Wisselstroomsituaties

Wisselstroomsituaties zijn situaties in de elektrotechniek waarin systemen worden aangedreven door wisselstroom (AC) in plaats van gelijkstroom (DC). AC wordt wereldwijd gebruikt in elektriciteitsnetten en in veel huishoudelijke en industriële toepassingen, omdat spanningsomzetting met transformatoren eenvoudig is en hoogspanningsdistributie mogelijk wordt gemaakt.

Een AC-signaal is doorgaans een sinusvormige golf met een frequentie f (meestal 50 Hz in Europa en 60 Hz in vele andere regio’s). De spanning en stroom variëren in tijd en worden vaak uitgedrukt als RMS-waarden. Belangrijke begrippen zijn actief vermogen P, reactief vermogen Q en schijnbaar vermogen S, met P = VI cos(phi), Q = VI sin(phi) en S = VI, waarbij phi de fasehoek tussen spanning en stroom aangeeft. In de analyse worden complexe impedanties gebruikt: Z = R + jX, waarbij X = XL − XC, met XL = ωL en XC = 1/(ωC).

Een wisselstroomsysteem bestaat meestal uit elementen als weerstanden (R), inductoren (L) en condensatoren (C). Samen bepalen deze onderdelen de impedantie, de fase van de stroom en de verhouding tussen spanning en stroom. Resonantie kan optreden wanneer XL = XC, wat de impedantie sterk beïnvloedt. Bij niet-lineaire belastingen kunnen naast de hoofd-harmonische frequenties ook harmonische componenten optreden, waardoor de spannings- en stroomvormen afwijken van een zuivere sinus.

Toepassingen omvatten energiedistributie, motoren en transformatoren; vaak wordt AC eerst getransformeerd en vervolgens, waar nodig, geconverteerd naar DC met rectificatiesystemen voor elektronische apparaten. Bij het ontwerp en onderhoud van wisselstroomsituaties ligt de aandacht op frequentie, impedantie, vermogen en netkwaliteit, evenals veiligheid en naleving van regelgeving.