Striedavý prúd (AC) je elektrický prúd, ktorého veľkosť a smer sa mení v čase, na rozdiel od jednosmerného prúdu, ktorého smer zostáva konštantný. To znamená, že smer prúdu tečúceho v obvode sa neustále mení tam a späť — pri klasickom napäťovom zdroji striedavého napätia sa to deje pravidelne a opakovane v čase.
Priebeh signálu a základné pojmy
Obvyklým priebehom striedavého elektrického obvodu je sínusoida, pretože pri sínusovom priebehu dochádza k najefektívnejšiemu prenosu energie a minimalizácii nežiaducich harmonických. Sínusový signál možno popísať rovnicou v(t) = Vmax · sin(ωt + φ), kde Vmax je amplitúda, ω = 2πf je uhlová frekvencia a φ je fázový posun.
Pre praktické merania sa často používa efektívna (RMS) hodnota napätia alebo prúdu. Pre ideálnu sínusovú vlnu platí Vrms = Vmax / √2. Napríklad nominálne napätie v domácich rozvodoch v Európe je 230 V (RMS), v USA býva typicky 120 V (RMS).
Frekvencia a perioda
Frekvencia f vyjadruje, koľkokrát sa priebeh opakuje za sekundu; jej jednotkou je hertz (Hz). Perioda T je inverzná hodnota frekvencie: T = 1 / f. V bežných elektrických sústavách sa používajú dve štandardné hodnoty:
- 50 Hz – väčšina Európy, Ázia, Afrika
- 60 Hz – Spojené štáty, Kanada, časť Južnej Ameriky
To znamená, že smer elektrického prúdu sa každú sekundu 50-krát alebo 60-krát zmení. V praxi sa zmena deje tak rýchlo, že napríklad žiarovka neviditeľne svieti bez zhasínania medzi zmenami smeru.
Rôzne tvarové priebehy a ich dôsledky
Hoci je sínus najpoužívanejší, v niektorých aplikáciách sa používajú iné priebehy, napríklad trojuholníkové alebo štvorcové vlny. Lacné výkonové meniče často vytvárajú štvorcovú (alebo približnú štvorcovú) vlnu s prestávkou medzi zmenou smeru. Takéto nie-sínusové signály majú vyššie harmonické zložky, ktoré môžu spôsobovať nežiadúce tepelné straty, rušenie a problémy s citlivou elektronikou.
Výroba, prenos a transformácia
Elektrická energia v podobe striedavého prúdu sa typicky vyrába v elektrárňach pomocou generátorov (alternátorov), kde mechanická energia otáčania magnetického poľa vytvára striedavé napätie. Striedavý prúd je výhodný pre prenos na dlhé vzdialenosti, pretože pomocou transformátorov sa dá ľahko meniť napätie — vysoké napätia znižujú prúdy a tým straty pri prenosoch.
Jednofázové a trojfázové sústavy
Pre distribúciu elektriny sa najčastejšie používajú jednofázové sústavy v domácnostiach a trojfázové sústavy v priemysle. Trojfázový systém zabezpečuje plynulý prenos výkonu a umožňuje efektívne napájať elektromotory a veľké spotrebiče.
Využitie striedavého prúdu
Keď sa hovorí o striedavom prúde, väčšinou sa myslí forma, v akej sa elektrická energia dodáva do podnikov a domácností. Striedavý prúd pochádza z elektrárne a je štandardom pre napájanie osvetlenia, zásuviek, spotrebičov a priemyselných zariadení. Okrem toho sú príkladmi striedavého prúdu aj zvukové a rádiové signály prenášané po elektrickom vedení. V týchto aplikáciách je často dôležitým cieľom obnovenie informácií zakódovaných (alebo modulovaných) na striedavom signáli.
Prevod medzi AC a DC
V mnohých zariadeniach sa striedavé napätie premení na jednosmerné pomocou usmerňovačov (diody, usmerňovacie mostíky) alebo riadených výkonových prvkov. Naopak, meniče a invertory prevádzajú jednosmerné napätie späť na striedavé pre napájanie motorov, z UPS systémov alebo pre obnoviteľné zdroje energie (napr. solárne panely + inverter).
Ďalšie dôležité pojmy
- Fázový posun – rozdiel v čase medzi dvoma sínusovými priebehmi (dôležité pri viacfázových systémoch a pri hodnotení výkonu).
- Účiník (power factor) – pomer činného výkonu k zdánlivému výkonu; pri inductívnych alebo kapacitných záťažiach sa účinník znižuje a treba ho kompenzovať.
- Harmonické – násobné frekvencie základnej frekvencie spôsobené nelineárnymi záťažami; môžu rušiť sieť a zariadenia.
Meranie a bezpečnosť
Striedavé napätie a prúd sa merajú multimetrami a osciloskopmi; pri nelineárnych alebo nesínusových priebehoch je vhodné použiť true RMS prístroje. Pri práci so striedavým prúdom platia bežné pravidlá elektrickej bezpečnosti: používať ochranné uzemnenie, prúdové chrániče, poistky a dbať na izoláciu a správne postupy pri zapájaní a údržbe.
Striedavý prúd je preto univerzálny a efektívny spôsob prenosu a distribúcie energie s množstvom praktických využití od domáceho osvetlenia až po priemyselné pohony a telekomunikácie.
