Una anàlisi completa del corrent directe i del corrent alternatiu
2024-07-04 7490

El corrent directe i el corrent altern són dos components bàsics dels sistemes de potència moderns, cadascun amb característiques úniques i una àmplia gamma d’aplicacions.Els enginyers i tècnics elèctrics, en particular, han d’entendre aquestes dues formes de tensió i les seves aplicacions.En aquest article, explorarem detalladament les definicions, característiques, símbols, mètodes de mesura, càlculs de potència i aplicacions pràctiques de corrent directe i corrent altern en diferents camps.A més, introduirem com s’apliquen aquestes formes de tensió en el procés de conversió i regulació d’energia per satisfer diverses necessitats tècniques.Analitzant plenament aquests continguts, els lectors podran comprendre millor els principis operatius dels sistemes d’energia i millorar la seva capacitat d’operar en aplicacions pràctiques.

Catàleg

Figura 1: Corrent altern i corrent directe

Què és la tensió de corrent continu?

El corrent directe (DC) fa referència al moviment unidireccional de la càrrega elèctrica.A diferència del corrent altern (CA), on els electrons canvien de direcció periòdicament, DC manté una direcció fixa del flux d’electrons.Un exemple comú de DC és una cèl·lula electroquímica, on una reacció química produeix una tensió constant que permet que el corrent flueixi contínuament a través d’un circuit.DC pot passar per diversos materials conductors, com ara cables, semiconductors, aïllants i fins i tot al buit.Per exemple, un feix d’electrons o ions en un buit representa DC.

Figura 2: Principi de funcionament de tensió de corrent continu

En el passat, DC es deia Current Galvanic, anomenat després del científic italià Luigi Galvani.Les sigles AC i DC es mantenen per alterar el corrent i el corrent directe, respectivament.Per convertir AC a DC, cal un rectificador.Un rectificador consisteix en un component electrònic, com ara un díode, o un component electromecànic, com un commutador, que permet que el corrent flueixi en una sola direcció.Per contra, es pot utilitzar un inversor per convertir DC a CA.

DC s’utilitza àmpliament en la tecnologia moderna.No només alimenta dispositius bàsics amb bateria, sinó també una gran varietat de sistemes i motors electrònics.En processos com la fosa d'alumini, es poden utilitzar grans quantitats de corrent directe per al processament de materials.A més, alguns sistemes ferroviaris urbans utilitzen corrent directe per assegurar un funcionament continu i eficient.El corrent directe d’alta tensió (HVDC) és adequat per transmetre grans quantitats de potència a llargues distàncies o connectar diferents quadrícules de CA.L’elevada eficiència i les baixes pèrdues dels sistemes HVDC els fan ideals per a la transmissió d’energia generalitzada i generalitzada.

Els sistemes d’alta tensió AC/DC estan dissenyats per gestionar el corrent altern i el corrent directe d’alta tensió i el corrent directe.Aquests sistemes generen i proporcionen corrent directe estable i d’alta tensió per a processos industrials, investigació científica, proves electròniques i sistemes d’energia.Aquests dispositius d’alimentació estan dissenyats amb cura per proporcionar una regulació i fiabilitat precises per satisfer una varietat de requisits professionals i industrials.

Què és la tensió de CA?

El corrent altern (AC) fa referència a un tipus de corrent elèctric la força i la seva direcció canvien periòdicament al llarg del temps.Durant un cicle complet, el valor mitjà de CA és zero, mentre que el corrent directe (DC) manté una direcció de flux constant.La característica principal de l’AC és la seva forma d’ona, que sol ser una ona sinusoïdal, que garanteix una transmissió de potència eficient i estable.

Figura 3: Principi de funcionament de tensió de CA

L’AC sinusoïdal és habitual en sistemes d’energia de tot el món.Tant les fonts d’energia de la xarxa residencial com les industrials solen utilitzar l’AC sinusoïdal perquè minimitza les pèrdues d’energia durant la transmissió i és fàcil de generar i controlar.A més de les ones sinusoïdals, l’AC també pot prendre la forma d’ones triangulars i ones quadrades.Aquestes formes d’ona alternatives són útils en aplicacions específiques, com ara el processament de senyal en dispositius electrònics i tasques específiques de conversió de potència, on les ones quadrades o triangulars poden ser més eficients que les ones sinusoïdals.

La naturalesa cíclica de l’AC la fa ideal per a la transmissió de llarga distància.Els transformadors poden augmentar fàcilment o baixar la tensió de CA, reduint les pèrdues d’energia durant la transmissió.En canvi, DC requereix sistemes de conversió i gestió més complexos per a la transmissió de llarga distància, de manera que és més adequat per a usos industrials específics i aplicacions de curta distància.

La freqüència de CA varia de regió a regió.Per exemple, Amèrica del Nord i alguns països utilitzen 60 Hertz (Hz), mentre que la majoria d’altres regions utilitzen 50 Hz.Aquestes diferències de freqüència afecten el disseny i el funcionament dels equips elèctrics, de manera que es requereix una consideració minuciosa quan es fabriquen i utilitzen equips en diferents regions.En general, la potència de CA s’utilitza àmpliament en cases, empreses i indústries per la seva facilitat de conversió, alta eficiència de transmissió i versatilitat en diverses aplicacions.

Quins són els símbols de la tensió de corrent continu i CA?

En enginyeria elèctrica, la tensió de corrent continu i de CA estan representades per símbols diferents.El caràcter Unicode U+2393, que es mostra generalment com a "⎓", s'utilitza sovint en aplicacions de corrent continu, que simbolitza la direcció constant del corrent de corrent continu.En un multímetre, la tensió de corrent continu està normalment representada per un capital "V" amb una línia recta per sobre ("V), cosa que indica el rang de mesurament de la tensió de corrent continu.

En els diagrames de circuits, el símbol d’una font de tensió de corrent continu, com ara una bateria, consta de dues línies paral·leles: una línia sòlida i una línia guionada.La línia sòlida representa el pol positiu (+) i la línia guionada representa el pol negatiu (-).Aquest disseny mostra intuïtivament la polaritat de la font de tensió de corrent continu i la direcció del flux de corrent.Concretament, la línia més llarga indica el pol positiu, que s’associa a un potencial o tensió més elevat, mentre que la línia més curta indica el pol negatiu, associat a un potencial inferior.Aquest símbol s'utilitza universalment en el disseny de circuits electrònics, tot i que pot haver -hi lleus ions V ariat basats en diferents estàndards.

Figura 4: símbol de tensió de corrent continu

D'altra banda, la tensió de CA està representada per un capital "V" amb una línia ondulada al damunt.Aquesta línia ondulada reflecteix els canvis periòdics del corrent de CA amb el pas del temps.A diferència de DC, la direcció i la tensió del corrent de CA canvien constantment i la línia ondulada transmet efectivament aquesta característica.En equips elèctrics i instruments de prova, aquest símbol de tensió de CA ajuda els enginyers i els tècnics a identificar i mesurar ràpidament la tensió de CA.

Figura 5: símbol de tensió de CA

Identificació i ús correctes de símbols de tensió de corrent continu i CA asseguren un disseny de circuit precís i un funcionament segur dels equips elèctrics.Ja sigui en diagrames de circuits o durant la posada en servei d’equips i el manteniment, els símbols estandarditzats redueixen malentesos i errors, millorant l’eficiència i la seguretat.

Com mesurar la tensió de corrent continu i de CA amb un multímetre

Mesura de tensió de corrent continu

Quan es mesura la tensió de corrent continu amb un multímetre, els passos són senzills.Anem a comprovar com a exemple una bateria.

• Preparació:Retireu la bateria del dispositiu i, si es mesura una bateria del cotxe, engegueu els fars durant dos minuts i, a continuació, apagueu la bateria.

• Connecteu les sondes:Connecteu la sonda negra a la presa COM i la sonda vermella a la presa etiquetada amb una tensió de corrent continu (com ara Vω o V -).

• Accediu als terminals de la bateria:Col·loqueu la sonda negra al terminal negatiu (-) i la sonda vermella al terminal positiu (+).

• Llegiu el valor:Observeu i registreu la tensió que es mostra al multímetre.Aquest valor indica el nivell de càrrega de la bateria.

• Desconnectar:Traieu primer la sonda vermella i després la sonda negra.

Figura 6: Mesura de tensió de corrent continu

Mesura de tensió de CA

Mesurar la tensió de CA requereix un enfocament lleugerament diferent.Això és com:

• Configureu el vostre multímetre:Gireu el dial a la posició de tensió de CA (generalment marcada ṽ o mṽ), i si es desconeix la tensió, configureu el rang a la configuració de tensió més alta.

• Connecteu els cables:Connecteu el plom negre a la presa COM i el plom vermell a la presa de V.

• Toqueu el circuit:Toqueu el lideratge negre a una part del circuit i el vermell vermell a una altra.Tingueu en compte que la tensió de CA no té polaritat.

• Precaucions de seguretat:Manteniu els dits allunyats de les puntes del fil i eviteu deixar que les puntes es toquin les unes a les altres per evitar la descàrrega elèctrica.

• Llegiu el valor:Observeu la mesura a la pantalla i, quan hàgiu acabat, traieu el plom vermell primer, i després el plom negre.

Figura 7: Mesura de tensió de CA

Consells professionals

Per a la tensió de corrent continu, si la lectura és negativa, canvieu les sondes per obtenir una lectura positiva.El valor es mantindrà igual.Aneu amb compte quan utilitzeu un multímetre analògic;Invertir les sondes pot danyar el dispositiu.Seguint aquests procediments, garanteix mesures de tensió precises i un funcionament segur dels equips elèctrics.

Com es calcula la potència de corrent continu i la potència de CA?

Figura 8: Com calcular la potència de corrent continu i la potència de CA

Càlcul de potència DC

Per calcular la potència en un circuit de corrent continu, podeu utilitzar la llei d'Ohm.Això és com:

Determineu la tensió

Utilitzeu la fórmula V = I * R.

Exemple: si el corrent (i) és de 0,5 A (o 500 mA) i la resistència (R) és de 100 Ω, doncs:

V = 0,5 A * 100 ω = 50 V

Calculeu la potència

Utilitzeu la fórmula P = V * I.

Exemple: Quan v = 50 V i i = 0,5 a:

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

Converteix unitats de tensió

Convertir a Kilovolts (KV): dividir per 1.000.

Exemple: 17.250 VDC / 1.000 = 17,25 KVDC

Per convertir -se en mil·livolts (MV): multiplicar per 1.000.

Exemple: 0,03215 VDC * 1.000 = 32,15 VCC

Càlcul de la potència de CA

Els càlculs de potència de CA són més complexos a causa de la naturalesa periòdica de la tensió i el corrent.Aquí teniu una guia detallada:

Comprensió dels valors instantanis

En un circuit de CA, la tensió i el corrent varien periòdicament.La potència instantània (P) és el producte de la tensió instantània (V) i del corrent instantani (I).

Càlcul de potència mitjana

S'utilitza la potència mitjana sobre un cicle.Això es calcula mitjançant els valors RMS (quadrat mitjà arrel) de tensió i corrent.

Potència complexa (s)

Expressat com s = v * i *.V i I són els valors RMS de tensió i corrent, respectivament.I* és el complex conjugat del corrent.

Components de potència en circuits de CA

Potència activa (P): potència que realment funciona.

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

Potència reactiva (Q): energia emmagatzemada i alliberada per elements reactius.

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

Potència aparent (s): combinació de potència activa i reactiva.

| S |= √ (P^2 + Q^2)

Exemple de CA

Calculeu la tensió i el corrent RMS

Assumeix VRMS = 120 V i IRMS = 5 A en un circuit de CA.

Determineu el poder aparent

S = VRMS * irms = 120 V * 5 a = 600 VA

Calculeu la potència activa i reactiva

Si l'angle de fase (φ) és de 30 °:

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

Potència reactiva: Q = S sin φ = 600 VA * pecat (30 °) = 600 VA * 0,5 = 300 VAR

Desglossant cada pas i seguint aquestes instruccions detallades, podeu calcular amb precisió la potència DC i CA, garantint que les mesures elèctriques es facin correctament i amb seguretat.

Com augmentar la tensió de corrent continu?

En els sistemes de potència de corrent directe (DC), els convertidors de DC-DC d’alta tensió, com ara els convertidors Boost, s’utilitzen sovint per augmentar la tensió.Un convertidor Boost és un tipus de convertidor de potència DC-DC que emmagatzema i allibera energia tancant repetidament i obrint un interruptor per augmentar la tensió d’entrada a un nivell superior.Aquest tipus de convertidor s’utilitza àmpliament quan es requereix una conversió de tensió estable i eficient a un nivell superior.

Figura 9: Post Converter

El funcionament d’un convertidor d’increment implica dos passos principals:

Clos de commutació: Quan l’interruptor està tancat, la tensió d’entrada s’aplica a l’inductor.Això fa que el camp magnètic de l’inductor acumuli energia.

Switch Opening: Quan l’interruptor està obert, l’energia emmagatzemada a l’inductor s’allibera a la sortida, donant lloc a una tensió de sortida superior a la tensió d’entrada.

Un convertidor Boost inclou normalment almenys dos interruptors de semiconductors (com els díodes i els transistors) i un element d’emmagatzematge d’energia (com un inductor o condensador).Aquest disseny garanteix una conversió energètica eficient i un impuls de tensió.

Els convertidors d’increment es poden utilitzar sols o en cascada per augmentar encara més la tensió de sortida.Aquest enfocament compleix les necessitats específiques d’alta tensió en aplicacions com ara equips industrials i vehicles elèctrics, cosa que fa que el convertidor Boost sigui un component clau en la conversió de tensió de corrent continu.Per minimitzar les fluctuacions de tensió de sortida i el soroll, els filtres s’utilitzen en els convertidors de Boost.Aquests filtres consisteixen en condensadors o una combinació d’inductors i condensadors.Suaven la tensió de sortida i redueixen les pertorbacions dels canvis de tensió, assegurant l'estabilitat i millorant el rendiment global del sistema.Quan utilitzeu un convertidor d’impulsió, tingueu en compte que l’augment de la tensió generalment disminueix el corrent per mantenir la potència constant, a causa de la llei de conservació de l’energia.Entendre això pot ajudar en el disseny i l’aplicació adequats de convertidors d’impulsió.

En els sistemes de potència de corrent altern (CA), els transformadors s’utilitzen per augmentar o baixar la tensió.Els transformadors funcionen induint una tensió en el bobinatge secundari a través del canvi de camp magnètic canviant creat pel corrent de CA.Tanmateix, atès que el corrent de corrent continu és constant i no crea un camp magnètic canviant, els transformadors no poden induir una tensió en un sistema de corrent continu.Per tant, en un sistema de potència de corrent continu, es necessita un convertidor d’increment per augmentar la tensió, mentre que un convertidor de buck s’utilitza per baixar la tensió.

Com reduir la tensió de corrent continu?

En els sistemes de potència de corrent directe (DC), la reducció de la tensió es fa de manera diferent que en els sistemes de corrent altern (CA) perquè els transformadors no es poden utilitzar per a la conversió de tensió de corrent continu.En canvi, s’utilitzen habitualment mètodes com ara "reducció de tensió de sèries basades en resistència" i "circuits de divisor de tensió".A continuació, detallem els dos mètodes mitjançant una bateria de 12 volts com a font d’alimentació DC i una làmpada halògena de 6 watts de 6 watts com a exemple.

Utilitzant una resistència de reducció de tensió en sèrie

Figura 10: Diagrama de cablejat de la resistència de la tensió de la tensió de la sèrie

Una resistència de reducció de tensió en sèrie és un mètode senzill i utilitzat habitualment per reduir la tensió connectant una resistència de valor adequat en sèrie amb el circuit.Aquesta resistència està en sèrie amb la càrrega, compartint part de la tensió de manera que la càrrega obtingui la tensió inferior necessària.Aquests són els passos específics:

Determineu el corrent total: Segons la potència i la tensió de la càrrega, calculeu el corrent total.Per exemple, per a una làmpada halògena 6V, 6W, el corrent i = p/v = 6w/6v = 1a

Calculeu la resistència de la sèrie: Per tal de reduir de 12 V a 6 V, la resistència de la sèrie ha de suportar una caiguda de tensió de 6V.Segons la llei d'Ohm r = v/i, la resistència requerida r = 6V/1a = 6ω

Trieu la potència de resistència adequada ： La potència que la resistència necessita per suportar p = v × i = 6V × 1a = 6W, de manera que trieu una resistència amb una potència nominal d'almenys 6 W.

Després de connectar aquesta resistència de 6Ω en sèrie amb la càrrega, el corrent del circuit continua sent 1A, però la resistència compartirà la tensió de 6 V de manera que la càrrega obtingui una tensió de treball de 6 volts.Tot i que aquest mètode és senzill, no és eficient perquè la resistència consumeix energia.És adequat per a circuits simples amb requisits de baixa potència.

Circuit de divisor de tensió

Un circuit de divisor de tensió és un mètode més flexible per reduir la tensió, utilitzant dues resistències per formar un divisor de tensió i aconseguir la distribució de tensió desitjada.

Trieu els valors de resistència: Seleccioneu dues resistències de valor fix (R1 i R2) per crear un divisor de tensió.Per reduir de 12V a 6V, trieu R1 = R2, de manera que cada resistència comparteix la meitat de la tensió.

Connecteu el circuit: Connecteu les dues resistències en sèrie.Apliqueu el subministrament de 12V a tota la sèrie i agafeu la tensió del node mitjà com a tensió de sortida.Per exemple, si R1 i R2 són de 6Ω, el node mitjà tindrà 6V.

Connecteu la càrrega: Fixeu la càrrega al node mitjà del circuit de divisor de tensió i a terra.La sortida del circuit del divisor de tensió és la tensió d'entrada de la càrrega.

Figura 11: Circuit de divisors de tensió

Aquest mètode permet un ajust de tensió flexible mitjançant el disseny del circuit de divisor de tensió i és adequat per a diverses aplicacions.Assegureu -vos que l'impacte de la càrrega en la resistència es manté per mantenir la tensió de sortida estable.

Com reduir el consum d’energia d’aire condicionat?

Les factures de climatització altes poden ser preocupants, però hi ha maneres efectives de reduir el consum d’energia de l’aire condicionat.Aquests consells no només us estalviaran diners en la vostra factura elèctrica, sinó que també ampliaran la vida del vostre aire condicionat i milloraran la seva eficiència.A continuació, es mostren alguns suggeriments pràctics.

Figura 12: Consells per reduir el consum d’energia de l’aire condicionat

Apagueu l’aire condicionat quan no s’utilitzi

Apagueu sempre l’aire condicionat quan no el necessiteu.Aquest senzill pas pot estalviar molta electricitat.Fins i tot en mode d’espera, els condicionadors d’aire utilitzen una mica de potència, de manera que l’apagament d’apagar -la ajuda completament a evitar el consum d’energia innecessari.

Mantingueu l’aire condicionat a una temperatura ideal

Configureu l’aire condicionat a un rang de temperatura còmode i eficient energèticament, com ara 26-28 ° C) a l’estiu de 78-82 ° F).Els paràmetres de temperatura més baixos augmenten la càrrega de treball de l’aire condicionat i el consum d’energia.

Mantingueu regularment l’aire condicionat

El manteniment regular és clau per assegurar que el vostre aire condicionat funciona de manera eficient.Netegeu els filtres, comproveu el condensador i l’evaporador i reompliu el refrigerant segons sigui necessari.Aquests passos poden millorar el rendiment del vostre aire condicionat i reduir el consum d'energia.

Substituïu unitats antigues o defectuoses

Si observeu que el consum d’energia ha augmentat significativament malgrat el manteniment regular, pot ser que sigui hora de substituir l’aire condicionat.Els models més nous solen tenir una proporció d’eficiència energètica més elevada (EER), que pot reduir significativament el consum d’energia.

Vendre o actualitzar el teu aire condicionat antic

Penseu en vendre o substituir el vostre aire condicionat antic per un nou model eficient energèticament.Els climatitzadors moderns utilitzen una tecnologia avançada més eficient que pot reduir les factures d’electricitat.

Utilitzeu equips de refrigeració auxiliars

Executar un ventilador de sostre al costat de l’aire condicionat pot millorar la circulació de l’aire i refredar l’habitació més ràpidament.Això permet que l’aire condicionat funcioni durant un temps més curt, reduint així el consum d’energia.

Trieu dispositius IoT

Els dispositius d'Internet of Things (IoT) us poden ajudar a controlar de manera intel·ligent la configuració de commutació i temperatura del vostre aire condicionat.Aquests dispositius encenen o desactiven automàticament l’aire condicionat segons les vostres necessitats, evitant el malbaratament d’energia.També es poden controlar de forma remota mitjançant aplicacions per a telèfons intel·ligents.

Tanqueu les portes i les finestres

Quan l’aire condicionat està encès, les portes i les finestres s’han de tancar per evitar que l’aire fred s’escapi, mantingueu la temperatura interior estable, reduïu la càrrega d’aire condicionat i reduïu el consum d’energia.

Netegeu el filtre d’aire condicionat regularment

La neteja del filtre d’aire condicionat té un gran impacte en l’eficiència de l’aire condicionat.Netejar o substituir regularment el filtre pot assegurar una bona ventilació, reduir la càrrega del compressor i reduir el consum d’energia.

Eviteu la llum solar directa

Assegureu -vos que el compressor d’aire condicionat estigui col·locat en un lloc fresc.La llum directa del sol pot sobreescalfar el compressor, reduir l'eficiència del compressor i augmentar el consum d'energia.Instal·leu una ombra de sol a sobre de la unitat exterior o poseu -la en un lloc fresc.

Mitjançant aquests mètodes, podeu reduir eficaçment el consum d’energia de l’aire condicionat, estalviar factures elèctriques mensuals i augmentar l’eficiència i la vida útil de l’aire condicionat.Aquestes mesures no només són d’estalvi d’energia, sinó també respectuosos amb el medi ambient.

Avantatges i desavantatges del corrent directe

Figura 13: Característiques del corrent directe

Avantatges del corrent directe

El corrent directe (DC) ofereix avantatges d’eficiència importants.A diferència del corrent altern (CA), els sistemes de corrent continu eviten pèrdues d’energia a causa de la potència reactiva, l’efecte de la pell i la caiguda de tensió i, per tant, són generalment més eficients.Aquesta eficiència és especialment beneficiosa en aplicacions que requereixen una transmissió energètica eficient.DC és l'estàndard per a l'emmagatzematge de bateries, ideal per a fonts d'energia renovables com l'energia solar i eòlica.Els panells solars i els aerogeneradors generen potència de corrent continu, que s’emmagatzema en bateries i després es converteix en CA mitjançant inversors per a ús residencial o industrial.

Les fonts d’alimentació de corrent continu proporcionen una tensió o un corrent estable o corrent adequat per a dispositius electrònics delicats.Aquesta estabilitat minimitza les fluctuacions de tensió i el soroll elèctric, cosa que fa que DC sigui indispensable en camps exigents d’alta potència com ara equips mèdics i de comunicacions.DC destaca en el control i la regulació.Permet ajustar els nivells de tensió i corrent precisos, cosa que la fa adequada per a aplicacions que requereixin un control precís, com ara vehicles elèctrics, motors elèctrics i sistemes d’automatització industrial.

DC també és més segur, amb un menor risc de xoc elèctric que la CA.Amb l’aïllament i la posada a terra adequats, els sistemes de corrent continu poden proporcionar una major seguretat en les operacions de baixa tensió i són adequats per a entorns domèstics i industrials.

Desavantatges de DC

Tot i això, DC també té els seus desavantatges.La transmissió de corrent continu a llargues distàncies és ineficient.Si bé la tecnologia de DC d’alta tensió (HVDC) pot alleujar aquest problema, l’AC pot ajustar fàcilment la seva tensió a través dels transformadors, cosa que la fa més eficient a llargues distàncies.Construir una infraestructura de distribució de corrent continu és costosa i complexa.Els sistemes de corrent continu requereixen convertidors electrònics, inversors i altres equips especialitzats, augmentant els costos inicials d’inversió i manteniment.

L’alimentació de corrent continu és limitada.A diferència de la potència de CA, que està fàcilment disponible a la xarxa d’utilitat, DC Power requereix una configuració específica, com ara bateries, plaques solars o generadors.Aquesta limitació ha limitat l’adopció generalitzada de DC en algunes àrees.La compatibilitat amb els equips existents és un altre problema.La majoria dels equips i electrodomèstics elèctrics estan dissenyats per a la potència de CA.Convertir aquests dispositius en potència de corrent continu requereix equips o modificacions de conversió addicionals, afegint complexitat i cost.

El manteniment dels sistemes de corrent continu és més difícil.Components electrònics complexos com els inversors i els convertidors poden requerir un manteniment més freqüent i una resolució de problemes complexos.Això pot augmentar el cost operatiu i la inversió en temps del sistema.

Avantatges i desavantatges del corrent altern

Una de les característiques clau del corrent altern (CA) és que la seva tensió o corrent canvia periòdicament amb el pas del temps, normalment formant una ona sinusoïdal.A diferència del corrent directe (DC), els circuits de CA no tenen pols positius i negatius fixats perquè la direcció del corrent canvia constantment.L’AC és generalment produïda per generadors mitjançant la inducció electromagnètica.A més, la tensió d’alimentació de CA es pot augmentar fàcilment o cap avall mitjançant transformadors, facilitant la transmissió i distribució de potència eficient.

Figura 14: Característiques del corrent altern

Avantatges dels circuits de CA

Els circuits de CA tenen diversos avantatges.Un dels avantatges principals és l’ús de transformadors, que simplifica la regulació de la tensió.Els generadors poden produir CA d’alta tensió i, a continuació, augmentar-la per a la transmissió de llarga distància, cosa que millora l’eficiència i redueix les pèrdues.L’alta tensió minimitza les pèrdues de transmissió.

Un altre avantatge és que l’AC es pot convertir fàcilment en corrent continu mitjançant un rectificador, permetent que l’AC alimenti una varietat de càrregues de corrent continu.L’AC pot gestionar càrregues monofàsiques i trifàsiques, cosa que la fa adequada per a aplicacions industrials i domèstiques.L’ús generalitzat dels equips de CA ha reduït els costos, fent que els equips de CA siguin relativament barats, compactes i elegants, promovent així l’adopció global dels sistemes de CA.

Desavantatges dels circuits de CA

Malgrat els molts beneficis de la CA, hi ha alguns desavantatges.L’AC no és adequada per a circuits de càrrega de bateries perquè les bateries requereixen una tensió de corrent continu constant.Tampoc és adequat per a l'electroplicació i la tracció elèctrica, ja que aquestes indústries requereixen una direcció i una tensió de corrent estables.

Un problema important amb la CA és l’efecte de la pell, on el corrent de CA tendeix a fluir a la superfície del conductor, augmentant la resistència efectiva i reduint l’eficiència de la transferència actual.En els circuits de CA, els valors dels inductors i condensadors varien amb la freqüència, complicant el disseny del circuit.Els equips de CA també solen tenir una vida útil més curta a causa de les vibracions, el soroll i els efectes harmònics.A més, les caigudes de tensió dels circuits de CA són més significatives, donant lloc a una mala regulació de tensió.Les consideracions de disseny han de tenir en compte el comportament depenent de la freqüència de resistències, inductors i condensadors, cosa que s’afegeix a la complexitat.

Aplicacions de DC

Figura 15: Aplicació de corrent directe

Electrònica: El corrent directe (DC) s’utilitza en molts dispositius electrònics com ordinadors, telèfons intel·ligents, televisors i ràdios.Els circuits integrats i components digitals en aquests dispositius requereixen un subministrament constant de potència de corrent continu per funcionar correctament.Aquesta tensió i corrent constant asseguren la fiabilitat i el rendiment dels dispositius.A més, molts electrodomèstics, inclosos ventiladors elèctrics, sistemes de so i dispositius domòtics, es basen en la potència de corrent continu per funcionar.

Alimentació de petits dispositius: Molts dispositius portàtils estan alimentats per bateries, que proporcionen potència de corrent continu.Els exemples inclouen llanternes, controls remots i reproductors de música portàtils.Les bateries proporcionen un subministrament constant d’energia, permetent que aquests dispositius s’utilitzin en qualsevol lloc sense necessitat d’una presa elèctrica.Aquesta comoditat garanteix que els dispositius poden funcionar de manera fiable fins i tot sense una presa elèctrica.

Vehicles elèctrics: Els vehicles elèctrics (EVS) confien molt en la potència de corrent continu.Les bateries dels EVS emmagatzemen la potència de corrent continu, que després es converteix en energia de la unitat pel motor elèctric.El sistema de càrrega a bord converteix l'energia de CA de l'estació de càrrega en potència de corrent continu per carregar la bateria.Aquest sistema d’energia DC eficient i controlable millora el rendiment i el rang d’EV.

Sistemes d’energia renovable: DC Power s’utilitza en sistemes d’energia renovable.Els panells fotovoltaics solars (PV) i aerogeneradors generen corrent directe (DC), que es converteix en corrent altern (CA) per inversors per a la integració de la xarxa o aplicacions fora de xarxa.Això millora l’eficiència de la conversió d’energia i dóna suport al desenvolupament d’energia neta.Per exemple, els sistemes solars a casa, DC és convertit per inversors per proporcionar una potència domèstica fiable.

Telecomunicacions: Les xarxes de telecomunicacions utilitzen DC per assegurar la potència de còpia de seguretat per a la infraestructura crítica.Les torres cel·lulars, els centres de dades i els equips de comunicacions sovint es connecten als sistemes de corrent continu per mantenir la potència durant les interrupcions elèctriques.Les bateries d’aquests sistemes emmagatzemen la potència de corrent continu, proporcionant una potència estable a les emergències i garantint el funcionament continuat de la xarxa.

Transport: DC s’utilitza habitualment en trens elèctrics, tramvies i sistemes de metro.Els sistemes de tracció de corrent continu proporcionen una acceleració eficient i controlable mitjançant motors de corrent continu, cosa que els fa ideals per al transport ferroviari.Aquesta aplicació millora l'eficiència energètica del transport alhora que redueix els costos operatius i l'impacte ambiental.

Electroplication: En electroplicació industrial, DC s'utilitza per dipositar recobriments metàl·lics en substrats.Controlant la tensió i el corrent, la velocitat de deposició de metalls es pot ajustar amb precisió per obtenir resultats electroplegadors d'alta qualitat.La tecnologia s’utilitza àmpliament en la indústria manufacturera, especialment en les indústries d’automoció, electrònica i decoració.

Soldadura: DC s’utilitza en soldadura per crear una descàrrega elèctrica entre l’elèctrode de soldadura i la peça.La calor de la descàrrega fon el metall, creant una fusió dels metalls.Aquest mètode de soldadura és comú a les indústries de construcció, fabricació i reparació i proporciona una connexió dura i duradora.

Recerca i proves: Els laboratoris utilitzen potència de corrent continu per a la investigació, les proves i la calibració.Els equips experimentals requereixen una font d’alimentació estable i precisa i DC pot satisfer aquestes necessitats.Per exemple, l’ús de DC per provar components electrònics garanteix la precisió i la fiabilitat dels resultats experimentals.

Aplicacions mèdiques: DC s’utilitza en dispositius mèdics com ara marcapasos, desfibril·ladors, eines d’electrocauteria i alguns equips de diagnòstic.Aquests dispositius es basen en DC per a un funcionament precís i controlat, garantint que els pacients rebin un tractament fiable i segur.Utilitzar DC en equipament mèdic no només pot millorar els resultats del tractament, sinó que també augmentar l’estabilitat i la vida dels equips.

En comprendre aquestes aplicacions, els usuaris poden comprendre la versatilitat i la importància de DC en diversos camps, garantint un rendiment eficaç i fiable en cada cas d’ús.

Aplicacions de CA

Figura 16: Aplicacions de CA

Transport i generació d'energia industrial: El corrent altern (CA) és essencial en els sistemes d’energia moderns, especialment per al transport i la generació d’energia industrial.Gairebé totes les cases i negocis es basen en les seves necessitats diàries de potència.En canvi, el corrent directe (DC) té un rang d’aplicacions més limitat perquè tendeix a escalfar -se durant la transmissió a llargues distàncies, cosa que augmenta els riscos i els costos d’incendi.A més, és difícil que DC converteixi l’alta tensió i el corrent baix en baixa tensió i corrent alt, mentre que l’AC pot fer -ho fàcilment amb un transformador.

Electrodomèstics: CA potencia motors elèctrics, que converteixen energia elèctrica en energia mecànica.Els electrodomèstics com ara refrigeradors, rentaplats, eliminats d’escombraries i forns es basen en l’AC per funcionar.Els motors d’aquests electrodomèstics utilitzen CA per realitzar diverses funcions mecàniques.L’AC és la font d’alimentació preferida per a dispositius domèstics per la seva fiabilitat i comoditat.

Dispositius amb bateria: Tot i que l’AC és dominant, DC és adequat per a dispositius amb bateria.Aquests dispositius se solen carregar a través d’un adaptador que converteix l’AC en DC, com ara un adaptador AC/DC que es connecta a una presa de paret o connexió USB.Entre els exemples s’inclouen llanternes, telèfons mòbils, televisors moderns (amb adaptadors AC/DC) i vehicles elèctrics.Tot i que aquests dispositius funcionen amb potència de corrent continu, la seva font d’alimentació sol ser CA, amb la conversió que gestiona un adaptador.

Sistema de distribució: L’AC té avantatges significatius en el sistema de distribució.Mitjançant els transformadors, l’AC es pot convertir fàcilment en diferents tensions per satisfer diverses necessitats d’energia.Els transformadors dificulten l’obtenció de la mateixa funció en els sistemes de corrent continu, de manera que l’AC és més flexible i eficient en la distribució d’energia.La transmissió d’alta tensió pot reduir eficaçment la pèrdua d’energia, cosa que és especialment important per a la transmissió de llarga distància.Si suposem que la tensió d’alimentació és de 250 volts, el corrent és de 4 amperes, la resistència del cable és d’1 ohm i la potència de transmissió és de 1000 watts, segons la fórmula \ (p = i^2 \ vegades r \), la pèrdua de potènciaés de 16 watts, que mostra l’avantatge de la transmissió d’alta tensió en la reducció de pèrdues.

Figura 17: Sistema de distribució d’energia de CA

Diferència entre la tensió de CA i DC

L’energia elèctrica es presenta de dues formes principals: corrent altern (CA) i corrent directe (DC).Tots dos s’utilitzen àmpliament en dispositius elèctrics, però difereixen molt en els seus usos, patrons de senyal i altres aspectes.A continuació, es detallen les principals diferències entre CA i DC.

Figura 18: Tensió de CA i voltatge de corrent continu

Definició i patró de senyal

La tensió de CA condueix un flux de corrent oscil·lant entre dos punts, amb la direcció del corrent canviant periòdicament.En canvi, la tensió de corrent continu produeix un corrent unidireccional entre dos punts, amb la direcció de la constant de corrent.La tensió de CA i el corrent varien amb el pas del temps, generalment formant una ona sinusoïdal, ona quadrada, ona trapezoïdal o ona triangular.DC pot ser pulsant o pur, amb una direcció i una amplitud constant.

Freqüència i eficiència

La freqüència de CA varia segons la regió, i 60 Hz són comunes a Amèrica del Nord i 50 Hz a Europa i altres regions.DC no té freqüència, de fet, la seva freqüència és zero.L’eficiència de CA oscil·la entre 0 i 1, mentre que l’eficiència de corrent continu és constant a 0. Això fa que l’AC sigui potencialment més eficient que DC en algunes aplicacions, especialment per a la transmissió de llarga distància.

Direcció i fluctuació actuals

La direcció de corrent de CA canvia constantment, provocant que els seus valors de tensió i de corrent fluctuin amb el pas del temps.La direcció de corrent de corrent continu continua sent consistent i els valors de tensió i de corrent són estables.Això fa que l’AC sigui adequat per a càrregues dinàmiques, mentre que DC és més adequat per a fonts d’energia estables.

Fonts de potència i conversió

L’AC sol produir -se per generadors i es pot convertir fàcilment en tensions diferents mitjançant transformadors, facilitant una transmissió de potència eficient.DC sol provenir de bateries o bateries d’emmagatzematge.Convertir DC a AC requereix un inversor mentre que la conversió de CA a DC requereix un rectificador.

Tipus d’adaptabilitat i càrrega

L’AC pot gestionar una varietat de càrregues, incloent capacitança, inductància i resistència.DC és principalment adequat per a càrregues resistents.Aquesta versatilitat fa que l’AC s’utilitzi àmpliament en equips domèstics i industrials, com ara rentaplats, refrigeradors i torradores.DC és comú en dispositius portàtils i electrònica, com ara telèfons mòbils, televisors LCD i vehicles elèctrics.

Seguretat i aplicacions

Tant AC com DC són inherentment perillosos, però DC és generalment més perillós a causa de la seva direcció de corrent constant i una major densitat de corrent.L’AC s’utilitza principalment en equips domèstics i industrials d’alta potència, mentre que DC predomina en dispositius portàtils i electrònics alimentats per bateries.

Transmissió i pèrdues de potència

L’AC es pot transmetre de manera eficient sobre sistemes de corrent directe d’alta tensió (HVDC), minimitzant les pèrdues a llargues distàncies.Tot i que DC també es pot transmetre a través dels sistemes HVDC, el seu ús en la transmissió de potència és menys comú.Els sistemes HVDC són altament avançats i són especialment adequats per a aplicacions on cal reduir les pèrdues de tensió.

Tipus i anàlisis d’escombrar

L’anàlisi de freqüència de l’AC s’utilitza per calcular la resposta de tensió de petit senyal d’un circuit.La funció SWEEP de corrent continu calcula el punt de funcionament d’una font d’alimentació especificada sobre un rang de valors de tensió, normalment en increments predefinits.La funció Sweep de corrent continu és compatible amb qualsevol font d’alimentació amb un component DC variable, té taxes d’escombratge que van des de 100 mil·lisegons fins a 10.000 segons i pot funcionar mitjançant una forma d’ona de rampa o triangular.

Figura 19: Diferències entre CA i DC

Com convertir la tensió de CA a la tensió de corrent continu

La conversió de corrent altern (CA) a corrent directe (DC) és essencial en l'electrònica de potència.Aquest procés utilitza diverses tècniques i dispositius, cadascuna amb característiques i aplicacions específiques.A continuació, es mostren tres maneres comunes de convertir la tensió de CA en voltatge de corrent continu: rectificadors, convertidors rotatius i fonts d’alimentació en mode de commutació (SMPs).

Figura 20: Diagrama de circuit d’alimentació d’alimentació AC a corrent continu

Rectificadors

Els rectificadors es converteixen AC a DC en una sèrie de passos:

• Reducció de tensió: L’AC d’alta tensió és més eficient de transmetre, però la tensió s’ha de reduir per a un ús segur.Un transformador cap avall utilitza la relació de gir entre les bobines primàries i secundàries per reduir la tensió.La bobina primària té més voltes, convertint la tensió alta en una tensió inferior i útil.

• Conversió de CA a DC: Després de reduir la tensió, s’utilitza un rectificador per convertir l’AC a DC.És comú un rectificador de pont complet amb quatre díodes.Aquests díodes s’alternen entre els mig cicles positius i negatius de l’AC per produir DC pulsant.Dos díodes condueixen durant el mig cicle positiu i els altres dos realitzen durant el mig cicle negatiu, aconseguint la rectificació d'ona completa.

• Millora de forma d'ona de corrent continu: La forma d'ona de corrent continu rectificada té pulsacions i fluctuacions.Els condensadors suavitzen la forma d’ona emmagatzemant l’energia quan s’aixeca la tensió d’entrada i l’allibera quan la tensió cau, donant lloc a una sortida més suau de corrent continu.

• Tensió DC estabilitzada: El circuit integrat del regulador de tensió (IC) estabilitza la tensió de corrent continu a un valor constant.Les IC com els 7805 i el 7809 regulen la sortida a 5V i 9V, respectivament, proporcionant una font d’alimentació estable.

Convertidor rotatiu

Un convertidor rotatiu és un dispositiu mecànic que converteix la potència de CA en potència de corrent continu mitjançant energia cinètica i inducció electromagnètica.

• Estructura i funció: Consisteix en una armadura giratòria i una bobina d’excitació.La potència de CA és rectificada per un commutador integrat al bobinatge del rotor per produir potència de corrent continu.

• Funcionament: La bobina energitzada gira, emocionant el bobinatge de camp fix, produint una potència de corrent continu estable.També es pot utilitzar com a generador de CA a causa dels anells de lliscament de CA.

Alimentació de commutació (SMPS)

Una font d’alimentació de commutació (SMPS) és un circuit electrònic altament eficient que converteix la potència de CA en potència de corrent continu.

• Rectificació i filtratge: La potència de CA es converteix primer en potència de corrent continu per un rectificador i després es suavitza per un filtre.

• Conversió d’alta freqüència: La potència DC suavitzada està processada per elements de commutació d’alta freqüència (com MOSFETs) i es converteix en potència de CA d’alta freqüència.La modulació de l'amplada de pols (PWM) controla la tensió de sortida i el corrent.

• Transformació i rectificació: La potència de CA d’alta freqüència està regulada per un transformador i després es converteix en potència de corrent continu per un rectificador.

• Filtratge de sortida: Finalment, la potència de corrent continu passa per un filtre de sortida per suavitzar encara més la forma d'ona i proporcionar una font d'alimentació DC estable.

Els SMP s’utilitzen habitualment en fonts d’alimentació informàtica, TV i carregadors de bateries per la seva eficiència i flexibilitat.Seguint aquests mètodes, podeu convertir eficaçment la tensió de CA en voltatge de corrent continu, garantint una font d’alimentació fiable per a una varietat de dispositius electrònics.

Conclusió

DC i AC tenen cadascun avantatges i escenaris d’aplicació únics.DC s’utilitza àmpliament en dispositius electrònics, vehicles elèctrics i sistemes d’energia renovable a causa de la seva estabilitat i una transmissió eficient d’energia;mentre que l’AC és més freqüent en les llars, les indústries i la transmissió d’energia de llarga distància a causa de la seva fàcil conversió de tensió i la seva transmissió eficient.En termes de mesurament i regulació, comprendre els principis bàsics i els procediments operatius de DC i AC pot assegurar el funcionament segur i estable del sistema d’alimentació.Mitjançant l’anàlisi en profunditat d’aquest article, els lectors no només poden dominar els coneixements bàsics de DC i AC, sinó que també aplicar aquest coneixement a la pràctica per millorar el seu nivell tècnic i l’eficiència laboral.Espero que aquest article pugui proporcionar una referència i orientació valuoses per als tècnics i els aficionats a l’enginyeria elèctrica.

Preguntes més freqüents [FAQ]

1. Com es prova AC VS DC?

Per provar si el corrent és CA o DC, podeu utilitzar un multímetre.Primer, ajusteu el multímetre al mode de prova de tensió.Si no esteu segurs de quin tipus d’origen d’alimentació utilitzeu, es recomana provar primer a la posició de CA.Toqueu els bolígrafs de prova vermell i negre als dos extrems de la font d’alimentació.Si el multímetre mostra un valor de tensió, és CA;Si no hi ha resposta, canvieu a la posició de corrent continu i torneu a provar.Si en aquest moment mostra un valor de tensió, és DC.Assegureu -vos que el rang multímetre és adequat quan es fa servir per evitar danys al mesurador.

2. Com convertir DC en AC?

El dispositiu que s’utilitza normalment per convertir DC a CA s’anomena inversor.L’inversor accepta l’entrada de corrent continu i canvia contínuament la direcció del corrent a través del disseny del circuit intern (normalment utilitzant transistors o mosfets com a interruptors) per generar CA.L’elecció de l’inversor adequat depèn de la tensió i la freqüència de sortida, així com del tipus de càrrega que vulgueu conduir.Per exemple, quan escolliu un inversor per a un sistema solar domèstic, heu d’assegurar -vos que la seva tensió de sortida i la seva freqüència coincideixen amb els aparells domèstics.

3. Com saber si DC o AC?

A més d’utilitzar un multímetre, també podeu fer un judici preliminar observant el tipus i el logotip del dispositiu de càrrega.Normalment, la tensió i el tipus d’entrada estan marcats als electrodomèstics domèstics.Si es marca "DC", vol dir que és necessari DC.A més, si la font d’alimentació és una bateria o un paquet de bateries, gairebé sempre surt de corrent continu.Per a fonts de potència desconegudes, la forma més segura i eficaç és utilitzar un multímetre per confirmar.

4. Les bateries són AC o DC?

Les bateries surten corrent directe (DC).Les bateries generen energia elèctrica mitjançant reaccions químiques i el resultat és un corrent unidireccional estable, adequat per a dispositius portàtils i dispositius electrònics que requereixen un subministrament de potència estable i continu.

5. És corrent de CA més ràpid que DC?

La resposta a aquesta pregunta depèn de la definició de "ràpid".Si es refereix a la velocitat del flux de corrent, de fet, la velocitat amb què els electrons es mouen en un conductor (velocitat de deriva d’electrons) és molt lenta, ja sigui CA o DC.Però si es considera l’eficiència i la velocitat de la transmissió de potència, l’AC es pot transmetre fàcilment a alta tensió mitjançant un transformador, reduint així la pèrdua d’energia i és adequada per a la transmissió de potència de llarga distància.Des d'aquesta perspectiva, l'AC es considera sovint "més ràpida" en termes de transmissió d'energia i més adequada per a xarxes d'energia a gran escala.DC també mostra avantatges en determinades aplicacions modernes (com ara centres de dades o a través de determinats tipus de tecnologia de transmissió de llarga distància), especialment pel que fa a la reducció de pèrdues d’energia.