keuntungan arus AC dalam sistem tenaga listrik

apa itu Alternating Current/Arus bolak-balik?

Kebanyakan siswa listrik memulai studi mereka dengan apa yang dikenal sebagai arus searah (DC), yang listrik mengalir dalam arah yang konstan, dan / atau yang memiliki tegangan dengan polaritas konstan. DC adalah jenis listrik yang dibuat oleh baterai (dengan terminal positif dan negatif pasti), atau jenis muatan yang dihasilkan dengan menggosokkan beberapa jenis bahan terhadap satu sama lain.
Agar mudah memahami DC, itu bukan hanya “jenis” listrik yang digunakan. Beberapa sumber listrik (terutama, generator elektro-mekanis rotary) alami menghasilkan tegangan bolak-balik dalam polaritas, membalikkan positif dan negatif dari waktu ke waktu. Baik sebagai polaritas tegangan switching atau sebagai arah switching arus bolak-balik, ini “jenis” semacam listrik yang dikenal sebagai Alternating Current (AC).

Langsung vs arus bolak

Sedangkan simbol baterai akrab digunakan sebagai simbol umum untuk setiap sumber tegangan DC, lingkaran dengan garis bergelombang di dalam adalah simbol umum untuk setiap sumber tegangan AC.

Orang mungkin bertanya-tanya mengapa ada orang yang repot-repot dengan yang namanya AC. Memang benar bahwa dalam beberapa kasus AC tidak memiliki keunggulan praktis atas DC. Dalam aplikasi di mana listrik digunakan untuk menghilangkan energi dalam bentuk panas, polaritas atau arah arus tidak relevan, asalkan ada cukup tegangan dan arus dengan beban untuk menghasilkan panas yang diinginkan (disipasi daya). Namun, dengan AC adalah mungkin untuk membangun pembangkit listrik, motor dan sistem distribusi tenaga listrik yang jauh lebih efisien daripada DC, dan begitu kita menemukan AC digunakan sebagian besar penduduknya di seluruh dunia dalam aplikasi daya yang tinggi. Untuk menjelaskan rincian mengapa hal ini begitu, sedikit latar belakang pengetahuan tentang AC diperlukan.

Jika mesin akan dibangun untuk memutar medan magnet untuk serangkaian kumparan kawat stasioner dengan berpaling dari poros, tegangan AC akan diproduksi di kumparan kawat sebagai poros yang diputar, sesuai dengan Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik. Ini adalah prinsip operasi dasar dari sebuah generator AC, juga dikenal sebagai sebuah alternator.

Alternator operasi

Perhatikan bagaimana polaritas tegangan kumparan kawat membalikkan sebagai kutub berlawanan dari magnet yang berputar melewatinya. Terhubung ke beban, tegangan membalik polaritas ini akan membuat arah arus membalik di sirkuit. Semakin cepat poros alternator berpaling, magnet yang lebih cepat akan berputar, mengakibatkan tegangan dan arus bolak merubah arah yang lebih sering dalam jumlah waktu tertentu.

Sedangkan generator DC bekerja berdasarkan prinsip umum yang sama induksi elektromagnetik, konstruksi mereka tidak sesederhana AC. Dengan generator DC, kumparan kawat dipasang di poros yang mana magnet adalah alternator pada AC, dan sambungan listrik dibuat untuk kumparan berputar melalui “sikat” karbon stasioner menghubungi strip tembaga pada poros berputar. Semua ini diperlukan untuk beralih merubah output polaritas gulungan untuk rangkaian eksternal sehingga sirkuit eksternal menjadi polaritas yang konstan.

Operasi generator DC

Generator yang ditunjukkan di atas akan menghasilkan dua pulsa tegangan tiap putaran poros,pulsa dalam arah yang sama (polaritas). Agar generator DC menghasilkan tegangan konstan, kura-kira pulsa tegangan sekali setiap 1/2 putaran, ada beberapa set koil melakukan kontak intermiten dengan kuas. Diagram ditunjukkan di atas sedikit lebih sederhana dari apa yang akan Anda lihat dalam kehidupan nyata.

Masalah yang terlibat dengan pembuatan dan perusak kontak listrik dengan koil yang bergerak harus kentara (bunga api dan panas), terutama jika poros generator ini berputar dengan kecepatan tinggi. Jika suasana di sekitar mesin mengandung uap yang mudah terbakar atau mudah meledak, masalah praktis kontak sikat menimbulkan bunga api akan lebih besar. Sebuah generator AC (alternator) tidak memerlukan sikat dan komutator untuk bekerja, dan begitu juga kebal terhadap masalah yang dialami oleh generator DC.

Manfaat lebih AC daripada DC berkaitan dengan desain generator juga tercermin dalam motor listrik. Sementara DC motor memerlukan penggunaan kuas untuk melakukan kontak listrik dengan kumparan bergerak dari kawat, motor AC tidak. Bahkan, AC dan DC desain motor sangat mirip dengan generator mereka (identik demi tutorial ini), motor AC yang tergantung pada medan magnet membalikkan dihasilkan oleh arus bolak-balik melalui gulungan stasioner dalam kawat untuk memutar magnet berputar di sekitar poros nya, dan motor DC yang tergantung pada kontak sikat yang membuat dan merusak koneksi untuk membalikkan arus melalui kumparan berputar setiap rotasi 1 / 2 (180 derajat).

Jadi kita tahu bahwa generator dan motor AC cenderung lebih sederhana dari generator DC dan motor DC. Hal ini berarti relatif sederhana menjadi keandalan yang lebih besar dan biaya yang lebih rendah dari manufaktur. Tapi untuk apa lagi AC baik? Tentunya harus ada yang lebih dari detil desain generator dan motor! Memang ada. Ada pengaruh elektromagnetik yang dikenal sebagai saling induksi, dimana dua atau lebih gulungan kawat ditempatkan sehingga medan magnet yang berubah diciptakan oleh satu menginduksi tegangan pada yang lain. Jika kita memiliki dua kumparan saling induksi dan memberi energi satu kumparan dengan AC, maka akan terbuat tegangan AC di koil lainnya. Ketika digunakan sebagai demikian, perangkat ini dikenal sebagai trafo.

transformer “mengubah” tegangan dan arus AC.

Makna mendasar dari sebuah transformator adalah kemampuannya untuk menaik atau menurun tegangan dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Tegangan induksi AC dalam unpowered (“sekunder”) kumparan adalah sama dengan tegangan AC di powered (“primer”) kumparan dikalikan dengan rasio kumparan sekunder berubah menjadi kumparan primer bergantian. Jika kumparan sekunder adalah menyalakan beban, arus melalui kumparan sekunder hanya kebalikan: koil primer saat ini dikalikan dengan rasio utama untuk berubah sekunder. Hubungan ini memiliki analogi mekanis yang sangat dekat, menggunakan torsi dan kecepatan untuk mewakili tegangan dan arus.

Penambahan kecepatan gear dengan torsi turun dan kecepatan naik. transformator penurun tegangan dengan tegangan turun dan arus naik.

Jika rasio berliku dibalik sehingga kumparan primer ternyata kurang dari kumparan sekunder transformator “penaik” tegangan dari tingkat sumber ke tingkat yang lebih tinggi pada beban.

Pengurangan kecepatan gear dengan torsi naik dan kecepatan turun. transformator penaik tegangan dengan tegangan naik dan arus turun.

transformator kemampuan untuk naik atau turun tegangan AC dengan mudah memberikan keuntungan AC yang tak tertandingi oleh DC dalam bidang distribusi daya dalam gambar di bawah ini . Ketika transmisi tenaga listrik jarak jauh, itu jauh lebih efisien untuk melakukannya dengan tegangan naik dan arus turun (kawat kecil-diameter dengan dikurangi kerugian daya resistif), maka langkah tegangan kembali turun dan arus naik kembali ke industri, bisnis, atau penggunaan konsumen.

Transformers jarak jauh memungkinkan transmisi tegangan tinggi efisien energi listrik.

teknologi Transformer telah membuat distribusi tenaga listrik jangka panjang praktis. Tanpa kemampuan untuk secara efisien naik dan turun tegangan, itu akan menjadi biaya terlalu tinggi untuk membangun sistem tenaga listrik untuk apa pun kecuali jarak dekat (dalam beberapa mil paling banyak) digunakan.

Seperti yang berguna sebagai transformator, mereka hanya bekerja dengan AC, bukan DC. Karena fenomena induktansi bersama bergantung pada perubahan medan magnet, dan arus searah (DC) hanya dapat menghasilkan medan magnet yang stabil, transformer tidak akan bekerja dengan arus searah. Tentu saja, langsung saat ini dapat terganggu (berdenyut) melalui gulungan primer transformator untuk menciptakan medan magnet yang berubah (seperti yang dilakukan dalam sistem pengapian otomotif untuk menghasilkan tegangan tinggi spark plug daya dari baterai DC bertegangan rendah), tetapi berdenyut DC yang tidak berbeda dari AC. Mungkin lebih dari alasan lain, inilah sebabnya AC diaplikasikan secara luas seperti dalam sistem tenaga.