¿Por qué generamos voltaje sinusoidal?

Answer 1

¿Por qué sinusoides?

1. En general, una función de tiempo retiene su forma de onda cuando se multiplica por una constante, pero puede perder su forma cuando se integra o diferencia. Los cambios en la forma de onda pueden ocurrir en circuitos LTI que contienen elementos dinámicos (L, C o sus combinaciones). Aquí está el truco “Los sinusoides son invariables en su forma de onda cuando están sujetos a la diferenciación e integración en el dominio del tiempo”
2. Para una transmisión de energía eficiente y económica, se requiere generar energía a voltajes más bajos, transmitir a larga distancia a voltajes más altos y finalmente consumir a voltajes más bajos, esto nos lleva a “Transformador”. “Un transformador de dos devanados puede cambiar fácil y eficientemente los niveles de voltaje en un sistema de energía para voltajes sinusoidales”
3. Con la llegada de los dispositivos electrónicos de potencia (cargas no lineales), se produjeron caídas de tensión no sinusoidales a través de ellos, lo que resultó en un problema de armónicos del sistema de potencia. Los sinusoides nos ayudan a analizar dichos sistemas con formas de onda periódicas no sinusoidales. De hecho, gracias a Fourier y otros, una amplia clase de formas de onda periódicas y aperiódicas se puede expresar como una suma de sinusoides relacionados armónicamente. Usando la serie Fourier y las transformadas de Fourier, uno podría analizar cualquier circuito eléctrico para cualquier entrada arbitraria. El análisis sinusoidal encuentra el lugar de un rey en los sistemas de comunicación y control.
4. Alrededor del 80% de la carga de nuestro sistema de energía es un motor de inducción, la eficiencia del motor de inducción es máxima para un voltaje sinusoidal sobre otras formas de onda.

Y, por lo tanto, los alternadores están diseñados de tal manera que obtenemos una forma de onda de voltaje tan cercana a una forma de onda sinusoidal pura.

Answer 2

La mayor parte de nuestra generación eléctrica ha sido de generadores rotativos.

Si recuerdas alguna trigonometría de la escuela secundaria, los círculos y las ondas sinusoidales están muy relacionados. Para un punto que viaja en un círculo en el tiempo, la onda sinusoidal representa las posiciones Y del punto. Del mismo modo, para un campo magnético que viaja en un círculo, el campo magnético inducido en la armadura del generador será sinusoidal. Es por eso que el voltaje generado es un senoidal exactamente la misma frecuencia que el generador está girando.

En la práctica, tiende a funcionar muy bien. Un seno puro frente a una onda cuadrada u triangular tiene muchos aspectos prácticos.

• fácil de mantener equilibrado (sin DC)
• sin armónicos que facilitan el diseño del transformador
• Menos ruidoso de tratar (en términos de interferencia).

Answer 3

TODAS las formas de onda transitorias se pueden analizar como combinaciones de rampas, sesgos y ondas sinusoidales.

Simplemente girando un imán permanente dentro de un bucle de cable producirá una onda sinusoidal en los terminales del bucle.

Answer 4

Como lo menciona Kalinath, la diferenciación de la onda sinusoidal es coseno y viceversa. U puede preguntarse qué tiene que ver la función de diferenciación con la onda sinusoidal. Proviene del hecho obvio de que la corriente a través de un condensador es proporcional a la tasa de cambio de voltaje aplicado a él y el voltaje a través de un inductor es proporcional a la tasa de cambio de corriente que fluye a través de él. Entonces, dado que se aplica un voltaje de onda cuadrada al condensador y la corriente de onda cuadrada fluye a través de un inductor, la corriente y el voltaje resultantes serían de naturaleza pico, lo que no es deseable para un punto de vista de utilidad.

Entonces la forma de onda sinusodial es necesaria …

Answer 5

Las ondas sinusoidales facilitan una teoría más simple.

Para DC podemos usar la ley de Ohm para encontrar corrientes y voltajes. Para utilizar el mismo tipo de teoría para CA, la forma de la onda de corriente y la forma de la onda de voltaje deben ser similares, de lo contrario, la ‘resistencia’ varía durante cada ciclo.

Para resistencias esto no es un problema: la ley de Ohm es válida para AC.

Para condensadores, la corriente depende de la tasa de cambio del voltaje. Para inductores, el voltaje depende de la tasa de cambio de la corriente. Entonces, para mantener la ley de Ohm válida, necesitamos que las ondas tengan la misma forma que su tasa de cambio.

Las únicas formas de onda que llenan esa necesidad son sinusoidales y exponenciales. Los exponenciales no son CA, tampoco lo es la solución trivial de voltaje cero inmutable, corriente cero. Entonces, la única forma de onda que mantiene la ley de Ohm válida para AC es sinusoidal.

Usando sinusoides, generalmente puede averiguar qué hará un circuito usando álgebra. Para los no sinusoides, realmente necesitas cálculo. ¡Los ingenieros sensibles prefieren el álgebra al cálculo!

Un aparte acerca de las distancias que los ingenieros harán para evitar el cálculo: en la década de 1890, Oliver Heaviside inventó el “cálculo operacional” que transformó los problemas de cálculo encontrados en la teoría eléctrica en problemas de álgebra. Resolvió el álgebra y transformó la solución nuevamente para obtener resultados. No tenía justificación teórica para este método, pero funcionó para él. Obtuvo resultados demostrablemente correctos que otros teóricos no pudieron alcanzar. En la década de 1920, el cálculo operativo recibió cierto apoyo teórico, lo que condujo a la ‘integral de Bromwich’ que lo vinculaba con la transformación de Laplace, que era una teoría conocida y probada. ¡Muchas matemáticas pesadas para evitar el cálculo!

Answer 6

1. Es más fácil generar una onda sinusoidal.
2. Una onda sinusoidal es una frecuencia única. Entonces todo se puede optimizar para esa frecuencia.
3. Los armónicos más altos presentes en una onda no sinusoidal causan mayores pérdidas. Pérdidas capacitivas, pérdidas por corrientes parásitas, etc.

Answer 7

Un generador de CA, es decir, un alternador, producirá una salida de onda sinusoidal, debido a su geometría circular. Esto se debe a que el rotor corta el campo magnético en un punto donde se genera voltaje cero. Luego, a medida que gira, el voltaje generado es proporcional al seno del ángulo, hasta 90 grados, cuando el voltaje generado está en un pico. Luego disminuye durante los siguientes 90 grados de rotación, en proporción al seno del ángulo de rotación, de nuevo a cero en el punto cuando está a 180 grados de la posición inicial.

Para la próxima media rotación, sucede exactamente lo mismo, pero el voltaje es de la polaridad opuesta. Entonces, cuando el rotor vuelve a su posición inicial, ha creado una onda sinusoidal completa de voltaje. La velocidad de rotación se controla para que esto suceda (en los EE. UU.) Exactamente 60 veces por segundo, por lo que obtenemos una salida de onda sinusoidal de 60 ciclos.

Obviamente, todo esto sucede bastante rápido, con 60 rotaciones por segundo y 360 por minuto. Así es como se genera la energía monofásica. De hecho, la mayoría de los generadores están enrollados con tres conjuntos de polos y bobinados de rotor, de modo que el mismo proceso ocurre en tres posiciones diferentes, cada una con una separación de 120 grados. El generador produce tres ondas sinusoidales de salida, con un espacio de 120 grados, por lo tanto, nos da energía trifásica.

En su hogar, generalmente está usando solo una fase, es decir, la energía generada entre dos terminales adyacentes. Alguien más usa la segunda fase, y otra casa usa la tercera fase. Por supuesto, esto se extiende de modo que, en promedio, las cargas de usuarios de una sola fase se equilibran, utilizando cada una de las tres fases por igual, en un gran número de hogares.

¿Por qué no generamos, digamos, energía de onda cuadrada? Bueno, se pueden generar ondas cuadradas y eso ocurre en muchas máquinas digitales. Pero eso se hace electrónicamente, no mecánicamente. Intentar construir un generador de CA, alimentado por una turbina de vapor o agua, que generaría una onda cuadrada es extremadamente difícil y muy costoso. Además, tratar de transmitir una onda cuadrada crearía enormes pérdidas, y la inductancia (y capacitancia) propagada a través del sistema de distribución degradaría significativamente la forma de la onda. De hecho, funcionaría para convertir la entrada de onda cuadrada en una onda sinusoidal, en el extremo del usuario del sistema.

Afortunadamente, resulta que la forma de onda más eficiente para transmitir sobre líneas largas es una onda sinusoidal; y eso es lo más fácil y económico de generar. Por lo tanto, no es sorprendente que terminemos usando electricidad de CA de onda sinusoidal. Cualquier otra forma de onda costaría más generar, tener más pérdidas en la transmisión y, de todos modos, se degradaría para convertirse en una onda sinusoidal.

Answer 8

En cierto sentido, una señal sinusoidal es el tipo de señal “más pura”. Cualquier señal periódica puede representarse como una suma infinita de señales sinusoidales. Si excita un circuito lineal con una señal sinusoidal, todos los voltajes y corrientes resultantes en el circuito también serán sinusoidales. Este no sería el caso con ninguna otra forma de onda. Por estas razones, si puede comprender la respuesta de un circuito lineal a una señal sinusoidal, entonces puede conocer su respuesta a cualquier señal superponiendo las respuestas de todos los componentes sinusoidales del mismo.

No estoy seguro de si esto es exactamente lo que está buscando, pero espero que ayude.

Answer 9

Las ondas sinusoidales exhiben una poderosa propiedad de simetría de la siguiente manera: las funciones seno y coseno, que trabajan juntas, son invariables “bajo la operación de la traducción del tiempo”. Eso significa que puede comenzar con una onda sinusoidal, hacer cualquier cosa “lineal” (amplificarla, integrarla, diferenciarla, impulsarla a través de un sistema “lineal” complicado, etc.) y el producto final será el mismo forma de onda sinusoidal, que difiere solo en amplitud y / o un posible cambio de tiempo.
Las simetrías, cuando pueden identificarse y verificarse, pueden ayudar mucho a resolver o simplificar problemas en física y matemáticas.

Answer 10

Geometría.

El rotor en un generador gira en círculo a través del campo magnético.

Dos veces por revolución, los cables se moverán paralelos al campo, haciendo cruces por cero.

Dos veces por revolución cruzarán el campo en ángulos rectos, los picos positivo y negativo.

Debido a que estamos girando en un círculo, el ángulo de corte del campo por los cables variará con la leucemia sinusoidal.

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Answer 11

Porque VAC es fácil de generar. En la fábrica de electricidad, podemos obtener VAC si encendemos un generador (rotor) y es demasiado complejo y difícil crear y usar un regulador de voltaje que pueda generar VDC con alta corriente (si encuentra un regulador de voltaje que puede generar 110 o 220 VDC / 10 A).

Y si hay un accidente, VAC es más seguro que VDC en alta corriente. Cmiiw

Answer 12

Una onda sinusoidal es solo la proyección a lo largo del eje de tiempo de un círculo que gira a una velocidad constante. Es la función periódica más simple y ocurre en todas partes en la naturaleza cuando las cosas rotan.

Los generadores eléctricos giran, por lo que producen voltaje y corriente que es sinusoidal. Esa es su naturaleza.

Answer 13

Es una función natural. Hacemos girar una máquina con rotor que contiene un campo magnético a través de la parte del estator. Cuando el rotor pasa la parte “estacionaria”, induce una fem en el estator. Esto es circular A medida que el campo se acerca a estos devanados, aumenta gradualmente la salida eléctrica en los devanados estacionarios y también se descompone a medida que se va. Estirado con el tiempo obtienes una función seno.

Answer 14

La diferenciación de una onda sinusoidal es cosenoidal, que también es una onda sinusoidal con un cambio de fase de 90 grados, lo mismo con la integración.
puede representar cualquier tipo de forma de onda en función de la forma de onda sinusoidal utilizando transformaciones de Fourier, y la generación de ondas sinusoidales también es menos compleja.

Answer 15

Porque las ondas sinusoidales son solo una frecuencia y se generan más fácilmente. Una onda triangular u cuadrada tiene un conjunto casi infinito de armónicos que generan ruido y no corren a través de transformadores, así como donde la onda tiene una sola frecuencia.

Answer 16

¿Alguna vez has mirado las olas en un pequeño estanque, cuando el agua está parada y arrojas una piedra para hacer olas?

la naturaleza nos ha dado el hermoso regalo, llamado la función Seno, que forma las bases de todas las funciones periódicas.

Simplemente golpee una cuerda del arpa o simplemente haga que un péndulo se balancee, generarían una onda sinusoidal … Siempre que tenga una sola frecuencia, es onda sinusoidal u onda cosenoidal …

Entonces, es la forma de onda más simple, natural y básica y, por lo tanto, se genera, no generamos …

Answer 17

Es la única forma de onda que produce campos magnéticos giratorios. Por lo tanto, podemos operar todos nuestros motores. Créeme, esta es la mejor respuesta. Tengo que saber esto de Made Easy Faculty of Machines – Hamid Sir.