交流(AC)と直流(DC)とは何かとその応用

交流(AC)と直流(DC)とは何かとその応用

交流と直流の両方が、回路を流れる2種類の電流を表します。直流では、電荷または電流は一方向に流れます。交流では、電荷は周期的に方向を変えます。電流の方向が変わるため、AC回路の電圧も逆になることがあります。 ほとんどのデジタル電子機器 DCを使用して構築します。ただし、いくつかのACの概念を理解するのは簡単です。ほとんどの家はACに配線されているので、Tardisメロディボックスプロジェクトをコンセントに接続するというアイデアがある場合は、 ACをDCに変換 。 ACには、変圧器のように単一のコンポーネントで電圧レベルを変換できるなど、いくつかの便利な特性もあります。そのため、最初は長距離に送電するAC手段を選択する必要があります。



交流(AC)とは

交流とは、周期的に方向を変える電荷の流れを意味します。その結果、電圧レベルも電流とともに反転します。 ACは、住宅、建物、オフィスなどに電力を供給するために使用されます。


ACの生成

ACは、オルタネーターと呼ばれる装置を使用して生成できます。このデバイスは特殊なタイプです 発電機 交流を生成するように設計されています。





交流を生成する

ACの生成

ワイヤーのループが磁場の中で回転し、ワイヤーに沿って電流が誘導されます。ワイヤーの回転は、蒸気タービン、風力タービン、流れる水などのさまざまなリソースから発生します。ワイヤーは定期的に回転して異なる磁気極性に入るので、電圧と電流がワイヤー上で交互になります。これは、この原理を示す小さなアニメーションです。



一連の水道管でACを生成するために、配管内の水を前後に移動させるピストンの機械的特性を接続します(「交流」電流)。

波形

ACは、電流と電圧が交互になっている限り、さまざまな波形で発生する可能性があります。オシロスコープをACの回路に接続してその電圧をプロットすると、長い間、さまざまな波形が表示される可能性があります。正弦波は最も一般的なタイプのACです。ほとんどの家庭やオフィスのACには、正弦波を生成する振動電圧があります。


正弦波

正弦波

ACの他の形式には、方形波と三角波が含まれます。方形波は、デジタルおよびスイッチング電子機器でよく使用され、それらの動作をテストします。

方形波

方形波

三角波は、増幅器などの線形電子機器のテストに役立ちます。

三角波

三角波

正弦波の記述

AC波形を数学的に説明する必要があることがよくあります。この例では、一般的な正弦波を使用します。正弦波には、周波数、振幅、位相の3つの部分があります。

電圧だけを見ると、正弦波の数式を説明できます。

V(t)= Vp sin(2πft+Ø)

V(t)は時間の関数としての電圧です。つまり、時間の変化に応じて電圧が変化します。

VPは振幅です。これは、正弦波がどちらの方向にも到達できる最大電圧を表します。つまり、電圧は+ VPボルト、-VPボルトになります。

sin()関数は、電圧が周期的な正弦波の形になることを示しています。これは、0V付近の滑らかな振動です。

2πは、周波数をサイクルまたはヘルツから角周波数(ラジアン/秒)に変換する定数です。

fは正弦波の周波数を示します。これは、ヘルツまたは1秒あたりの単位の形式で示されます。

tは従属変数です:時間(秒単位で測定)。時間の経過とともに、波形も変化します。

φは正弦波の位相を表します。位相は、波形が時間に対してどの程度シフトしているかを示す尺度です。多くの場合、0〜360の数値で示され、度で測定されます。正弦波は周期的であるため、波形を360°シフトすると、0°シフトした場合と同じ波形になります。簡単にするために、このチュートリアルの残りの部分では、位相が0°であると仮定します。

AC波形がどのように機能するかの良い例については、信頼できるコンセントを参照してください。米国では、私たちの家に供給される電力は、約170Vのゼロツーピーク(振幅)と60Hz(周波数)のACです。これらの数値を数式に代入して、方程式を得ることができます

V(t)= 170 sin(2π60t)

便利なグラフ電卓を使用して、この方程式をグラフ化できます。グラフ電卓が利用できない場合は、Desmosのような無料のオンライングラフ電卓を使用できます。

グラフ電卓

アプリケーション

家庭やオフィスのコンセントは、ほとんどの場合ACで使用されます。これは、長距離で比較的簡単にACを生成および転送できるためです。 110kVを超えるような高電圧では、送電で失われるエネルギーが少なくなります。電圧が高いほど電流が少なくなり、電流が低いほど抵抗のために電力線で発生する熱が少なくなります。 ACは、変圧器を使用して高電圧から簡単に変換できます。

ACはまた可能です 電気モーターへの電力供給 。モーターと発電機はまったく同じデバイスですが、モーターは変換します 電気エネルギー 力学的エネルギーに。これは、ACで動作する冷蔵庫、食器洗い機などの多くの大型家電製品に役立ちます。

直流(DC)とは

直流とは、一方向の電荷の流れを意味します。バッテリー、電源、太陽電池、熱電対、ダイナモなどの電源から製造されています。直流は、ワイヤなどの導体を流れる場合がありますが、電子ビームやイオンビームのように、絶縁体、半導体、または真空を流れることもあります。

DCの生成

DCはさまざまな方法で生成できます

  • 「整流子」と呼ばれる装置で準備されたAC発電機は直流を生成することができます
  • 「整流器」と呼ばれるデバイスのACからDCへの変換
  • バッテリーは、バッテリー内部の化学反応から生成されるDCを提供します

再び水のアナロジーを使用すると、DCは最後にホースが付いた水槽に似ています。

直流(DC)の生成

DCの生成

タンクは一方向にしか水を押し出すことができません:ホースから。 DC生成バッテリーと同様に、タンクが空になると、水がパイプを通って流れなくなります。

DCの説明

DCは、電流の「一方向」の流れとして定義され、電流は一方向にのみ流れます。電圧と電流は長時間変化する可能性があるため、流れの方向は変わりません。簡単にするために、電圧は一定であると仮定します。たとえば、バッテリーは1.5Vを供給します。これは、数式で次のように説明できます。

V(t)= 1.5V

これを時間の経過とともにプロットすると、一定の電圧が見られます

DCのプロット

DCのプロット

上のグラフは、ほとんどのDCソースを信頼して、時間の経過とともに一定の電圧を提供できることを意味します。実際には、バッテリーはゆっくりと放電します。つまり、バッテリーを使用すると電圧が低下します。ほとんどの場合、電圧は一定であると想定できます。

アプリケーション

すべて エレクトロニクスプロジェクト SparkFunで販売されている部品はDCで実行されます。バッテリーで動作するもの、ACアダプターで壁に差し込むもの、または電源にUSBケーブルを使用するものはすべてDCに依存しています。 DC電子機器の例は次のとおりです。

  • 携帯電話
  • 懐中電灯
  • LilyPadベースのD&Dダイスガントレット
  • 薄型テレビ(ACはテレビに接続され、DCに変換されます)
  • ハイブリッド車と電気自動車

したがって、これはすべて、交流、直流、およびその用途についてです。この概念をよりよく理解していただければ幸いです。さらに、この概念または 電気および電子プロジェクト 、下のコメントセクションにコメントして、貴重な提案をしてください。ここにあなたへの質問があります、 交流と直流の違いは何ですか

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