Lumea fizicii: Curentul alternativ

Curentul alternativ este un curent electric a cărui direcție se schimbă periodic, spre deosebire de curentul continuu, al cărui sens este unidirecțional. Forma de undă uzuală a curentului alternativ este sinusoidală. A fost descoperit de către Nikola Tesla în 1892.

Curentul alternativ apare ca urmare a generării unei tensiuni electrice alternative în cadrul unui circuit electric prin inducție electromagnetică. Forma alternativă (sinusoidală) a tensiunii/curentului este modul uzual de producere, transport și distribuție a energiei electrice.

Valoarea instantanee a curentului alternativ (i) are următoarea formulă:

$i(t)=I_\mathrm{max}\cdot\sin(\omega t)=I_\mathrm{ef}\cdot\sqrt{2}\cdot\sin(\omega t+\varphi)$ ,

unde

$\displaystyle I_{\rm max}$ este amplitudinea (valoarea maximă) a curentului (unitate: amper),
$\displaystyle I_{\rm ef}$ este valoarea efectivă a curentului (unitate: amper),
- Valoarea efectivă este egală cu valoarea unui curent continuu care produce aceleași efecte termice pe o durată egală cu un număr întreg de semiperioade . Este valoarea pe care o indică în general aparatele de măsură (ampermetrele).
$\displaystyle \omega$ este viteza unghiulară (unitate: radiani pe secundă)
- Viteza unghiulară este proporțională cu frecvența, $\omega = 2\,\pi\, f$ ; frecvența reprezintă numărul de cicluri complete petrecute într-o secundă (unitate = hertz); în România și majoritatea țărilor lumii aceasta este de 50Hz, în majoritatea țărilor americane, Corea, parțial Japonia, este 60Hz.

$\displaystyle t$ este timpul (unitate: secunda).
$\varphi$ este un defazaj între curent și tensiune introdus de sarcină. În cazul sarcinilor rezistive, φ este 0; în cazul sarcinilor pur capacitive φ este π/2 (+90°) (curentul este înaintea tensiunii) iar în cazul sarcinilor pur inductive φ este -π/2 (-90°) (curentul este în urma tensiunii -se „încurcă” între spirele bobinei). (unitate: radiani)

În mod analog, tensiunea alternativă u are următoarea formulă:

$u(t)=U_\mathrm{max}\cdot\sin(\omega t)=U_\mathrm{ef}\cdot\sqrt{2}\cdot\sin(\omega t)$ ,

unde

$\displaystyle U_{\rm max}$ este amplitudinea (valoarea maximă) a tensiunii (unitate: volt),
$\displaystyle U_{\rm ef}$ este valoarea efectivă a tensiunii (unitate: volt),
- Valoarea efectivă în rețeaua de distribuție monofazată casnică din România este de 230V. În Europa și majoritatea țărilor din Africa și Asia aceasta este între 200 și 245V; în Japonia, America de Nord și parțial în America de Sud se folosesc tensiuni între 100 și 127V.
$\displaystyle \omega$ este viteza unghiulară (unitate: radiani pe secundă)
$\displaystyle t$ este timpul (unitate: secunda).

În regim trifazat, tensiunile de fază (între fază și neutru), pe fiecare din cele trei faze (R, S, T), au următoarele formule:

$u_\mathrm{R}(t)=U_\mathrm{max}\cdot\sin(\omega t)=U_\mathrm{ef}\cdot\sqrt{2}\cdot\sin(\omega t)$

$u_\mathrm{S}(t)=U_\mathrm{max}\cdot\sin(\omega t+ \frac{2\cdot\pi}{3})=U_\mathrm{ef}\cdot\sqrt{2}\cdot\sin(\omega t+ \frac{2\cdot\pi}{3})$

$u_\mathrm{T}(t)=U_\mathrm{max}\cdot\sin(\omega t+ \frac{4\cdot\pi}{3})=U_\mathrm{ef}\cdot\sqrt{2}\cdot\sin(\omega t+ \frac{4\cdot\pi}{3})$

Deoarece în anumite rețele, în special de înaltă tensiune, neutrul nu este accesibil (sau chiar nu există), liniile trifazate sunt identificate după tensiunea de linie, adică tensiunea dintre oricare două faze. Aceasta este de $\sqrt{3}$ mai mare decât tensiunea de fază.

În cazul rețelelor de distribuție casnică din România tensiunea de linie este 400V iar cea de fază este de 230V curent alternativ

Curentul (alternativ) trifazic este un curent schimbător format prin înlănțuirea/împletirea a trei curenți variabili ale căror tensiuni sunt, permanent, reciproc defazate cu câte 120°(2П/3). Caracteristic pentru sistemul trifazic (împletirea celor trei curenți) este permanenta sumă "zero" a lor, fapt ce dă posibilitatea folosirii pentru transportul energiei electrice trifazice (trifazate) a doar trei conductori, numiți conductori de fază. Există tehnic și sistem de transport trifazic cu patru conductori în care cel de al patrulea conductor numit "conductor de nul" sau "neutru" nu este parcurs de curent (are tensiune electrică zero). Acest 4conductori-sistem se numește uzual: sistem trifazic "în stea". Specific pentru el este că tensiunea efectivă între oricare dintre conductorii de fază și cel neutru (U.deF.) este mai mică decât tensiunea electrică efectivă (U.deL.) dintre cei trei (luați evident în mod pereche). Această relație se citește uzual: tensiunea de fază (UdeF) este mai mică decât tensiunea de linie (UdeL). În sistemul casnic trifazic din România UdeF=230V iar UdeL=400V, iar conductorii de fază sînt denumiți R, S și T și (unde există) cel neutru N.

Lumea fizicii

duminică, 9 iunie 2013

Curentul alternativ

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu