Probleme beim Verständnis von Wechselstrom (AC)

Strom oder irgendetwas anderes Energietragendes muss langfristig nicht "irgendwo hinkommen", um Energie zu liefern. Denken Sie daran, wie Kolben in einem Benzinmotor funktionieren. Sie gehen nur hin und her und "gehen nirgendwo hin", liefern aber dennoch Leistung an eine andere Stelle (die Kurbelwelle).

Wechselstrom ist ein bisschen wie die Kolben. Sie können immer noch nützliche Arbeit daraus extrahieren.

Eine andere Möglichkeit, Wechselstrom zu betrachten, ist der momentane Gleichstrom, der sich im Laufe der Zeit ändert. Nehmen wir an, der Strom folgt einer Sinusfunktion mit einer Spitzenamplitude von 1,41 A. An jedem Punkt des Zyklus fließt ein gewisser Momentanstrom, der irgendwo zwischen -1,41 A und +1,41 A liegt. Manchmal ist der Strom 0 und Sie können keine Arbeit daraus bekommen. In anderen Fällen ist es ungleich Null und Sie können. Wenn Sie den Zyklus in viele, viele Momentaufnahmen aufteilen, können Sie den äquivalenten durchschnittlichen Dauerstrompegel finden, aus dem Sie die gleiche Arbeit extrahieren könnten. Das ist der RMS-Wert (Root Mean Square), der in diesem Fall 1 A beträgt. Sie können jederzeit etwas mehr oder etwas weniger erhalten, aber im Durchschnitt über einen Zyklus entspricht dieser Wechselstrom 1 A Gleichstrom der Zweck, Arbeit zu extrahieren. Diese Mittelung der Momentaufnahmen ist eigentlich das Integral. Sie können es selbst aufschreiben und das Ergebnis sehen. Denken Sie daran, dass die Arbeit, die ein Strom leisten kann, proportional zum Quadrat dieses Stroms ist, weshalb die negativen Teile die positiven Teile nicht aufheben.

Und jetzt, Ihr Zen-Moment.

setzt den Zen-Hut auf

Denken Sie an Wellen an einem Strand. Sie gehen hinein, sie kommen heraus. Sie gehen hinein, sie kommen heraus. Nun, wenn Sie ein Mensch sind, der mit den Füßen im Sand steht, ist es relativ einfach, so zu tun, als würde sich nichts bewegen. Wenn Sie jedoch ein Einsiedlerkrebs oder eine Zebramuschel sind ...

Lassen Sie uns nun einige Sekunden lang die Bewegung der Wellen untersuchen. Wenn sie die Extreme der Bewegung erreichen (dh ganz nach innen oder ganz nach außen), scheinen sie vollkommen still zu stehen . Hm, interessant...

Jetzt fragen Sie sich vielleicht, wie kann eine sanfte, rhythmische, periodische Bewegung „etwas bewirken“? Bedenken Sie, dass jedes einzelne Sandkorn an diesem Strand früher Teil eines Berges war.

Nun gut, zumindest ein Felsbrocken.

Physik - die uns seit 650 v. Chr. das Gefühl gibt, verdammt unbedeutend zu sein.

entfernt Zen-Hut

Um Ihre Frage genauer zu beantworten, besteht der Wechselstrom aus einer Welle, die viel schneller ein- und ausgeht als die am Strand - im Allgemeinen mindestens 60-mal schneller.

Anstatt an Elektrizität zu denken, die von Punkt A nach Punkt B wandert, stellen Sie sich vor, sie sei das Ergebnis von Reaktionen zwischen Elektronen. Eine gute visuelle Darstellung ist Newton's Cradle .

Die Positionen der Lager ändern sich nicht, aber der Impuls (Energie) wird immer noch übertragen.

Ich sehe diese Frage die ganze Zeit und möchte diesen Input anbieten. Jeder scheint Gleichstrom zu verstehen, also betrachten wir für einen Moment einen Batterieschaltkreis mit einem positiven und einem negativen Anschluss. Der positive Anschluss hat eine positive Spannung und der negative Anschluss wird normalerweise als „Masse“ betrachtet und eine positive zu negative Verbindung vervollständigt den Stromkreis.

Wie hoch ist die Spannung am Pluspol? 5VDC? 9VDC? 12VDC? Es muss nicht repariert werden. Die "Spannung" am Pluspol kann fest, aber auch variabel sein.

In einer Wechselspannungsquelle erscheint die gesamte Spannung in Form einer Sinuswelle auf dem HEISSEN Draht. Es ist variabel von 0 V bis +Vpeak zurück auf 0 V, dann negativ bis -Vpeak und dann zurück auf 0 V. Der andere Draht, der zum Vervollständigen des Stromkreises erforderlich ist, ist der NEUTRAL, und sein einziger Zweck besteht darin, einen Rückweg bereitzustellen. Es ist keine „Masse“, es gibt keine „Masse“ in einer Wechselstromquelle. Die gesamte Spannung in einer Wechselstromquelle kommt vom HOT-Draht, weshalb es HOT genannt wird. In einer Wechselstromquelle wechselt das Spannungssignal auf dem HOT-Draht von 0 V zu +vPeak zurück zu 0 V, dann wird es negativ zu -vPeak und dann zurück zu 0 V.

Die Leute haben Schwierigkeiten, die Idee zu verstehen, dass die HOT negativ werden kann, weil sie versuchen, sie mit den Prinzipien von Gleichspannungen zu vergleichen, die die Rückleitung (Minuspol) als MASSE verwenden. Eine Wechselstromquelle hat keine "Masse". Der HOT-Draht trägt eine Sinuswelle, die sich ständig von 0 V zu +vPeak zurück zu 0 V, dann negativ zu -vPeak und dann zurück zu 0 V ändert – normalerweise abwechselnd etwa 60 Mal pro Sekunde in den USA, bei 60 Hz

Der 3. Draht, den Sie in einem Wechselstromstecker sehen, Masse genannt, ist nicht wie die Masse in einem Gleichstromkreis. In einem Wechselstromkreis ist diese „Masse“ ein zusätzlicher Draht, der normalerweise am anderen Ende intern mit dem Gerät verbunden ist und einen Sicherheitsweg bietet, damit Verbraucher keinen Stromschlag erleiden, falls etwas im Inneren des Geräts in Kontakt kommt mit dem HEIßEN Draht. Im Gegensatz zu Gleichstrom wird in einem Wechselstromkreis das Erdungskabel überhaupt nicht benötigt und hat nichts mit dem Wechselstromfluss im Gerät zu tun.

In einem Wechselstromkreis ist der NEUTRAL-Draht die Rückleitung für die Wechselspannung, die vom HOT-Draht fließt. Wenn wir einen Transformator mit Mittelanzapfung zwischen den HOT- und NEUTRAL-AC-Drähten anschließen, wird der Mittelabgriff dann zu einem "SPANNUNGSREFERENZPUNKT", der es uns ermöglicht, die +Spannung der Sinuswelle zu sehen, wo die HOT-Seite in den Transformator geht, und die - Spannung der Sinuswelle, wo der NEUTRAL-Draht in den Transformator geht. Die Spannung schaltet nicht zwischen NEUTRAL und HOT hin und her, der HOT-Draht führt eine Sinuswelle von 0 V zu +vPeak, dann zurück zu 0, hinunter zu -vPeak und dann zurück zu 0. Wiederum ist der NEUTRAL-Draht da, um zu vervollständigen die Schaltung - Es hat keine Quellenspannungen. Die gesamte Spannung in einem Wechselstromkreis kommt vom HEISSEN Draht.

Aus diesem Grund sind in einem Wechselstromkreis die Drähte mit HOT und NEUTRAL gekennzeichnet und zum Vervollständigen des Stromkreises erforderlich. Der dritte Draht, GROUND, dient nur zu Sicherheitszwecken. HOT trägt eine SINUSWELLE, NEUTRAL ist die Rückkehr und GROUND dient ausschließlich Sicherheitszwecken.

Noch eine Analogie.

Gleichstrom ist wie eine Kettensäge - die scharfen Bits bewegen sich bei der Arbeit (Holz schneiden) in eine Richtung und kehren dann an ihren ursprünglichen Ort zurück. Die Bewegung der Kette ist konstant.

Wechselstrom ist wie eine Handsäge – die scharfen Bits bewegen sich in eine Richtung, halten dann kurz an und bewegen sich dann in die entgegengesetzte Richtung.

Diese Analogie bricht mit dreiphasigem Wechselstrom zusammen. Dreiphasig ist gut, weil es keine Nullstellen gibt (Strom fließt immer zwischen mindestens zwei Drähten) und es ermöglicht, effiziente und zuverlässige Motoren ohne die Notwendigkeit komplexer Elektronik zu konstruieren.