Che cos'è la corrente alternata (CA) e la corrente continua (CC) e le sue applicazioni

Che cos'è la corrente alternata (CA) e la corrente continua (CC) e le sue applicazioni

Sia la corrente alternata che la corrente continua descrivono i due tipi di flusso di corrente in un circuito. In corrente continua, la carica elettrica o corrente scorre in una direzione. In corrente alternata, la carica elettrica cambia periodicamente direzione. Anche la tensione nei circuiti CA a volte si inverte perché la corrente cambia direzione. La maggior parte dell'elettronica digitale che costruisci utilizzando DC. Tuttavia, è facile capire alcuni concetti AC. La maggior parte delle case è cablata per l'aria condizionata, quindi se la tua idea di collegare il tuo progetto di melodia Tardis a una presa, dovrai convertire AC in DC . L'AC ha anche alcune proprietà utili, come quella di poter convertire i livelli di tensione con un singolo componente come un trasformatore, motivo per cui inizialmente dobbiamo scegliere mezzi AC per trasmettere elettricità su lunghe distanze.

Cos'è la corrente alternata (CA)

Per corrente alternata si intende il flusso di carica che cambia periodicamente direzione. Di conseguenza, anche il livello di tensione si inverte insieme alla corrente. La corrente alternata viene utilizzata per fornire alimentazione a case, edifici, uffici, ecc.




Generazione di AC

AC può essere prodotto utilizzando un dispositivo chiamato come alternatore. Questo dispositivo è un tipo speciale di generatore elettrico progettato per produrre corrente alternata.



Generazione di corrente alternata

Generazione di AC

Un anello di filo viene ruotato all'interno di un campo magnetico, che induce una corrente lungo il filo. La rotazione del filo proviene da diverse risorse come una turbina a vapore, una turbina eolica, acqua corrente e così via. Poiché il filo gira ed entra periodicamente in una diversa polarità magnetica, la tensione e la corrente si alternano sul filo. Ecco una piccola animazione che mostra questo principio:



Per generare AC in un insieme di tubi dell'acqua, colleghiamo le caratteristiche meccaniche di un pistone che muove l'acqua nei tubi avanti e indietro (la nostra corrente 'alternata').

Forme d'onda

L'AC può presentarsi in una serie di forme d'onda, purché la corrente e la tensione si alternino. Se colleghiamo un oscilloscopio a un circuito con CA e tracciamo la sua tensione, per un lungo periodo potremmo vedere un numero di forme d'onda diverse. L'onda sinusoidale è il tipo più comune di AC. L'AC nella maggior parte delle case e degli uffici ha una tensione oscillante che produce un'onda sinusoidale.


Onda sinusoidale

Onda sinusoidale



Altre forme di AC includono l'onda quadra e l'onda triangolare. Le onde quadre sono spesso utilizzate nell'elettronica digitale e di commutazione e testano anche il loro funzionamento.

Onda quadra

Onda quadra

Le onde triangolari sono utili per testare l'elettronica lineare come gli amplificatori.

Onda triangolare

Onda triangolare

Descrivere un'onda sinusoidale

Spesso abbiamo bisogno di descrivere una forma d'onda CA in termini matematici. Per questo esempio, useremo l'onda sinusoidale comune. Ci sono tre parti di un'onda sinusoidale: frequenza, ampiezza e fase.

Guardando solo la tensione, possiamo descrivere un'equazione matematica dell'onda sinusoidale:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) è la nostra tensione in funzione del tempo, il che significa che la nostra tensione cambia al variare del tempo.

VP è l'ampiezza. Questo descrive la tensione massima che la nostra onda sinusoidale può raggiungere in entrambe le direzioni, significa che la nostra tensione può essere + VP volt, -VP volt.

La funzione sin () indica che la nostra tensione sarà sotto forma di un'onda sinusoidale periodica, che è un'oscillazione regolare intorno a 0V.

2π è una costante che converte la frequenza da cicli o in hertz in frequenza angolare (radianti al secondo).

f indica la frequenza dell'onda sinusoidale. Questo è dato sotto forma di hertz o unità al secondo.

t è la nostra variabile dipendente: il tempo (misurato in secondi). Al variare del tempo, la nostra forma d'onda varia.

φ descrive la fase dell'onda sinusoidale. La fase è una misura di quanto è spostata la forma d'onda rispetto al tempo. È spesso dato come un numero compreso tra 0 e 360 ​​e misurato in gradi. A causa della natura periodica dell'onda sinusoidale, se la forma d'onda viene spostata di 360 °, diventa di nuovo la stessa forma d'onda, come se fosse spostata di 0 °. Per semplicità, assumiamo che la fase sia 0 ° per il resto di questo tutorial.

Possiamo rivolgerci al nostro fidato punto vendita per un buon esempio di come funziona una forma d'onda CA. Negli Stati Uniti, l'alimentazione fornita alle nostre case è CA con circa 170 V da zero a picco (ampiezza) e 60 Hz (frequenza). Possiamo inserire questi numeri nella nostra formula per ottenere l'equazione

V (t) = 170 sin (2π60t)

Possiamo usare il nostro pratico calcolatore grafico per rappresentare graficamente questa equazione. Se non è disponibile una calcolatrice grafica, possiamo utilizzare un programma grafico online gratuito come Desmos.

calcolatrice grafica

Applicazioni

I punti vendita di casa e ufficio sono quasi sempre utilizzati in AC. Questo perché generare e trasportare AC su lunghe distanze e relativamente facile. Ad alte tensioni come oltre 110kV, viene persa meno energia nella trasmissione di energia elettrica. Tensioni più elevate significano correnti inferiori e correnti inferiori significano meno calore generato nella linea di alimentazione a causa della resistenza. La CA può essere facilmente convertita da alte tensioni utilizzando trasformatori.

AC è anche in grado di alimentare motori elettrici . Motori e generatori sono esattamente lo stesso dispositivo, ma i motori si convertono energia elettrica in energia meccanica. Questo è utile per molti grandi elettrodomestici come frigoriferi, lavastoviglie e così via, che funzionano con AC.

Cos'è la corrente continua (CC)

Per corrente continua si intende il flusso unidirezionale di carica elettrica. È prodotto da fonti come batterie, alimentatori, celle solari, termocoppie o dinamo. La corrente continua può fluire in un conduttore come un filo, ma può anche fluire attraverso isolanti, semiconduttori o vuoto come nei fasci di elettroni o di ioni.

Generazione di DC

La DC può essere generata in diversi modi

  • Un generatore AC preparato con un dispositivo chiamato 'commutatore' può produrre corrente continua
  • Una conversione da CA a CC di un dispositivo chiamato 'raddrizzatore'
  • Le batterie forniscono CC, che è generata da una reazione chimica all'interno della batteria

Usando ancora la nostra analogia con l'acqua, DC è simile a un serbatoio d'acqua con un tubo alla fine.

Generazione di corrente continua (CC)

Generazione di DC

Il serbatoio può spingere l'acqua solo in un modo: fuori dal tubo. Simile alla nostra batteria che produce corrente continua, una volta che il serbatoio è vuoto, l'acqua non scorre più attraverso i tubi.

Descrivere DC

La corrente continua è definita come il flusso di corrente 'unidirezionale' e la corrente scorre in una sola direzione. La tensione e la corrente possono variare nel tempo, quindi la direzione del flusso non cambia. Per semplificare le cose, assumeremo che la tensione sia una costante. Ad esempio, una batteria fornisce 1,5 V, che può essere descritto nell'equazione matematica come:

V (t) = 1,5 V.

Se lo tracciamo nel tempo, vediamo una tensione costante

Trama di DC

Trama di DC

Il grafico sopra significa che possiamo contare sulla maggior parte delle sorgenti DC per fornire una tensione costante nel tempo. In realtà, una batteria si scaricherà lentamente, il che significa che la tensione diminuirà man mano che la batteria viene utilizzata. Per la maggior parte degli scopi, possiamo supporre che la tensione sia costante.

Applicazioni

Tutti progetti di elettronica e le parti in vendita su SparkFun funzionano su DC. Tutto ciò che funziona a batteria, si collega al muro con un adattatore CA o utilizza un cavo USB per l'alimentazione si basa sulla CC. Esempi di elettronica CC includono:

  • Telefono cellulare
  • Torce elettriche
  • Il D&D Dice Gauntlet basato su LilyPad
  • TV a schermo piatto (AC entra nella TV, che viene convertita in DC)
  • Veicoli ibridi ed elettrici

Quindi, si tratta di ciò che è una corrente alternata, corrente continua e le sue applicazioni. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, eventuali dubbi su questo concetto o altro progetti elettrici ed elettronici , per favore dai i tuoi preziosi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la differenza tra corrente alternata e corrente continua ?

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