Unha análise completa da corrente directa e da corrente alternativa
2024-07-04 7474

A corrente directa e a corrente alterna son dous compoñentes básicos dos sistemas de enerxía modernos, cada un con características únicas e unha ampla gama de aplicacións.Os enxeñeiros e técnicos eléctricos, en particular, precisan comprender estes dous formularios de tensión e as súas aplicacións.Neste artigo, exploraremos en detalle as definicións, características, símbolos, métodos de medición, cálculos de potencia e aplicacións prácticas de corrente directa e alterna en diferentes campos.Ademais, introduciremos como se aplican estas formas de tensión no proceso de conversión de enerxía e regulación para satisfacer varias necesidades técnicas.Analizando plenamente estes contidos, os lectores poderán comprender mellor os principios operativos dos sistemas de enerxía e mellorar a súa capacidade para operar en aplicacións prácticas.

Catálogo

Figura 1: corrente alterna vs. corrente directa

Que é a tensión DC?

A corrente directa (DC) refírese ao movemento unidireccional da carga eléctrica.A diferenza da corrente alterna (AC), onde os electróns cambian de dirección periódicamente, DC mantén unha dirección fixa do fluxo de electróns.Un exemplo común de DC é unha célula electroquímica, onde unha reacción química produce unha tensión constante que permite que a corrente flúa continuamente a través dun circuíto.DC pode pasar por unha variedade de materiais condutores, como fíos, semiconductores, illantes e incluso baleiro.Por exemplo, un feixe de electróns ou ións nun baleiro representa DC.

Figura 2: Principio de traballo de tensión DC

No pasado, DC chamábase corrente galvánica, chamado polo científico italiano Luigi Galvani.As abreviaturas AC e DC soportan a corrente alternativa e a corrente directa, respectivamente.Para converter AC a DC, é necesario un rectificador.Un rectificador consta dun compoñente electrónico, como un diodo ou un compoñente electromecánico, como un conmutador, que permite que a corrente flúa nunha soa dirección.Pola contra, pódese usar un inversor para converter DC en AC.

DC é amplamente utilizado na tecnoloxía moderna.Non só potencia os dispositivos básicos de batería, senón tamén unha variedade de sistemas e motores electrónicos.En procesos como a fundición de aluminio, pódense usar grandes cantidades de corrente directa para o procesamento de materiais.Ademais, algúns sistemas ferroviarios urbanos usan corrente directa para garantir un funcionamento continuo e eficiente.A corrente directa de alta tensión (HVDC) é adecuada para transmitir grandes cantidades de potencia a longas distancias ou conectar diferentes redes de CA.A alta eficiencia e as baixas perdas de sistemas HVDC fan que sexan ideais para unha transmisión de enerxía xeneralizada e de gran capacidade.

Os sistemas de alta tensión AC/DC están deseñados para manexar corrente alterna de alta tensión e corrente directa.Estes sistemas xeran e ofrecen unha corrente directa de alta tensión estable para procesos industriais, investigación científica, probas electrónicas e sistemas de enerxía.Estes dispositivos de subministración de enerxía están deseñados coidadosamente para proporcionar unha regulación e fiabilidade precisas para satisfacer unha variedade de requisitos profesionais e industriais.

Que é a tensión de CA?

A corrente alterna (AC) refírese a un tipo de corrente eléctrica cuxa forza e dirección cambian periódicamente co paso do tempo.Durante un ciclo completo, o valor medio de AC é cero, mentres que a corrente directa (DC) mantén unha dirección de fluxo constante.A principal característica da CA é a súa forma de onda, que normalmente é unha onda senoidal, que garante unha transmisión de potencia eficiente e estable.

Figura 3: Principio de traballo de tensión de CA

A CA sinusoidal é común nos sistemas de enerxía de todo o mundo.Tanto as fontes de enerxía residenciais como as industriais usan xeralmente a CA sinusoidal porque minimiza as perdas de enerxía durante a transmisión e é fácil de xerar e controlar.Ademais das ondas seno, a CA tamén pode tomar a forma de ondas triangulares e ondas cadradas.Estas formas de onda alternativas son útiles en aplicacións específicas, como o procesamento de sinal en dispositivos electrónicos e tarefas específicas de conversión de enerxía, onde as ondas cadradas ou triangulares poden ser máis eficientes que as ondas seno.

A natureza cíclica da CA fai que sexa ideal para a transmisión de longa distancia.Os transformadores poden intensificar ou baixar a tensión de CA facilmente, reducindo as perdas de enerxía durante a transmisión.En contraste, DC require sistemas de conversión e xestión máis complexos para a transmisión de longa distancia, polo que é máis adecuado para usos industriais específicos e aplicacións de curta distancia.

A frecuencia de CA varía de rexión a rexión.Por exemplo, América do Norte e algúns países usan 60 Hertz (HZ), mentres que a maioría das outras rexións usan 50 Hz.Estas diferenzas de frecuencia afectan o deseño e o funcionamento dos equipos eléctricos, polo que é necesaria unha consideración minuciosa ao fabricar e usar equipos en diferentes rexións.En xeral, a potencia de CA é amplamente utilizada en casas, empresas e industrias debido á súa facilidade de conversión, alta eficiencia de transmisión e versatilidade nunha variedade de aplicacións.

Cales son os símbolos para a corrente continua e a tensión de CA?

En Enxeñaría Eléctrica, a tensión DC e a CA están representadas por símbolos distintos.O carácter Unicode U+2393, normalmente amosado como "⎓", úsase a miúdo en aplicacións de corrente continua, simbolizando a dirección constante da corrente de corrente continua.Nun multímetro, a tensión DC está normalmente representada por un "V" de capital cunha liña recta por encima ("V), o que indica o rango de medición da tensión de corrente continua.

Nos diagramas de circuítos, o símbolo dunha fonte de tensión CC, como unha batería, consta de dúas liñas paralelas: unha liña sólida e unha liña guionada.A liña sólida representa o polo positivo (+) e a liña guionada representa o polo negativo (-).Este deseño mostra intuitivamente a polaridade da fonte de tensión CC e a dirección do fluxo de corrente.En concreto, a liña máis longa indica o polo positivo, que está asociado a un maior potencial ou tensión, mentres que a liña máis curta indica o polo negativo, asociado a un potencial inferior.Este símbolo úsase universalmente no deseño de circuítos electrónicos, aínda que pode haber lixeiros ións V ariat baseados en diferentes estándares.

Figura 4: símbolo de tensión DC

Por outra banda, a tensión de CA está representada por un "V" de capital cunha liña ondulada por encima.Esta liña ondulada reflicte os cambios periódicos da corrente de CA ao longo do tempo.A diferenza de DC, a dirección e a tensión da corrente de CA cambian constantemente e a liña ondulada transmite efectivamente esta característica.En equipos eléctricos e instrumentos de proba, este símbolo de tensión de CA axuda aos enxeñeiros e técnicos a identificar e medir rapidamente a tensión de CA.

Figura 5: símbolo de tensión de CA

Identificación e uso correctos de símbolos de tensión CC e CA aseguran un deseño preciso de circuítos e funcionamento seguro de equipos eléctricos.Tanto en diagramas de circuítos como durante a posta en servizo e mantemento de equipos, os símbolos normalizados reducen os malentendidos e os erros, mellorando a eficiencia e a seguridade.

Como medir a tensión CC e CA cun multímetro

Medindo a tensión de corrente continua

Ao medir a tensión CC cun multímetro, os pasos son sinxelos.Imos comprobar unha batería como exemplo.

• Preparación:Elimine a batería do dispositivo e, se mide unha batería do coche, acenda os faros durante dous minutos e logo apague a batería.

• Conecte as sondas:Conecte a sonda negra á toma de com e a sonda vermella ao zócalo etiquetado cunha tensión de corrente continua (como VΩ ou V–).

• Acceda aos terminais da batería:Coloque a sonda negra no terminal negativo (-) e a sonda vermella no terminal positivo (+).

• Lea o valor:Observa e rexistra a tensión que aparece no multímetro.Este valor indica o nivel de carga da batería.

• Desconectar:Elimina primeiro a sonda vermella e logo a sonda negra.

Figura 6: Medición da tensión CC

Medindo a tensión de CA.

A medición da tensión de CA require un enfoque lixeiramente diferente.Aquí tes: como:

• Configura o teu multímetro:Xire o dial á posición da tensión de CA (normalmente marcada ṽ ou Mṽ) e, se a tensión non se sabe, configure o rango na configuración de maior tensión.

• Conecte as oportunidades:Conecte o chumbo negro á toma COM e a chumbo vermella ao jack VΩ.

• Toca o circuíto:Toca a vantaxe negra a unha parte do circuíto e o vermello conduce a outra.Teña en conta que a tensión de CA non ten polaridade.

• Precaucións de seguridade:Manteña os dedos afastados das puntas do fío e evite deixar que os consellos se toquen uns dos outros para evitar o choque eléctrico.

• Lea o valor:Observe a medición na pantalla e, cando remate, elimine primeiro o chumbo vermello e logo o chumbo negro.

Figura 7: Medición da tensión de CA

Consellos profesionais

Para a tensión de corrente continua, se a lectura é negativa, cambia as sondas para obter unha lectura positiva.O valor seguirá sendo o mesmo.Teña coidado ao usar un multímetro analóxico;Invertir as sondas pode danar o dispositivo.Seguindo estes procedementos, asegura medicións de tensión precisas e funcionamento seguro de equipos eléctricos.

Como calculas a potencia DC e a potencia de CA?

Figura 8: Como calcular a potencia CC e a potencia de CA

Calculando a potencia de corrente continua

Para calcular a potencia nun circuíto DC, pode usar a lei de Ohm.Aquí tes como:

Determinar a tensión

Use a fórmula V = i * R.

Exemplo: se a corrente (i) é de 0,5 A (ou 500 mA) e a resistencia (R) é de 100 Ω, entón:

V = 0,5 a * 100 Ω = 50 V

Calcula a potencia

Use a fórmula P = V * I.

Exemplo: cando V = 50 V e I = 0,5 A:

P = 50 V * 0,5 A = 25 W

Converter unidades de tensión

Para converterse a Kilovolts (KV): dividir por 1.000.

Exemplo: 17.250 VCC / 1.000 = 17,25 kVDC

Para converterse a Millivolts (MV): multiplicar por 1.000.

Exemplo: 0.03215 VDC * 1.000 = 32,15 VDC

Calculando a potencia de CA.

Os cálculos de potencia de CA son máis complexos debido á natureza periódica da tensión e da corrente.Aquí tes unha guía detallada:

Comprender os valores instantáneos

Nun circuíto de CA, a tensión e a corrente varían periódicamente.A potencia instantánea (P) é o produto da tensión instantánea (V) e da corrente instantánea (I).

Cálculo medio de potencia

Utilízase a potencia media sobre un ciclo.Isto calcúlase usando os valores RMS (cadrado medio da raíz) de tensión e corrente.

Potencia (s) complexa

Expresado como s = v * i *.V e I somos os valores RMS de tensión e corrente, respectivamente.I* é o complexo conxugado da corrente.

Compoñentes de potencia nos circuítos de CA

Potencia activa (P): potencia que realmente funciona.

P = | s |cos φ = | i |^2 * r = | v |^2 / | z |^2 * r

Potencia reactiva (Q): Potencia almacenada e liberada por elementos reactivos.

Q = | s |sin φ = | i |^2 * x = | v |^2 / | z |^2 * x

Potencia aparente (s): combinación de potencia activa e reactiva.

| S |= √ (p^2 + q^2)

Exemplo de CA.

Calcula a tensión e a corrente RMS

Asuma VRMS = 120 V e IRMS = 5 A nun circuíto de CA.

Determinar o poder aparente

S = VRMS * IRMS = 120 V * 5 A = 600 VA

Calcula o poder activo e reactivo

Se o ángulo de fase (φ) é de 30 °:

Potencia activa: P = S cos φ = 600 VA * cos (30 °) = 600 VA * 0,866 = 519,6 W

Potencia reactiva: Q = S sin φ = 600 VA * sin (30 °) = 600 VA * 0,5 = 300 var

Desglosando cada paso e seguindo estas instrucións detalladas, pode calcular con precisión a potencia de corrente continua e CA, asegurando que as medicións eléctricas se realicen correctamente e con seguridade.

Como impulsar a tensión DC?

Nos sistemas de potencia de corrente directa (DC), os convertedores DC-DC de alta tensión como os convertedores de impulso adoitan usarse para aumentar a tensión.Un convertedor de impulso é un tipo de convertedor de potencia DC-DC que almacena e libera a enerxía ao pechar e abrir repetidamente un interruptor para aumentar a tensión de entrada a un nivel máis alto.Este tipo de convertedor é amplamente utilizado cando se precisa unha conversión de tensión estable e eficiente a un nivel máis alto.

Figura 9: Converter de impulso

O funcionamento dun convertedor de impulso implica dous pasos principais:

Peche de interruptor: Cando o interruptor está pechado, a tensión de entrada aplícase ao indutor.Isto fai que o campo magnético dentro do indutor acumule enerxía.

Apertura do interruptor: Cando o interruptor está aberto, a enerxía almacenada no indutor é liberada á saída, obtendo unha tensión de saída superior á tensión de entrada.

Un convertedor de impulso inclúe normalmente polo menos dous interruptores de semiconductores (como diodos e transistores) e un elemento de almacenamento de enerxía (como un indutor ou condensador).Este deseño asegura unha conversión de enerxía eficiente e un impulso de tensión.

Os convertedores de impulso pódense usar só ou en cascada para aumentar aínda máis a tensión de saída.Este enfoque cumpre necesidades específicas de alta tensión en aplicacións como equipos industriais e vehículos eléctricos, convertendo o convertedor de impulso nun compoñente clave na conversión de tensión CC.Para minimizar as flutuacións de tensión de saída e ruído, os filtros úsanse en convertedores de impulso.Estes filtros consisten en condensadores ou unha combinación de indutores e condensadores.Suavizan a tensión de saída e reducen as perturbacións dos cambios de tensión, garantindo a estabilidade e mellorando o rendemento global do sistema.Ao usar un convertedor de impulso, ten en conta que o aumento da tensión xeralmente diminúe a corrente para manter a potencia constante, debido á lei de conservación da enerxía.Comprender isto pode axudar no deseño e aplicación adecuados de convertedores de impulso.

Nos sistemas de potencia de corrente alterna (AC), os transformadores úsanse para intensificar ou baixar a tensión.Os transformadores funcionan inducindo unha tensión no enrolamento secundario a través do campo magnético cambiante creado pola corrente de CA.Non obstante, dado que a corrente DC é constante e non crea un campo magnético cambiante, os transformadores non poden inducir unha tensión nun sistema DC.Polo tanto, nun sistema de alimentación DC, é necesario un convertedor de impulso para aumentar a tensión, mentres que un convertedor de buck úsase para baixar a tensión.

Como reducir a tensión de corrente continua?

Nos sistemas de potencia de corrente directa (DC), a redución da tensión faise de forma diferente que nos sistemas de corrente alterna (AC) porque os transformadores non se poden usar para a conversión de tensión CC.En cambio, utilízanse métodos como a "redución de tensión da serie baseada en resistencia" e "circuítos de divisor de tensión".A continuación, detallamos os dous métodos usando unha batería de 12 voltios como fonte de alimentación DC e unha lámpada halóxena de 6 voltios de 6 vatios como exemplo.

Usando unha resistencia de redución de tensión en serie

Figura 10: Diagrama de cableado da resistencia de caída de tensión da serie

Unha resistencia de redución de tensión en serie é un método sinxelo e de uso común para reducir a tensión ao conectar unha resistencia do valor apropiado en serie co circuíto.Este resistor está en serie coa carga, compartindo parte da tensión para que a carga obteña a tensión inferior requirida.Aquí están os pasos específicos:

Determinar a corrente total: Con base na potencia e tensión da carga, calcula a corrente total.Por exemplo, para unha lámpada halóxena de 6V, 6W, a corrente I = P/V = 6W/6V = 1A

Calcula a resistencia á serie: Para reducir de 12 V a 6 V, a resistencia da serie ten que soportar unha caída de tensión de 6V.Segundo a lei de Ohm r = v/i, a resistencia requirida r = 6v/1a = 6Ω

Escolla a potencia de resistencia adecuada ： A potencia que necesita a resistencia para soportar P = V × i = 6V × 1A = 6W, así que escolla unha resistencia cunha potencia nominal de polo menos 6 W.

Despois de conectar esta resistencia de 6Ω en serie coa carga, a corrente no circuíto segue sendo 1a, pero a resistencia compartirá a tensión de 6 V para que a carga obteña unha tensión de traballo de 6 voltios.Aínda que este método é sinxelo, non é eficiente porque o resistor consume o poder.É adecuado para circuítos sinxelos con baixos requirimentos de enerxía.

Circuíto de divisor de tensión

Un circuíto de divisor de tensión é un método máis flexible para reducir a tensión, empregando dúas resistencias para formar un divisor de tensión e conseguir a distribución de tensión desexada.

Escolla os valores da resistencia: Seleccione dúas resistencias de valor fixo (R1 e R2) para crear un divisor de tensión.Para reducir 12V a 6V, elixe R1 = R2, polo que cada resistencia comparte a metade da tensión.

Conecte o circuíto: Conecte as dúas resistencias en serie.Aplique a subministración de 12V en toda a serie e tome a tensión do nodo medio como tensión de saída.Por exemplo, se R1 e R2 son os dous 6Ω, o nodo medio terá 6V.

Conecte a carga: Conecte a carga ao nodo medio do circuíto de división de tensión e chan.A saída do circuíto de división de tensión é a tensión de entrada da carga.

Figura 11: circuíto de divisor de tensión

Este método permite un axuste de tensión flexible a través do deseño do circuíto de divisor de tensión e é adecuado para varias aplicacións.Asegúrese de que o impacto da carga na resistencia considérase que mantén a tensión de saída estable.

Como reducir o consumo de enerxía do aire acondicionado?

As altas facturas de aire acondicionado poden ser preocupantes, pero hai formas eficaces de reducir o consumo de enerxía do aire acondicionado.Estes consellos non só aforrarán cartos na túa factura de electricidade, senón que tamén prolongarán a vida do aire acondicionado e mellorarán a súa eficiencia.Aquí tes algunhas suxestións prácticas.

Figura 12: Consellos para reducir o consumo de enerxía do aire acondicionado

Apague o aire acondicionado cando non estea en uso

Apague sempre o aire acondicionado cando non o necesites.Este sinxelo paso pode aforrar moita electricidade.Incluso no modo de espera, os aire acondicionados usan algo de enerxía, polo que desactivalo axuda completamente a evitar o consumo innecesario de enerxía.

Manteña o aire acondicionado a unha temperatura ideal

Estableza o aire acondicionado nun rango de temperatura cómodo e eficiente enerxeticamente, como 26-28 ° C de 78-82 ° F.A configuración de temperatura inferior aumenta a carga de traballo do aire acondicionado e o consumo de enerxía.

Mantén regularmente o aire acondicionado

O mantemento regular é clave para garantir que o aire acondicionado funcione de forma eficiente.Limpar os filtros, comprobar o condensador e o evaporador e encher o refrixerante segundo sexa necesario.Estes pasos poden mellorar o rendemento do aire acondicionado e reducir o consumo de enerxía.

Substitúe as unidades antigas ou defectuosas

Se notas que o consumo de enerxía aumentou significativamente a pesar do mantemento regular, pode ser hora de substituír o aire acondicionado.Os modelos máis novos adoitan ter unha maior relación de eficiencia enerxética (EER), que pode reducir significativamente o consumo de enerxía.

Vende ou actualiza o teu antigo aire acondicionado

Considere vender ou substituír o seu antigo aire acondicionado por un novo modelo eficiente en enerxía.Os aire acondicionados modernos usan unha tecnoloxía avanzada máis eficiente que pode reducir as súas facturas de electricidade.

Use equipos de refrixeración auxiliares

Correr un ventilador de teito xunto ao aire acondicionado pode mellorar a circulación do aire e arrefriar a habitación máis rápido.Isto permite que o aire acondicionado funcione por un tempo máis curto, reducindo así o consumo de enerxía.

Elixe dispositivos IoT

Os dispositivos Internet of Things (IoT) poden axudarche a controlar de forma intelixente a configuración de conmutación e temperatura do aire acondicionado.Estes dispositivos activan ou desactivan automaticamente o aire acondicionado segundo as túas necesidades, evitando os residuos de enerxía.Tamén se poden controlar de forma remota a través de aplicacións de teléfonos intelixentes.

Pecha portas e fiestras

Cando o aire acondicionado estea activado, as portas e as fiestras deben estar pechadas para evitar que se escape o aire frío, manteña a temperatura interior estable, reduce a carga do aire acondicionado e reduce o consumo de enerxía.

Limpar regularmente o filtro de aire acondicionado

A limpeza do filtro de aire acondicionado ten un gran impacto na eficiencia do aire acondicionado.A limpeza ou a substitución regular do filtro pode garantir unha boa ventilación, reducir a carga do compresor e reducir o consumo de enerxía.

Evite a luz solar directa

Asegúrese de que o compresor de aire acondicionado estea colocado nun lugar fresco.A luz solar directa pode sobrecalentar o compresor, reducir a eficiencia do compresor e aumentar o consumo de enerxía.Instale unha sunshade por encima da unidade exterior ou colócaa nun lugar fresco.

A través destes métodos, pode reducir eficazmente o consumo de enerxía do aire acondicionado, aforrar facturas de electricidade mensual e aumentar a eficiencia e a vida útil do aire acondicionado.Estas medidas non só son de aforro de enerxía, senón tamén ecolóxicas.

Vantaxes e desvantaxes da corrente directa

Figura 13: Características da corrente directa

Vantaxes da corrente directa

A corrente directa (DC) ofrece importantes vantaxes de eficiencia.A diferenza da corrente alterna (AC), os sistemas de corrente continua evitan as perdas de enerxía debido á potencia reactiva, o efecto da pel e a caída de tensión e, polo tanto, son xeralmente máis eficientes.Esta eficiencia é especialmente beneficiosa nas aplicacións que requiren unha transmisión de enerxía eficiente.DC é o estándar para o almacenamento da batería, ideal para fontes de enerxía renovables como a enerxía solar e eólica.Os paneis solares e os aeroxeradores xeran enerxía CC, que se almacena en baterías e logo convértese en CA usando inversores para uso residencial ou industrial.

As fontes de alimentación de corrente continua proporcionan unha tensión ou corrente estable, constante adecuada para dispositivos electrónicos delicados.Esta estabilidade minimiza as flutuacións de tensión e o ruído eléctrico, facendo que DC sexa indispensable en campos esixentes de alta potencia como equipos médicos e de comunicación.DC sobresae no control e regulación.Permite axustar a tensión e os niveis de corrente precisos, tornándoo adecuado para aplicacións que requiran un control preciso, como vehículos eléctricos, motores eléctricos e sistemas de automatización industrial.

DC tamén é máis seguro, cun menor risco de descarga eléctrica que a CA.Con un illamento e a posta a terra adecuados, os sistemas de corrente continua poden proporcionar unha maior seguridade nas operacións de baixa tensión e son adecuados para ambientes domésticos e industriais.

Desvantaxes de DC

Non obstante, DC tamén ten os seus inconvenientes.A transmisión de DC a longas distancias é ineficiente.Aínda que a tecnoloxía DC de alta tensión (HVDC) pode aliviar este problema, AC pode axustar facilmente a súa tensión a través de transformadores, tornándoa máis eficiente a longas distancias.Construír unha infraestrutura de distribución de corrente continua é cara e complexa.Os sistemas DC requiren convertedores electrónicos de enerxía, inversores e outros equipos especializados, aumentando os custos de investimento e mantemento iniciais.

A fonte de alimentación DC é limitada.A diferenza da potencia de CA, que está facilmente dispoñible na rede de utilidade, a corrente continua require unha configuración específica, como baterías, paneis solares ou xeradores.Esta limitación limitou a adopción xeneralizada de DC nalgunhas áreas.Outro problema é a compatibilidade cos equipos existentes.A maioría dos equipos e aparellos eléctricos están deseñados para a potencia de CA.A conversión destes dispositivos á potencia de corrente continua require equipos de conversión ou modificacións adicionais, engadindo complexidade e custo.

O mantemento dos sistemas DC é máis difícil.Os compoñentes electrónicos complexos como os inversores e os convertedores poden requirir un mantemento máis frecuente e resolución de problemas complexos.Isto pode aumentar o custo operativo e o investimento no tempo do sistema.

Vantaxes e desvantaxes da corrente alterna

Unha característica clave da corrente alterna (AC) é que a súa tensión ou corrente cambia periódicamente co paso do tempo, normalmente formando unha onda senoidal.A diferenza da corrente directa (DC), os circuítos de CA non teñen postos positivos e negativos fixados porque a dirección da corrente está cambiando constantemente.AC normalmente é producida por xeradores mediante indución electromagnética.Ademais, a tensión de subministración de CA pódese pisar ou baixar facilmente usando transformadores, facilitando a transmisión e distribución de enerxía eficientes.

Figura 14: Características da corrente alterna

Vantaxes dos circuítos de CA

Os circuítos de CA teñen varias vantaxes.Unha das principais vantaxes é o uso de transformadores, que simplifica a regulación de tensión.Os xeradores poden producir AC de alta tensión e logo intensificalo para a transmisión de longa distancia, o que mellora a eficiencia e reduce as perdas.A alta tensión minimiza as perdas de transmisión.

Outra vantaxe é que a CA pode converterse facilmente en DC usando un rectificador, permitindo que AC alimente unha variedade de cargas de corrente continua.AC pode xestionar cargas monofásicas e trifásicas, tornándoa adecuada para aplicacións industriais e domésticas.O uso xeneralizado de equipos de CA reduciu os custos, facendo que os equipos de CA sexan relativamente baratos, compactos e elegantes, promovendo así a adopción global de sistemas de CA.

Desvantaxes dos circuítos de CA

A pesar dos moitos beneficios da CA, hai algunhas desvantaxes.A CA non é adecuada para circuítos de carga da batería porque as baterías requiren unha tensión de corrente continua.Tampouco é adecuado para a variedade e a tracción eléctrica porque estas industrias requiren unha dirección e tensión de corrente estables.

Un problema importante coa CA é o efecto da pel, onde a corrente de CA tende a fluír na superficie do condutor, aumentando a resistencia efectiva e reducindo a eficiencia da transferencia actual.Nos circuítos de CA, os valores dos indutores e condensadores varían con frecuencia, complicando o deseño do circuíto.Os equipos de CA tamén adoitan ter unha vida útil máis curta debido á vibración, ruído e efectos harmónicos.Ademais, as caídas de tensión nos circuítos de CA son máis significativas, dando lugar a unha regulación de tensión deficiente.As consideracións de deseño deben dar conta do comportamento dependente da frecuencia de resistencias, indutores e condensadores, o que engade a complexidade.

Aplicacións de DC

Figura 15: Aplicación de corrente directa

Electrónica: A corrente directa (DC) úsase en moitos dispositivos electrónicos como ordenadores, teléfonos intelixentes, televisores e radios.Os circuítos integrados e os compoñentes dixitais nestes dispositivos requiren unha subministración constante de enerxía DC para funcionar correctamente.Esta tensión e corrente constante aseguran a fiabilidade e o rendemento dos dispositivos.Ademais, moitos electrodomésticos, incluídos ventiladores eléctricos, sistemas de son e dispositivos de automatización doméstica, dependen da potencia de DC para operar.

Alimentar pequenos dispositivos: Moitos dispositivos portátiles están alimentados por baterías, que proporcionan enerxía DC.Os exemplos inclúen lanternas, controis remotos e reprodutores de música portátiles.As baterías proporcionan unha subministración constante de enerxía, permitindo que estes dispositivos se usen en calquera lugar sen necesidade dunha toma eléctrica.Esta comodidade asegura que os dispositivos poden funcionar de forma fiable incluso sen unha toma eléctrica.

Vehículos eléctricos: Os vehículos eléctricos (EVs) dependen bastante da potencia DC.As baterías en EVS almacenan Power DC, que logo se converte en enerxía de unidade polo motor eléctrico.O sistema de carga a bordo converte a enerxía de CA da estación de carga en corrente continua para cargar a batería.Este sistema de enerxía CC eficiente e controlable mellora o rendemento e o rango de EVs.

Sistemas de enerxía renovable: A potencia DC úsase nos sistemas de enerxía renovable.Os paneis solares fotovoltaicos (PV) e os aeroxeradores xeran corrente directa (DC), que se converte en corrente alterna (AC) por inversores para a integración de rede ou aplicacións fóra da rede.Isto mellora a eficiencia de conversión de enerxía e apoia o desenvolvemento de enerxía limpa.Por exemplo, os sistemas solares na casa, DC é convertido por inversores para proporcionar enerxía doméstica fiable.

Telecomunicacións: As redes de telecomunicacións usan DC para garantir o poder de copia de seguridade para a infraestrutura crítica.As torres celulares, os centros de datos e os equipos de comunicación adoitan estar conectados a sistemas de corrente continua para manter a enerxía durante as interrupcións eléctricas.As baterías destes sistemas almacenan enerxía DC, proporcionando enerxía estable en emerxencias e garantindo o funcionamento da rede continua.

Transporte: DC úsase habitualmente en trens eléctricos, tranvías e sistemas de metro.Os sistemas de tracción DC proporcionan unha aceleración eficiente e controlable a través de motores de corrente continua, tornándoos ideais para o transporte ferroviario.Esta aplicación mellora a eficiencia enerxética do transporte ao tempo que reduce os custos operativos e o impacto ambiental.

Electrigante: Na galvanía industrial, a DC úsase para depositar revestimentos metálicos en substratos.Ao controlar a tensión e a corrente, a taxa de deposición de metais pódese axustar con precisión para obter resultados de gran calidade de alta calidade.A tecnoloxía é amplamente utilizada na industria manufactureira, especialmente nas industrias de automoción, electrónica e decoración.

Soldadura: DC úsase na soldadura para crear unha descarga eléctrica entre o electrodo de soldadura e a peza de traballo.A calor da descarga derrete o metal, creando unha fusión dos metais.Este método de soldadura é común nas industrias de construción, fabricación e reparación e proporciona unha conexión forte e duradeira.

Investigación e probas: Os laboratorios usan a potencia DC para a investigación, probas e calibración.O equipo experimental require unha fonte de enerxía estable e precisa e DC pode satisfacer estas necesidades.Por exemplo, usar DC para probar compoñentes electrónicos asegura a precisión e fiabilidade dos resultados experimentais.

Aplicacións médicas: DC úsase en dispositivos médicos como marcapasos, desfibriladores, ferramentas de electrocautería e algúns equipos de diagnóstico.Estes dispositivos dependen de DC para un funcionamento preciso e controlado, asegurando que os pacientes reciban un tratamento fiable e seguro.Usar DC en equipos médicos non só pode mellorar os resultados do tratamento, senón que tamén aumenta a estabilidade e a vida do equipo.

Ao entender estas aplicacións, os usuarios poden comprender a versatilidade e a importancia de DC en varios campos, garantindo un rendemento eficaz e fiable en cada caso de uso.

Aplicacións de AC

Figura 16: Aplicacións de AC

Transporte e xeración de enerxía industrial: A corrente alterna (AC) é esencial nos sistemas de enerxía modernos, especialmente para o transporte e a xeración de enerxía industrial.Case todos os fogares e negocios dependen da CA para as súas necesidades diarias de poder.En contraste, a corrente directa (DC) ten unha gama máis limitada de aplicacións porque tende a quentarse durante a transmisión a longas distancias, o que aumenta os riscos e os custos do lume.Ademais, é difícil para DC converter de alta tensión e corrente baixa a baixa tensión e alta corrente, mentres que AC pode facelo facilmente cun transformador.

Electrodomésticos: CA potencia motores eléctricos, que converten a enerxía eléctrica en enerxía mecánica.Os electrodomésticos como frigoríficos, lavavajillas, eliminación de lixo e fornos dependen da CA para operar.Os motores destes aparellos usan AC para realizar diversas funcións mecánicas.AC é a fonte de enerxía preferida para dispositivos domésticos debido á súa fiabilidade e comodidade.

Dispositivos con batería: Aínda que AC é dominante, DC é adecuado para dispositivos con batería.Estes dispositivos adoitan cargarse a través dun adaptador que converte AC a DC, como un adaptador AC/DC que se conecta a unha toma de parede ou a conexión USB.Entre os exemplos inclúense lanternas, teléfonos móbiles, televisores modernos (con adaptadores de AC/DC) e vehículos eléctricos.Aínda que estes dispositivos funcionan con Power DC, a súa fonte de enerxía normalmente é AC, coa conversión manexada por un adaptador.

Sistema de distribución: AC ten vantaxes significativas no sistema de distribución.A través de transformadores, AC pódese converter facilmente en diferentes tensións para satisfacer varias necesidades de potencia.Os transformadores fan difícil conseguir a mesma función nos sistemas de corrente continua, polo que a CA é máis flexible e eficiente na distribución de enerxía.A transmisión de alta tensión pode reducir eficazmente a perda de enerxía, o que é especialmente importante para a transmisión de longa distancia.Supoñendo que a tensión de alimentación é de 250 voltios, a corrente é de 4 amperios, a resistencia ao cable é de 1 ohm e a potencia de transmisión é de 1000 vatios, segundo a fórmula \ (p = i^2 \ veces r \), a perda de enerxíaé de 16 vatios, o que mostra a vantaxe da transmisión de alta tensión na redución das perdas.

Figura 17: Sistema de distribución de enerxía de CA

Diferencia entre a tensión CA e DC

A enerxía eléctrica inclúe dúas formas principais: corrente alterna (CA) e corrente directa (DC).Ambos son amplamente empregados en dispositivos eléctricos, pero difiren moito nos seus usos, patróns de sinal e outros aspectos.Os seguintes detalles as principais diferenzas entre AC e DC.

Figura 18: Tensión de CA vs. Tensión DC

Definición e patrón de sinal

A tensión de CA conduce un fluxo oscilante de corrente entre dous puntos, coa dirección da corrente que cambia periódicamente.En contraste, a tensión DC produce unha corrente unidireccional entre dous puntos, coa dirección da corrente que queda constante.A tensión de CA e a corrente varían co paso do tempo, normalmente formando unha onda senoidal, unha onda cadrada, unha onda trapezoidal ou unha onda triangular.DC pode ser pulsante ou puro, cunha dirección e amplitude constante.

Frecuencia e eficiencia

A frecuencia de CA varía segundo a rexión, sendo 60 Hz común en América do Norte e 50 Hz en Europa e outras rexións.DC non ten frecuencia, de feito, a súa frecuencia é cero.A eficiencia de CA oscila entre 0 e 1, mentres que a eficiencia DC é constante en 0. Isto fai que a CA sexa potencialmente máis eficiente que a DC nalgunhas aplicacións, especialmente para a transmisión de longa distancia.

Dirección actual e flutuación

A dirección da corrente de corrente corrente cambia constantemente, provocando que a súa tensión e valores de corrente fluctuen co paso do tempo.A dirección de corrente de corrente continua segue sendo consistente e os valores de tensión e corrente son estables.Isto fai que a CA sexa adecuada para cargas dinámicas, mentres que DC é máis adecuado para fontes de enerxía estables.

Fontes de enerxía e conversión

A CA é normalmente producida por xeradores e pódese converter facilmente a diferentes tensións mediante transformadores, facilitando a transmisión de potencia eficiente.DC normalmente provén de baterías ou baterías de almacenamento.Converter DC a CA require un inversor mentres se converte a CA a CC require un rectificador.

Tipos de adaptabilidade e carga

AC pode xestionar unha variedade de cargas, incluíndo capacitancia, inductancia e resistencia.DC é principalmente adecuado para cargas resistivas.Esta versatilidade fai que a CA sexa moi utilizada en equipos domésticos e industriais, como lavalouzas, frigoríficos e tostadoras.DC é común en dispositivos portátiles e electrónica, como teléfonos móbiles, televisores LCD e vehículos eléctricos.

Seguridade e aplicacións

Tanto AC como DC son inherentemente perigosos, pero o DC é xeralmente máis perigoso debido á súa dirección de corrente constante e á maior densidade de corrente.A CA úsase principalmente en equipos domésticos e industriais de alta potencia, mentres que DC predomina en dispositivos portátiles e electrónicos con batería.

Transmisión de enerxía e perdas

AC pódese transmitir de xeito eficiente a través de sistemas de corrente directa de alta tensión (HVDC), minimizando as perdas a longas distancias.Aínda que DC tamén se pode transmitir a través de sistemas HVDC, o seu uso na transmisión de enerxía é menos común.Os sistemas HVDC son moi avanzados e son especialmente adecuados para as aplicacións onde se deben reducir as perdas de tensión.

Tipos e análises de barrido

A análise de frecuencia de CA úsase para calcular a resposta de tensión de pequeno sinal dun circuíto.A función de barrido CC calcula o punto de funcionamento dunha fonte de alimentación especificada nun rango de valores de tensión, normalmente en incrementos predefinidos.A función de barrido de corrente continua é compatible con calquera fonte de alimentación cun compoñente de corrente continua variable, ten taxas de barrido que van desde 100 milisegundos ata 10.000 segundos e poden operar usando unha rampla ou unha forma de onda triangular.

Figura 19: diferenzas entre CA e DC

Como converter a tensión de CA a tensión de corrente continua

Converter a corrente alterna (AC) a corrente directa (DC) é esencial na electrónica de potencia.Este proceso usa unha variedade de técnicas e dispositivos, cada un con características e aplicacións específicas.Aquí tes tres xeitos comúns de converter a tensión de CA en tensión DC: rectificadores, convertedores rotativos e fontes de alimentación en modo de conmutación (SMPS).

Figura 20: diagrama de circuítos de alimentación AC a DC

Rectificadores

Os rectificadores converten a CA en DC nunha serie de pasos:

• Redución da tensión: A CA de alta tensión é máis eficiente para transmitir, pero a tensión debe reducirse para un uso seguro.Un transformador descendente usa a relación de xiro entre as bobinas primarias e secundarias para reducir a tensión.A bobina primaria ten máis xiros, convertendo a alta tensión a unha tensión máis baixa e utilizable.

• Conversión AC a DC: Despois de reducir a tensión, un rectificador úsase para converter a CA en DC.É común un rectificador de ponte completa con catro diodos.Estes diodos alternan entre os medos ciclos positivos e negativos da CA para producir DC pulsante.Dous diodos conducen durante o medio ciclo positivo e os outros dous condutas durante o medio ciclo negativo, logrando a rectificación de onda completa.

• Forma de onda DC mellorada: A forma de onda CC rectificada inicial ten pulsacións e flutuacións.Os condensadores suavizan a forma de onda almacenando enerxía cando a tensión de entrada aumenta e a libera cando cae a tensión, obtendo unha saída de corrente continua.

• Tensión de CC estabilizada: O circuíto integrado do regulador de tensión (IC) estabiliza a tensión de corrente continua a un valor constante.Os CI como os 7805 e o 7809 regulan a saída a 5V e 9V, respectivamente, proporcionando unha alimentación estable.

Converter rotativo

Un convertedor rotativo é un dispositivo mecánico que converte a potencia de CA na potencia de corrente continua mediante enerxía cinética e indución electromagnética.

• Estrutura e función: Consiste nunha armadura rotativa e unha bobina de excitación.A potencia de CA está rectificada por un conmutador integrado no enrolamento do rotor para producir potencia DC.

• Funcionamento: A bobina energizada xira, emocionando o enrolamento de campo fixo, producindo unha potencia de corrente continua.Tamén se pode usar como xerador de CA debido aos aneis de deslizamento de CA.

Fonte de alimentación de conmutación (SMPS)

Unha fonte de alimentación de conmutación (SMPS) é un circuíto electrónico altamente eficiente que converte a enerxía de CA na potencia de corrente continua.

• Rectificación e filtrado: A potencia de CA é convertida por primeira vez en pulsación de corrente continua por un rectificador e logo suavizada por un filtro.

• Conversión de alta frecuencia: A potencia DC suavizada é procesada por elementos de conmutación de alta frecuencia (como MOSFETs) e convértese en potencia de CA de alta frecuencia.A modulación do ancho do pulso (PWM) controla a tensión e a corrente de saída.

• Transformación e rectificación: A potencia de CA de alta frecuencia está regulada por un transformador e logo converteuse en potencia de corrente continua por un rectificador.

• Filtrado de saída: Finalmente, a potencia DC pasa por un filtro de saída para suavizar aínda máis a forma de onda e proporcionar unha alimentación de corrente continua estable.

Os SMP úsanse habitualmente en fontes de alimentación informática, televisores e cargadores de baterías debido á súa eficiencia e flexibilidade.Seguindo estes métodos, pode converter eficazmente a tensión de CA en tensión de corrente continua, garantindo unha alimentación fiable para unha variedade de dispositivos electrónicos.

Conclusión

DC e AC cada un teñen vantaxes e escenarios únicos.DC é amplamente utilizado en dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos e sistemas de enerxía renovable debido á súa estabilidade e transmisión de enerxía eficiente;Aínda que a CA é máis común en fogares, industrias e transmisión de potencia de longa distancia debido á súa fácil conversión de tensión e transmisión eficiente.En termos de medición e regulación, comprender os principios básicos e os procedementos operativos de DC e AC pode asegurar o funcionamento seguro e estable do sistema de enerxía.A través da análise en profundidade deste artigo, os lectores non só poden dominar o coñecemento básico de DC e AC, senón que tamén aplicar este coñecemento na práctica para mellorar o seu nivel técnico e a eficiencia laboral.Espero que este artigo poida proporcionar unha valiosa referencia e orientación para técnicos e entusiastas da enxeñaría eléctrica.

Preguntas frecuentes [preguntas frecuentes]

1. Como probas AC vs DC?

Para probar se a corrente é AC ou DC, pode usar un multímetro.En primeiro lugar, axusta o multímetro ao modo de proba de tensión.Se non estás seguro de que tipo de fonte de enerxía está a usar, recoméndase que o probe na posición de CA primeiro.Toca as plumas de proba vermella e negra aos dous extremos da fonte de enerxía.Se o multímetro mostra un valor de tensión, é AC;Se non hai resposta, cambie á posición de corrente continua e proba de novo.Se mostra un valor de tensión neste momento, é DC.Asegúrese de que o rango de multímetro é adecuado ao operar para evitar danos no contador.

2. Como converter DC en CA?

O dispositivo que normalmente se usa para converter DC a CA chámase inversor.O inversor acepta a entrada de corrente continua e cambia continuamente a dirección da corrente a través do deseño do circuíto interno (normalmente usando transistores ou mosfets como conmutadores) para xerar AC.A elección do inversor correcto depende da tensión e frecuencia de saída, así como do tipo de carga que desexa conducir.Por exemplo, ao escoller un inversor para un sistema solar doméstico, ten que asegurarse de que a súa tensión de saída e a súa frecuencia coincidan cos electrodomésticos.

3. Como saber se DC ou CA?

Ademais de usar un multímetro, tamén podes facer un xuízo preliminar observando o tipo e o logotipo do dispositivo de carga.Normalmente, a tensión e o tipo de entrada están marcados en electrodomésticos.Se está marcado "DC", significa que é necesario DC.Ademais, se a fonte de enerxía é unha batería ou un paquete de batería, case sempre sae DC.Para fontes de enerxía descoñecidas, o xeito máis seguro e eficaz é usar un multímetro para confirmar.

4. ¿As baterías son CA ou DC?

A batería sae de corrente directa (DC).As baterías xeran enerxía eléctrica a través de reaccións químicas, e o resultado é unha corrente unidireccional estable, que é adecuada para dispositivos portátiles e dispositivos electrónicos que requiren unha subministración de enerxía estable e continua.

5. É a corrente de CA máis rápida que a DC?

A resposta a esta pregunta depende da definición de "rápido".Se se refire á velocidade do fluxo de corrente, de feito, a velocidade coa que os electróns se moven nun condutor (velocidade da deriva de electróns) é moi lento, xa sexa AC ou DC.Pero se se considera a eficiencia e a velocidade da transmisión de enerxía, AC pódese transmitir facilmente a alta tensión a través dun transformador, reducindo así a perda de enerxía e é adecuado para a transmisión de potencia a longa distancia.Desde esta perspectiva, a AC adoita considerarse "máis rápida" en termos de transmisión de enerxía e máis adecuada para redes eléctricas a gran escala.DC tamén mostra vantaxes en certas aplicacións modernas (como centros de datos ou a través de certos tipos de tecnoloxía de transmisión de longa distancia), especialmente en termos de redución das perdas de enerxía.