Théorie des circuits AC: qu'est-ce que le courant alternatif et comment il est généré

introduction

Un circuit électrique est un chemin conducteur complet à travers lequel les électrons circulent de la source à la charge et reviennent à la source. La direction et l'amplitude du flux d'électrons dépendent cependant du type de source. En génie électrique, il existe essentiellement deux types de source de tension ou de courant (énergie électrique) qui définit le type de circuit et ils le sont; Courant alternatif (ou tension) et courant continu.

Pour les deux prochains articles, nous nous concentrerons sur le courant alternatif et passerons à travers des sujets allant de ce qu'est le courant alternatif aux formes d'ondes CA, etc.

Circuits AC

Les circuits CA, comme son nom l'indique (courant alternatif), sont simplement des circuits alimentés par une source alternative, tension ou courant. Un courant ou tension alternatif est celui dans lequel la valeur de la tension ou du courant varie autour d'une valeur moyenne particulière et inverse périodiquement la direction.

La plupart des appareils et des systèmes domestiques et industriels actuels sont alimentés en courant alternatif. Tous les appareils branchés à courant continu et les appareils à piles rechargeables fonctionnent techniquement sur un courant alternatif car ils utilisent tous une certaine forme d'alimentation CC dérivée du courant alternatif pour charger leurs batteries ou alimenter le système. Ainsi, le courant alternatif est la forme par laquelle l'énergie est fournie au secteur.

Le circuit alternatif a vu le jour dans les années 1980 lorsque Tesla a décidé de résoudre l'incapacité à longue portée des générateurs DC de Thomas Edison. Il cherchait un moyen de transférer l'électricité à haute tension, puis employait l'utilisation de transformateurs pour augmenter ou diminuer selon les besoins de la distribution et a ainsi pu minimiser la perte de puissance sur une grande distance, ce qui était le principal problème de Direct. Actuel à l'époque.

Courant alternatif VS courant continu (AC vs DC)

AC et DC diffèrent de plusieurs manières d'une génération à l'autre, et à la distribution, mais par souci de simplicité, nous garderons la comparaison à leurs caractéristiques pour ce poste.

La principale différence entre le courant alternatif et le courant continu, qui est également la cause de leurs caractéristiques différentes, est le sens de circulation de l'énergie électrique. En courant continu, les électrons circulent régulièrement dans une seule direction ou vers l'avant, tandis qu'en courant alternatif, les électrons alternent leur direction d'écoulement à intervalles périodiques. Cela conduit également à une alternance du niveau de tension lorsqu'il passe du positif au négatif en fonction du courant.

Vous trouverez ci-dessous un tableau de comparaison pour mettre en évidence une partie de la différence entre AC et DC. D'autres différences seront mises en évidence au fur et à mesure que nous explorerons davantage les circuits à courant alternatif.

Base de comparaison	AC	DC
Capacité de transmission d'énergie	Voyage sur de longues distances avec une perte d'énergie minimale	Une grande quantité d'énergie est perdue lorsqu'elle est envoyée sur de longues distances
Notions de base sur la génération	Rotation d'un aimant le long d'un fil.	Magnétisme constant le long d'un fil
La fréquence	Généralement 50 Hz ou 60 Hz selon le pays	La fréquence est nulle
Direction	Inverse la direction périodiquement lors du passage dans un circuit	Il flux constant constant dans une direction.
Actuel	Son ampleur varie avec le temps	Magnitude constante
La source	Toutes les formes de générateurs AC et de secteur	Cellules, batteries, conversion à partir du courant alternatif
Paramètres passifs	Impédance (RC, RLC, etc.)	Résistance uniquement
Facteur de puissance	Se situe entre 0 et 1	Toujours 1
Forme d'onde	Sinusoïdal, trapézoïdal, triangulaire et carré	Ligne droite, parfois pulsante.

Source CA de base (générateur CA à bobine unique)

Le principe de la génération AC est simple. Si un champ magnétique ou un aimant est tourné le long d'un ensemble stationnaire de bobines (fils) ou la rotation d'une bobine autour d'un champ magnétique stationnaire, un courant alternatif est généré à l'aide d'un générateur CA (alternateur).

La forme la plus simple de générateur de courant alternatif consiste en une boucle de fil qui tourne mécaniquement autour d'un axe tout en étant positionnée entre les pôles nord et sud d'un aimant.

Considérez l'image ci-dessous.

Lorsque la bobine d'induit tourne dans le champ magnétique créé par les aimants des pôles nord et sud, le flux magnétique à travers la bobine change et les charges sont ainsi forcées à travers le fil, donnant lieu à une tension effective ou à une tension induite. Le flux magnétique à travers la boucle est le résultat de l'angle de la boucle par rapport à la direction du champ magnétique. Considérez les images ci-dessous;

À partir des images ci-dessus, nous pouvons déduire que, un certain nombre de lignes de champ magnétique seront coupées lorsque l'armature tourne, la quantité de `` lignes coupées '' détermine la tension de sortie. Avec chaque changement de l'angle de rotation et le mouvement circulaire résultant de l'armature contre les lignes magnétiques, la quantité de «lignes magnétiques coupées» change également, par conséquent la tension de sortie change également. Par exemple, les lignes de champ magnétique coupées à zéro degré sont nulles, ce qui rend la tension résultante nulle, mais à 90 degrés, presque toutes les lignes de champ magnétique sont coupées, ainsi la tension maximale dans une direction est générée dans une direction. Il en va de même à 270 degrés uniquement parce qu'il est généré dans la direction opposée. Il y a donc un changement résultant de la tension lorsque l'armature tourne dans le champ magnétique conduisant à la formation d'une forme d'onde sinusoïdale. La tension induite résultante est donc sinusoïdale, avec une fréquence angulaire ω mesurée en radians par seconde.

Le courant induit dans la configuration ci-dessus est donné par l'équation:

I = V / R

Où V = NABwsin (wt)

Où N = Vitesse

A = Aire

B = champ magnétique

w = fréquence angulaire.

Les vrais générateurs AC sont évidemment plus complexes que cela, mais ils fonctionnent sur la base des mêmes principes et lois de l'induction électromagnétique que ceux décrits ci-dessus. Un courant alternatif est également généré à l'aide de certains types de transducteurs et de circuits d'oscillateur, comme dans les onduleurs.

Transformateurs

Les principes d'induction sur lesquels AC est basé ne se limitent pas à sa production mais aussi à sa transmission et à sa distribution. Comme au moment où AC est entré en jeu, l'un des principaux problèmes était le fait que DC ne pouvait pas être transmis sur une longue distance, donc l'un des principaux problèmes, AC devait être résolu pour devenir viable, était de pouvoir pour fournir en toute sécurité les hautes tensions (KV) générées aux consommateurs qui utilisent des tensions dans la gamme V et non KV. C'est l'une des raisons pour lesquelles le transformateur est décrit comme l'un des principaux catalyseurs du courant alternatif et il est important d'en parler.

Dans les transformateurs, deux bobines sont câblées de telle manière que lorsqu'un courant alternatif est appliqué dans l'un, il induit une tension dans l'autre. Les transformateurs sont des dispositifs qui sont utilisés pour abaisser ou augmenter la tension appliquée à une extrémité (bobine primaire) pour produire une tension inférieure ou supérieure respectivement à l'autre extrémité (bobine secondaire) du transformateur. La tension induite dans la bobine secondaire est toujours égale à la tension appliquée au primaire multipliée par le rapport du nombre de tours sur la bobine secondaire à la bobine primaire.

Un transformateur étant un transformateur abaisseur ou élévateur dépend donc du rapport entre le nombre de tours sur la bobine secondaire et le nombre de tours de conducteur sur la bobine primaire. S'il y a plus de tours sur la bobine primaire par rapport au secondaire, le transformateur abaisse la tension, mais si la bobine primaire a moins de tours par rapport à la bobine secondaire, le transformateur augmente la tension appliquée au primaire.

Les transformateurs ont rendu la distribution d'énergie électrique à longue portée très possible, rentable et pratique. Pour réduire les pertes lors du transport, l'énergie électrique est transmise à partir des centrales électriques à haute tension et à faible courant, puis est distribuée aux maisons et aux bureaux à basse tension et à courant élevé à l'aide de transformateurs.

Nous allons donc nous arrêter ici pour ne pas surcharger l'article avec trop d'informations. Dans la deuxième partie de cet article, nous discuterons des formes d'onde CA et entrerons dans certaines équations et calculs. Restez à l'écoute.