata per quasi tutto e in molte applicazioni, il costante cambiamento di direzione della corrente alternata non è rilevante, come lampadine, ferro o corno di cottura, poiché il riscaldamento dell'elemento resistivo non dipende dal direzione del movimento dei carichi.

D'altra parte, il fatto che le attuali cambi significano con una certa frequenza è il fondamento dei motori elettrici e varie applicazioni più specifiche, come le seguenti:

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Circuiti di Pelfming

I circuiti che consistono in una fonte alternativa collegati a una resistenza e un condensatore seriale sono noti come circuiti delle serie RC e sono usati per eliminare le attività indesiderate in un altro circuito o anche aggiungere un effetto speciale a questo.

Servono anche come divisori di tensione e per sintonizzarsi nelle stazioni radio (vedere l'esempio 1 nella sezione successiva).

Circuiti di tipo ponte

I circuiti del ponte alimentati con corrente alternata possono essere utilizzati per misurare la capacità o l'induttanza, allo stesso modo in cui viene utilizzato il ponte di Wheatstone, un circuito ben noto a corrente continua in grado di misurare il valore di una resistenza sconosciuta.

Esempi di circuiti di corrente alternata

Nelle sezioni precedenti, sono stati descritti i circuiti di corrente alterni più semplici, sebbene ovviamente gli elementi di base sopra descritti, così come altri un po 'più complessi come diodi, amplificatori e transistor, per citarne alcuni, possono essere combinati per ottenere vari effetti.

Esempio 1: circuito RLC

Uno dei circuiti più comuni in AC È quello che include una resistenza R, una bobina o un induttore L e un condensatore o una serie di condensatore C con una sorgente di corrente alternata.

Circuito RLC in serie alimentato con una sorgente di corrente alternata. Fonte: f. Zapata.

I circuiti della serie RLC rispondono in particolare alla frequenza della fonte alternativa con cui vengono alimentati. Ecco perché una delle applicazioni più interessanti è come i circuiti sintonizzati radio.

Un segnale radio genera frequentemente una corrente con la stessa frequenza in un circuito appositamente progettato per fungere da ricevitore e l'ampiezza di questa corrente è massima se il ricevitore è sintonizzato con quella frequenza, attraverso un effetto chiamato risonanza.

Il circuito di ricezione funge da sintonizzatore perché è progettato in modo che i segnali di frequenze indesiderate generino correnti molto piccole, che non vengono rilevate dagli altoparlanti radio e quindi non sono udibili. D'altra parte, alla frequenza di risonanza, l'ampiezza della corrente raggiunge un massimo e quindi il segnale è chiaramente ascoltato.

La frequenza di risonanza si verifica quando le reattanze induttive e capacitive del circuito sono equalizzate:

X_L = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/LC

Si dice che la stazione radio con il segnale di frequenza ω sia "sintonizzata" e i valori di L e C sono scelti per quella determinata frequenza.

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Esempio 2: circuito RLC in parallelo

I circuiti RLC in parallelo hanno anche alcune risposte in base alla frequenza della sorgente, che dipende dalla reattanza di ciascuno degli elementi, definita come la ragione tra la tensione e la corrente.

Circuito RLC in parallelo collegato a una sorgente di corrente alternata. Fonte: f. Zapata.

Esercizio risolto

Nel circuito LRC nella serie 1 della sezione precedente, la resistenza vale 200 ohm, induttanza 0.4 h e il condensatore è 6 μf. Da parte sua, l'alimentazione è una tensione di ampiezza alternativa pari a 30 V, spesso 250 rad/s. Viene chiesto di trovare:

a) Le reattanze di ciascun elemento

b) il valore del modulo di impedenza del circuito.

c) l'ampiezza della corrente

Soluzione a

Le rispettive reattanze sono calcolate con le formule:

X_C = 1/ωc = 1/(250 rad/s x 6 x10^-6 F) = 666,67 ohm

X_L = Ωl = 250 rad/s x 0.4 h = 100 ohm

E la reattanza di resistenza è equivalente al suo valore in OHM:

X_R = R = 200 ohm

Soluzione b

L'impedenza Z è definita come la ragione tra la tensione e la corrente nel circuito, in serie o in parallelo:

Z = v_M / Yo_M

L'impedenza è misurata negli ohm, nonché una resistenza o una reattanza, ma si riferisce all'opposizione al passaggio della corrente di induttanze e condensatori, considerando che oltre ai loro effetti particolari, come il ritardo o l'avanzamento della tensione, anche loro, loro avere una certa resistenza interna.

Si può dimostrare che per il circuito della serie RLC, il modulo di impedenza è dato da:

Quando si valutano i valori indicati nell'istruzione, si ottiene:

Soluzione c

Di:

Z = v_M / Yo_M

Deve;

Yo_M = V_M / Z = 30V / 601 ohm = 0.05 a.

Temi di interesse

Differenze tra corrente alternata e corrente

Riferimenti

1. Alexander, c. 2006. Fondazioni di circuiti elettrici. 3 °. Edizione. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Introduzione all'analisi del circuito.2 °. Edizione. Pearson.
3. Figueroa, d. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volume 6. Elettromagnetismo. A cura di Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Fisica universitaria con fisica moderna. 14 °. Ed. Volume 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 1. 7 °. Ed. Apprendimento del Cengage.