Elektronik Grundläggande: Vad är växelström? - dummies

Växelström är av avgörande betydelse för elektroniken av en enkel anledning: Den elektriska strömmen som du kan komma åt genom att ansluta en krets till ett vägguttag råkar vara alternerande nuvarande.

Elektrisk ström som strömmar kontinuerligt i en enda riktning kallas en likström eller DC . I en likströmskrets är strömmen orsakad av elektroner som alla rader upp och rör sig i en riktning.

Inom en trådbärande likström hoppar elektroner från atom till atom medan de rör sig i en enda riktning. Således kommer en given elektron som börjar sin trek i ena änden av tråden så småningom att hamna i den andra änden av tråden.

I växelström rör sig inte elektronerna i en enda riktning. Istället hoppar de från atom till atom i en riktning ett tag, och vänd sedan och hoppa från atom till atom i motsatt riktning. Varje gång ändras elektronerna riktning. I växelström rör sig inte elektronerna stadigt framåt. I stället flyttar de bara fram och tillbaka.

Om elektronerna i växelriktningsväxelriktningen, vrider strömriktningen och spänningen på kretsen sig själv. I offentliga kraftdistributionssystem i USA, (inklusive hushållsström), spänner spänningen sig själv 60 gånger per sekund. I vissa länder vänder spänningen sig 50 gånger per sekund.

Den hastighet vid vilken växelström reverserar riktningen kallas dess frekvens , uttryckt i hertz. Således är standardhushållets ström i USA 60 Hz.

I en växelströmskrets ändras alltid spänningen och därför strömmen. Spänningen omväxlar emellertid inte omedelbart polariteten. I stället ökar spänningen stadigt från noll tills den når maximal spänning, som kallas toppspänning .

Sedan börjar spänningen minska igen till noll. Spänningen reverserar då polariteten och sjunker under noll, igen på toppspänningen men negativ polaritet. När den når den maximala negativa spänningen börjar den klättra tillbaka igen tills den når noll. Då upprepar cykeln.

Den svängande spänningsbyten är viktig på grund av det grundläggande förhållandet mellan magnetfält och elektriska strömmar. När en ledare (såsom en tråd) rör sig genom ett magnetfält inducerar magnetfältet en ström i ledningen. Men om ledaren är stationär i förhållande till magnetfältet induceras ingen ström.

Fysisk rörelse är inte nödvändig för att skapa denna effekt. Om ledaren stannar i ett fast läge men då magnetfältets intensitet ökar eller minskar (det vill säga om magnetfältet expanderar eller kontraherar) induceras en ström i ledaren samma som om magnetfältet fixerades och ledaren rörde sig fysiskt över fältet.

Eftersom spänningen i en växelström alltid antingen ökar eller minskar då polariteten svänger från positiv till negativ och tillbaka igen, är magnetfältet som omger strömmen alltid antingen kollapsande eller expanderande. Så om du placerar en ledare inom detta expanderande och kollapsande magnetfält, kommer växelström att induceras i ledaren.

Det verkar som magi! Med växelström är det möjligt att ström i en tråd för att inducera ström i en angränsande tråd, även om det inte finns någon fysisk kontakt mellan ledningarna.

Bottenlinjen är detta: Växelström kan användas för att skapa ett förändrat magnetfält, och byte av magnetfält kan användas för att skapa växelström. Detta förhållande mellan växelströms- och magnetfält gör det möjligt att använda tre viktiga enheter:

• Generator: En enhet som genererar växelström från en roterande källa, såsom en turbin som drivs av flytande vatten eller ånga eller en väderkvarn. Alternatorer arbetar genom att använda den roterande rörelsen för att rotera en magnet som placeras i en trådspole. När magneten roterar rör sig dess magnetfält, vilket inducerar en växelström i den spolade tråden.

• Motor: Det motsatta av en generator. Den omvandlar växelström till roterande rörelse. I sin enklaste form är en motor helt enkelt en generator som är kopplad bakåt. En magnet är monterad på en axel som kan rotera; magneten är placerad i varv av en trådspole.

  När växelström appliceras på spolen, orsakar det stigande och fallande magnetfältet som skapas av strömmen magneten att snurra, vilket vrider axeln.

• Transformator: Består av två trådspolar placerade i närheten. Om en växelström är placerad på en av spolarna, kommer det kollapsande och expanderande magnetfältet att inducera en växelström i den andra spolen.