Perioada și frecvența curentului alternativ
Acest termen „curent electric alternativ” trebuie înțeles ca un curent care se modifică în timp în orice fel, în conformitate cu conceptul de „cantitate variabilă” introdus în matematică. În inginerie electrică, totuși, termenul „curent electric alternativ” a ajuns să însemne un curent electric imputat într-o direcție (spre deosebire de curent electric cu direcție constantă) și, prin urmare, în mărime, deoarece este imposibil din punct de vedere fizic să ne imaginăm schimbări de direcție ale curentului electric fără modificări corespunzătoare de mărime.
Mișcarea electronilor într-un conductor, mai întâi într-o direcție și apoi în cealaltă, se numește oscilație de curent alternativ. Prima oscilație este urmată de a doua, apoi de a treia etc. Când curentul din fir oscilează în jurul său, are loc o oscilație corespunzătoare a câmpului magnetic.
Timpul unei oscilații se numește perioadă și este notat cu litera T. Perioada este exprimată în secunde sau în unități de fracțiuni de secundă.Acestea sunt: o miime de secundă este o milisecundă (ms) egală cu 10-3 s, o milioneme de secundă este o microsecundă (μs) egală cu 10-6 s, iar o miliardime de secundă este o nanosecundă (ns ) egal cu 10 -9 s.
Cantitate importantă caracteristică curent alternativ, este frecvența. Reprezintă numărul de oscilații sau numărul de perioade pe secundă și este notat cu litera f sau F. Unitatea de frecvență este herțul, numit după omul de știință german G. Hertz și prescurtat la literele Hz (sau Hz). Dacă o oscilație completă are loc într-o secundă, atunci frecvența este egală cu un hertz. Când au loc zece vibrații într-o secundă, frecvența este de 10 Hz. Frecvența și perioada sunt reciproce:
și
La o frecvență de 10 Hz, perioada este de 0,1 s. Și dacă perioada este de 0,01 s, atunci frecvența este de 100 Hz.
Frecvența este cea mai importantă caracteristică a curentului alternativ.Mașinile electrice și dispozitivele de curent alternativ pot funcționa normal numai la frecvența pentru care sunt proiectate. Funcționarea în paralel a generatoarelor și stațiilor electrice într-o rețea comună este posibilă numai la aceeași frecvență. Prin urmare, în toate țările frecvența curentului alternativ produs de centralele electrice este standardizată prin lege.
Într-o rețea electrică de curent alternativ, frecvența este de 50 Hz. Curentul curge de cincizeci de ori pe secundă într-un sens și de cincizeci de ori în sens opus. Își atinge valoarea amplitudinii de o sută de ori pe secundă și devine egală cu zero de o sută de ori, adică își schimbă direcția de o sută de ori când trece de valoarea zero. Lămpile conectate la rețea se sting de o sută de ori pe secundă și se aprind mai puternic de același număr de ori, dar ochiul nu observă acest lucru din cauza inerției vizuale, adică a capacității de a reține impresiile primite timp de aproximativ 0,1 s.
Când calculează cu curenți alternativi, aceștia folosesc și frecvența unghiulară, care este egală cu 2pif sau 6,28f. Nu trebuie exprimat în herți, ci în radiani pe secundă.
Cu frecvența acceptată a curentului industrial de 50 Hz, viteza maximă posibilă a generatorului este de 50 r / s (p = 1). Generatoarele cu turbine sunt construite pentru acest număr de rotații, adică generatoarele antrenate de turbine cu abur. Numărul de rotații al turbinelor hidraulice și al generatoarelor de hidrogen antrenate de acestea depinde de condițiile naturale (în primul rând de presiune) și fluctuează în limite largi, uneori scăzând la 0,35 — 0,50 rotații/sec.
Numărul de rotații are o mare influență asupra indicatorilor economici ai mașinii — dimensiuni și greutate Hidrogeneratoarele cu câteva rotații pe secundă au un diametru exterior de 3 până la 5 ori mai mare și cântăresc de multe ori mai mult decât generatoarele cu turbină cu aceeași putere cu n = 50 de rotații. La alternatoarele moderne, sistemul lor magnetic se rotește, iar firele în care sunt induse EMF sunt plasate în partea staționară a mașinii.
Curenții alternativi sunt de obicei împărțiți la frecvență. Curenții cu o frecvență mai mică de 10.000 Hz sunt numiți curenți de joasă frecvență (curenți LF). Pentru acești curenți, frecvența corespunde frecvenței diferitelor sunete ale vocii umane sau ale instrumentelor muzicale și, prin urmare, se numesc altfel curenți de frecvență audio (cu excepția curenților cu o frecvență sub 20 Hz, care nu corespund frecvențelor audio) . În inginerie radio, curenții de joasă frecvență sunt utilizați pe scară largă, în special în transmisia radiotelefonică.
Cu toate acestea, rolul principal în comunicațiile radio îl au curenții alternativi cu o frecvență peste 10.000 Hz, numiți curenți de înaltă frecvență sau frecvențe radio (curenți HF).Pentru măsurarea frecvenței acestor curenți se folosesc următoarele unități: kiloherți (kHz), egal cu o mie de herți, megaherți (MHz), egal cu un milion de herți și gigaherți (GHz), egal cu un miliard de herți. În caz contrar, kiloherți, megaherți și gigaherți reprezintă kHz, MHz, GHz. Curenții cu o frecvență de sute de megaherți și mai mare sunt numiți curenți de frecvență ultraînaltă sau ultraînaltă (UHF și UHF).
Stațiile radio funcționează folosind curenți alternativi HF cu o frecvență de sute de kiloherți și mai mare. În tehnologia radio modernă, curenții cu o frecvență de miliarde de herți sunt utilizați în scopuri speciale și există dispozitive care pot măsura cu precizie astfel de frecvențe ultra-înalte.