Grundlæggende vekselstrøm (AC)

Hvad er vekselstrøm?

Vekselstrøm (AC) er en strømtype, hvor både strøm og spænding ændrer sig periodisk over tid. I Danmark anvendes vekselstrøm med en frekvens på 50 Hz, hvilket betyder, at strømmen fuldfører 50 hele perioder og derved skifter retning 100 gange i sekundet.

Ved beregninger på vekselstrøm anvendes ofte vektordiagrammer. Disse viser forholdet mellem strøm og spænding, herunder om de er i fase, eller om den ene kommer før eller efter den anden.

Værdier i vekselstrøm

Når man arbejder med vekselstrøm, anvendes typisk tre forskellige værdier:

Værdi	Forklaring	Formel
Maksimalværdi \(U_{\max} / I_{\max}\)	Den største værdi, som spændingen eller strømmen når.	\[ U_{\max} = U_{\mathrm{eff}} \times \sqrt{2} \] \[ I_{\max} = I_{\mathrm{eff}} \times \sqrt{2} \]
Effektivværdi \(U_{\mathrm{eff}} / I_{\mathrm{eff}}\)	Den værdi, man normalt måler og regner med i praksis.	\[ U_{\mathrm{eff}} = \frac{U_{\max}}{\sqrt{2}} \] \[ I_{\mathrm{eff}} = \frac{I_{\max}}{\sqrt{2}} \]
Middelværdi \(U_{\mathrm{mid}} / I_{\mathrm{mid}}\)	Gennemsnitsværdien for en helbølgeensrettet sinusformet vekselstrøm.	\[ U_{\mathrm{mid}} = \frac{2 \times U_{\max}}{\pi} \] \[ I_{\mathrm{mid}} = \frac{2 \times I_{\max}}{\pi} \]

Belastningstyper i vekselstrøm

Der findes tre grundlæggende typer belastning i vekselstrømskredse:

Ohmsk belastning
Induktiv belastning
Kapacitiv belastning

Ohmsk belastning

Ved ohmsk belastning, for eksempel en modstand, er strøm og spænding i fase. Det betyder, at de topper samtidig.

\[ \varphi = 0^\circ \]

Impedans og reaktans

I vekselstrøm erstattes almindelig modstand af begrebet impedans (\(Z\)), som er den samlede modstand i kredsen.

\(Z\) måles i ohm (Ω)

Impedansen består af:

\(R\) = ohmsk modstand
\(X_L\) = induktiv reaktans
\(X_C\) = kapacitiv reaktans

Formlen for impedans i et seriekredsløb:

\[ Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2} \]

Effekt i vekselstrøm

I vekselstrøm arbejdes der med tre typer effekt:

Effekt	Forklaring	Formel
Aktiv effekt (\(P\))	Den effekt der omsættes til nyttigt arbejde. Måles i watt (W).	\[ P = U_{\mathrm{eff}} \times I_{\mathrm{eff}} \times \cos\varphi \]
Reaktiv effekt (\(Q\))	Effekt som pendler frem og tilbage i kredsen. Måles i VAr.	\[ Q = U_{\mathrm{eff}} \times I_{\mathrm{eff}} \times \sin\varphi \]
Tilsyneladende effekt (\(S\))	Den samlede effekt i kredsen. Måles i VA.	\[ S = U_{\mathrm{eff}} \times I_{\mathrm{eff}} \]

Sammenhængen mellem effekterne beskrives med effektfaktoren:

\[ \cos\varphi = \frac{P}{S} \]

Kapacitive kredsløb

Kapacitive belastninger findes i kondensatorer. Her kommer strømmen før spændingen.

\(X_C\) = kapacitiv reaktans
\(U_C\) = kapacitivt spændingsfald
\(C\) = kapacitans, målt i farad (F)

Kapacitiv reaktans beregnes som:

\[ X_C = \frac{1}{2 \pi f C} \]

Induktive kredsløb

Induktive belastninger findes i spoler. Her kommer spændingen før strømmen.

\(X_L\) = induktiv reaktans
\(U_L\) = induktivt spændingsfald
\(L\) = induktans, målt i henry (H)

Induktiv reaktans beregnes som:

\[ X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L \]

Fasevinkel \(\varphi\)

Fasevinklen \(\varphi\) beskriver forskydningen mellem strøm og spænding.

Ohmsk belastning: \(\varphi = 0^\circ\)
Induktiv belastning: strømmen halter bagefter spændingen
Kapacitiv belastning: strømmen løber foran spændingen

Formler:

\[ \cos\varphi = \frac{R}{Z} \]

\[ \sin\varphi = \frac{X_L - X_C}{Z} \]

\[ \tan\varphi = \frac{X_L - X_C}{R} \]

Note info

Redaktør: JP
Mail: JP@dkjones28.dk
Note ID: AXL8