Curent alternativ monofazat

Obținerea curentului alternativ

Dacă firul A este rotit în fluxul magnetic format de cei doi poli ai magnetului în sensul acelor de ceasornic (Fig. 1), atunci când firul traversează liniile câmpului magnetic, va induce e. d. s a căror valoare este determinată de expresie

E = Blvsinα,

unde B este inducția magnetică în T, l este lungimea firului în m, v este viteza firului în m / s, α - unghiul la care firul traversează liniile câmpului magnetic.

Fie B, I și v pentru acest caz rămân constante, apoi e indus. etc. c. va depinde numai de unghiul α la care firul traversează câmpul magnetic. Deci, la punctul 1, când firul se mișcă de-a lungul liniilor câmpului magnetic, valoarea emf indusă. etc. p va fi zero când firul se deplasează în punctul 3 oe. etc. v. va fi de cea mai mare importanță, întrucât liniile de forță vor fi străbătute de conductor pe direcția perpendiculară pe ele, iar în final, de ex. etc. v. va ajunge din nou la zero dacă firul este mutat în punctul 5.

Orez. 1. Modificarea e. indus. etc. pp. într-un fir care se rotește într-un câmp magnetic

În punctele intermediare 2 și 4, în care firul traversează liniile de forță la un unghi α = 45 °, valoarea emf indusă. etc. c. va fi în mod corespunzător mai mic decât la punctul 3. Astfel, atunci când firul este rotit de la punctul 1 la punctul 5, adică cu 180 °, e indus. etc. v. se schimbă de la zero la maxim și înapoi la zero.

Este destul de evident că la o rotație ulterioară a firului A printr-un unghi de 180 ° (prin punctele 6, 7, 8 și 1), natura modificării e indus. etc. p. va fi aceeași, dar direcția sa se va schimba în sens opus, deoarece firul va traversa liniile câmpului magnetic deja sub celălalt pol, ceea ce echivalează cu traversarea lor în prima direcție opusă.

Prin urmare, atunci când firul este rotit la 360 °, e. etc. v. nu numai că își schimbă amploarea tot timpul, dar își schimbă și direcția de două ori.

Dacă firul este închis la o anumită rezistență, atunci firul va apărea electricitate, variind de asemenea în dimensiune și direcție.

Curentul electric, care se schimbă continuu în mărime și direcție, se numește curent alternativ.

Ce este o undă sinusoidală?

Natura schimbării e. etc. (curent) pentru o tură a firului pentru o mai mare claritate, acestea sunt reprezentate grafic folosind o curbă. Deoarece valoarea lui e. etc. c. proporțional cu sinα, atunci, după ce se stabilesc anumite unghiuri, se poate, cu ajutorul tabelelor, să se determine valoarea sinusului fiecărui unghi, iar pe scara corespunzătoare să se construiască o curbă pentru modificarea lui e. etc. c. Pentru aceasta, pe axa orizontală vom lăsa deoparte unghiurile de rotație ale firului, iar pe axa verticală, la scara corespunzătoare, e indus. etc. cu

Dacă este indicat anterior în fig.1 conectați punctele cu o linie curbă netedă, apoi va oferi o idee despre amploarea și natura modificării e indus. etc. (curent) în orice poziție a conductorului într-un câmp magnetic. Datorită faptului că valoarea e. indus. etc. p. în orice moment este determinată de sinusul unghiului la care firul traversează câmpul magnetic prezentat în fig. 1 curbă se numește sinusoidă și e. etc. s. — sinusoidal.

Orez. 2. Sinusoida și valorile sale caracteristice

Schimbările pe care le-am analizat e. etc. c. corespunde sinusoidal rotației firului într-un câmp magnetic la un unghi de 360 ​​°. Când firul este rotit în următoarele 360 ​​°, modificările induse de e. etc. s.(și curentul) vor apărea din nou într-o undă sinusoidală, adică se vor repeta periodic.

În consecință, cauzată de acest e. etc. c. se numeste curent electric curent alternativ sinusoidal... Este destul de evident ca tensiunea care poate fi masurata de noi la capetele firului A, in prezenta unui circuit exterior inchis, se va modifica si ea in mod sinusoidal.

Curentul alternativ obținut prin rotirea unui fir într-un flux magnetic sau a unui sistem de fire conectate într-o bobină se numește curent alternativ monofazat.

Curenții alternativi sinusoidali sunt cei mai utilizați în tehnologie. Cu toate acestea, puteți găsi curenți alternativi care nu se modifică conform legii sinusului. Astfel de curenți alternativi se numesc nesinusoidali.

Vezi si: Ce este curentul alternativ și cum diferă de curentul continuu

Amplitudinea, perioada, frecventa curentului alternativ monofazat

Puterea curentă, schimbându-se de-a lungul unei sinusoide, se modifică continuu. Deci, dacă în punctul A (Fig. 2) curentul este egal cu 3a, atunci în punctul B va fi deja mai mare.Într-un alt punct al sinusoidului, de exemplu în punctul C, curentul va avea acum o nouă valoare și așa mai departe.

Puterea curentului în anumite momente când se modifică de-a lungul unei sinusoide se numește valori instantanee ale curentului.

Cea mai mare valoare instantanee a unui curent alternativ monofazat se numește atunci când acesta se modifică de-a lungul unei amplitudini sinusoidale... Este ușor de observat că pentru o tură a firului curentul își atinge de două ori valoarea amplitudinii. Una dintre valorile lui aa' este pozitivă și este trasă de pe axa 001, iar cealaltă bv' este negativă și este trasă în jos de pe axă.

Timpul în care e. etc. (sau forța curentă) parcurge întregul ciclu de modificări, așa-numitul ciclu lunar T (Fig. 2). Perioada este de obicei măsurată în secunde.

Reciproca perioadei se numește frecvență (f). Cu alte cuvinte, frecventa curentului alternativ este numărul de perioade pe unitatea de timp, adică în secundedoo. Deci, de exemplu, dacă un curent alternativ în decurs de 1 secundă ia aceleași valori și direcție de zece ori, atunci frecvența unui astfel de curent alternativ va fi de 10 perioade pe secundă.

Pentru a măsura frecvența, în loc de numărul de perioade pe secundă, se folosește o unitate numită herți (herți). O frecvență de 1 hertz este egală cu o frecvență de 1 lps/sec. Când se măsoară frecvențe înalte, este mai convenabil să folosești o unitate de 1000 de ori mai mare decât herți, adică kilohertz (kHz) sau de 1.000.000 de ori mai mare decât hertzi - megahertz (mhz).

Curenții alternativi utilizați în tehnologie, în funcție de frecvență, pot fi împărțiți în curenți de joasă frecvență și curenți de înaltă frecvență.

Valoarea rms AC

Curentul continuu care trece prin fir îl încălzește. Dacă treceți curent alternativ prin fir, firul se va încălzi și el.Acest lucru este de înțeles, deoarece, deși curentul alternativ își schimbă direcția tot timpul, degajarea de căldură nu depinde deloc de direcția curentului din fir.

Când curentul alternativ este trecut printr-un bec, filamentul acestuia va străluci. La o frecvență standard de curent alternativ de 50 Hz, nu va exista nicio pâlpâire a luminii, deoarece filamentul becului incandescent, având inerție termică, nu are timp să se răcească în acele momente când curentul din circuit este zero. Utilizarea curentului alternativ cu o frecvență mai mică de 50 Hz pentru iluminare este acum nedorită din cauza faptului că apar fluctuații neplăcute, obositoare pentru ochi, ale intensității becului.

Continuând analogia cu curentul continuu, ne putem aștepta ca în jurul acestuia să se creeze un curent alternativ care curge printr-un fir camp magnetic. De fapt, curentul alternativ nu creează un câmp magnetic, dar pentru că câmpul magnetic pe care îl creează va fi, de asemenea, variabil în direcție și mărime.

Un curent alternativ se schimbă tot timpul atât în ​​mărime, cât și în direcția NS. În mod firesc, se pune întrebarea cum să se măsoare bine variabila T și care ar trebui să fie considerată valoarea acesteia la schimbarea de-a lungul unei sinusoide ca cauzează cutare sau cutare acțiune.

C În acest scop, se compară curentul alternativ în ceea ce privește acțiunea pe care o produce cu curentul continuu, a cărui valoare rămâne neschimbată în timpul experimentului.

Să presupunem că un curent continuu curge printr-un fir de rezistență constantă 10 A și se constată că firul este încălzit la o temperatură de 50 °.Dacă acum trecem prin același fir nu un curent continuu, ci un curent alternativ, și astfel îi alegem valoarea (acționând, de exemplu, cu un reostat), astfel încât firul să fie și încălzit la o temperatură de 50 °, atunci în în acest caz putem spune că acţiunea curentului alternativ este egală cu acţiunea curentului continuu.

Încălzirea firului în ambele cazuri la aceeași temperatură arată că într-o unitate de timp curentul alternativ degajă în fir aceeași cantitate de căldură ca și curentul continuu.

Un curent sinusoidal alternativ care emite pentru o anumită rezistență pe unitate de timp aceeași cantitate de căldură ca un curent continuu echivalent ca mărime cu un curent continuu... Această valoare a curentului se numește valoarea efectivă (Id) sau efectivă a curentului alternativ. Prin urmare, pentru exemplul nostru, valoarea efectivă a curentului alternativ va fi de 10 A... În acest caz, valorile maxime (de vârf) ale curentului vor depăși valorile medii în mărime.

Experiența și calculele arată că valorile efective ale curentului alternativ sunt mai mici decât valorile sale de amplitudine în √2 (1,41) ori. Prin urmare, dacă valoarea de vârf a curentului este cunoscută, atunci valoarea efectivă a curentului Id poate fi determinată prin împărțirea amplitudinii curentului Ia la √2, adică Id = Aza/√2

În schimb, dacă valoarea efectivă a curentului este cunoscută, atunci valoarea de vârf a curentului poate fi calculată, adică Ia = Azd√2

Aceleași relații vor fi valabile pentru amplitudinea și valorile eficace ale lui e. etc. v. și tensiuni: Unitatea = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Dispozitivele de măsurare arată cel mai adesea valorile reale, prin urmare, atunci când se notează, indicele «d» este de obicei omis, dar nu trebuie să uitați de el.

Impedanța în circuitele AC

Când consumatorii de inductanță și capacitate sunt conectați la circuitul AC, trebuie luate în considerare atât cea activă, cât și cea a reactanței (reactanța apare atunci când un condensator este pornit sau sufocă într-un circuit de curent alternativ). Prin urmare, la determinarea curentului care trece printr-un astfel de consumator, este necesar să se împartă tensiunea de alimentare la impedanța circuitului (consumatorului).

Impedanța (Z) a unui circuit CA monofazat este determinată de următoarea formulă:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

unde R este rezistența activă a circuitului în ohmi, L este inductanța circuitului în henri, C este capacitatea circuitului (condensator) în faradi, ω - frecvența unghiulară a curentului alternativ.

În circuitele de curent alternativ sunt utilizați diferiți consumatori, unde este necesar să se ia în considerare fie cele trei valori ale lui R, L, C, fie doar unele dintre ele. În același timp, trebuie luată în considerare frecvența unghiulară a curentului alternativ.

Pentru unii utilizatori, numai valorile R și L pot fi luate în considerare la valorile frecvenței de colț corespunzătoare. De exemplu, la o frecvență AC de 50 Hz bobina de solenoid sau înfăşurarea generatorului poate fi considerată doar ca conţinând rezistenţă activă şi inductivă. Cu alte cuvinte, capacitatea în acest caz poate fi neglijată. Apoi, impedanța AC a unui astfel de utilizator poate fi calculată prin formula:

Z = √(R2 + ω2L2)

Dacă o astfel de bobină sau o bobină proiectată pentru funcționarea în curent alternativ este conectată la un curent continuu de aceeași tensiune, un curent foarte mare va circula prin bobină, ceea ce poate duce la o generare semnificativă de căldură, iar izolația bobinei poate fi deteriorată Dimpotrivă, un curent mic va circula printr-o bobină proiectată să funcționeze într-un circuit de curent continuu și conectată la un circuit de curent alternativ de aceeași tensiune, iar dispozitivul în care este utilizată această bobină nu va efectua acțiunea necesară.

Triunghi de rezistență, triunghi de tensiune și triunghi de putere: