ΒΡΕΙΤΕ ΜΑΣ ΣΤΟ FACΕBOOK (Ηλεκτρολογικές Ενημερώσεις) ΚΑΙ ΚΑΝΤΕ LIKE

Πέμπτη, 3 Δεκεμβρίου 2015

ΣΥΝΕΧΕΣ ΚΑΙ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ



Το συνεχές ρεύμα (Direct current) είναι μια μορφή ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει γύρω από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα προς μια ορισμένη κατεύθυνση.
Γενικά τα συνεχή ρεύματα ή τάσεις παράγονται από τροφοδοτικά, μπαταρίες, γεννήτριες, φωτοβολταικά κ.λ.π.
Ένα συνεχές ρεύμα ή τάση
έχει ένα συγκεκριμένο μέγεθος και κατεύθυνση που τα χαρακτηρίζει.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα (alternating current) αναφέρεται σε μια κυματομορφή που μεταβάλλεται με το χρόνο, με την πιο κοινή να είναι η ημιτονοειδής κυματομορφή. Μεταβάλλεται και στο μέγεθος και στην κατεύθυνση με ένα ομαλό τρόπο ως προς το χρόνο.
Η κυματομορφή του αλλάζει συνεχώς την πολικότητά της σε κάθε μισό κύκλο, από μια μέγιστη θετική τιμή σε μια ελάχιστη αρνητική τιμή με την πάροδο του χρόνου.
Τέτοια τάση έχουμε στο ηλεκτρικό ρεύμα του σπιτιού μας



1. ΣΥΝΕΧΕΣ:
  ΟΤΑΝ Η ΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΕΧΕΙ ΣΤΑΘΕΡΗ ΦΟΡΑ

2. ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ:

  ΟΤΑΝ Η ΦΟΡΑ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΜΕΤΑΒΑΛΛΕΤΑΙ ΜΕ ΤΟ ΧΡΟΝΟ


 Δείτε την πολύ έξυπνη προσομοίωση των ηλεκτρονίων στο συνεχές και στο εναλλασσόμενο ρεύμα: http://www.garyfallidou.org/gr_electricity.html

Το εναλλασσόμενο ρεύμα εκτός από την ημιτονοειδή του μορφή μπορεί να έχει τετραγωνική ή τριγωνική 

Ημιτονοειδής κυματομορφή

Η πιο συνηθισμένη
AC είναι η ημιτονοειδής κυματομορφή η οποία παράγεται από όλες τις περιστρεφόμενες μηχανές.

 Η ημιτονοειδής κυματομορφή περιλαμβάνει  συνολικά 360
ο. Φτάνει τη μέγιστη θετική τιμή στις 90ο,  επιστρέφει στα 0V στις 180ο,  αυξάνει μέχρι τη μέγιστη αρνητική τιμή στις 270ο,
και επιστρέφει στα 0
V στις 360ο.

Κάθε πλήρες κύμα 360
ο λέγεται περίοδος Τ., και ο αριθμός των περιόδων ανά δευτερόλεπτο λέγεται συχνότητα f η οποία μετριέται σε Hertz.
Η συχνότητα του δικτύου στην Ευρώπη είναι 50Hz, ενώ σε Αμερική και Καναδά είναι 60Hz

Η παρακάτω σχέση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της στιγμιαίας τιμής μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής σε ένα ορισμένο σημείο

Vi=Vo*ημφ

Όπου Vi: η τάση σε ποιοδήποτε σημείο της κυματομορφής
Vo ή Vp ή Vmax: η μέγιστη τιμή της τάσης (τιμή κορυφής)
ημφ: το ημίτονο της γωνίας περιστροφής



Τιμή κορυφής Vp (peak) και τιμή μεταξύ κορυφών Vp-p (peak to peak)

Η τιμή μεταξύ κορυφών Vp-p (peak to peak) μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής μετράται από τη μέγιστη θετική μέχρι τη μέγιστη αρνητική τιμή. Η μέτρηση αυτή είναι η απλούστερη που μπορούμε να κάνουμε με ένα παλμογράφο.

Η τιμή κορυφής Vp (peak) μετράται από το μηδέν μέχρι τη μέγιστη θετική ή αρνητική τιμή και αποτελεί τη μισή από την Vp-p (peak to peak)


Τιμή Rms (ενεργός τιμή)

Στο παρακάτω σχήμα έχουμε μια μπαταρία 100
V συνδεδεμένη με μια  ωμική αντίσταση 100Ωμ.
Το διερχόμενο ρεύμα θα είναι I=V/R=100/100=1A
και η ισχύς θερμικών απωλειών πάνω στην αντίσταση P=V2/R=1002/100=100W

Ταυτόχρονα έχουμε έναν εναλλακτήρα που παράγει τάση κορυφής 100
V, συνδεδεμένο σε μια ωμική αντίσταση 100Ωμ.
Το διερχόμενο από το κύκλωμα ρεύμα έχει τιμή κορυφής
I=V/R=100/100=1A, αλλά η θερμική ισχύς απωλειών πάνω στην αντίσταση θα είναι μόλις 50W  
  

Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι ότι η παραγόμενη τάση από μια πηγή συνεχούς ρεύματος (μπαταρία) έχει συνεχώς σταθερή τιμή, ενώ στην ημιτονοειδή κυματομορφή της γεννήτριας αρχίζει από το μηδέν, αυξάνει μέχρι τη μέγιστη τιμή και κατόπιν μηδενίζεται στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Αφού η ημιτονοειδής κυματομορφή παίρνει την τιμή 100
V για μικρό χρονικό διάστημα, ενώ το μεγαλύτερο διάστημα διατηρείται σε χαμηλότερα επίπεδα, δεν μπορεί να αναπτύξει την ίδια ισχύ με τα 100V DC

Η τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος ή τάσης που μετράμε με το πολύμετρο είναι η rms τιμή η οποία ισούται με :


και στο παραπάνω παράδειγμα είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη της ισχύος στην αντίσταση

άρα στο παραπάνω παράδειγμα


Τετραγωνική κυματομορφή
Μια τετραγωνική κυματομορφή (σχήμα 1) μπορεί να παραχθεί από ένα απλό διακόπτη 2 θέσεων συνδεδεμένο σε 2 μπαταρίες όπως στο  σχήμα 2.
Κάθε φορά που ο διακόπτης αλλάζει θέση το διερχόμενο από την αντίσταση ρεύμα έχει αντίθετη φορά.
Αν και το κύκλωμα αυτό παράγει τετραγωνική κυματομορφή δεν είναι πρακτικά υλοποιήσιμο.
Οι τετραγωνικές κυματομορφές παράγονται πρακτικά από ειδικά ηλεκτρονικά κυκλώματα γνωστά ως ταλαντωτές
Το κυκλωματικό διάγραμμα ενός απλού ταλαντωτή τετραγωνικής κυματομορφής φαίνεται στο σχήμα 3, όπου σαν διακόπτες χρησιμοποιούνται δύο διπολικά τρανζίστορ τα οποία μεταβάλλουν τη φορά ροής του ρεύματος μέσα από τα τυλίγματα ενός μετασχηματιστή.



Τριγωνικές κυματομορφές

Η τριγωνική κυματομορφή είναι γραμμική στην οποία η τάση αυξάνει σε σταθερό ρυθμό ως προς το χρόνο.

Η γραμμική κυματομορφή του παρακάτω σχήματος φτάνει τα 25
V μετά από 0,5ms, τα 50V μετά από 1ms, τα 75V μετά από 1,5ms και τη μέγιστη θετική τιμή των 100V μετά από 2 ms


Πλεονεκτήματα του εναλλασσόμενου ρεύματος έναντι του συνεχούς:

 • Το εναλλασσόμενο ρεύμα παράγεται πιο εύκολα.

• Το εναλλασσόμενο ρεύμα μας δίνει τη δυνατότητα της ανύψωσης ή
 του υποβιβασμού της τάσης του με τη χρήση μετασχηματιστών.
 Με
 αυτόν τον τρόπο η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας είναι πιο  οικονομική (το συνεχές ρεύμα μεταφέρεται έως 50χλμ και το εναλλασσόμενο έως 1000χλμ)

• Το εναλλασσόμενο ρεύμα δημιουργεί μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο
 και έτσι γίνεται δυνατή η χρήση του επαγωγικού κινητήρα ο οποίος  είναι φθηνότερος από τον αντίστοιχο κινητήρα συνεχούς ρεύματος.

• Το εναλλασσόμενο ρεύμα δίνει τη δυνατότητα μεταβολής της
συχνότητας και έτσι γίνεται δυνατή η λειτουργία των τηλεπικοινωνιών. 





video