Μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα

Απόκτηση εναλλασσόμενου ρεύματος

Εάν το σύρμα Α περιστραφεί στη μαγνητική ροή που σχηματίζεται από τους δύο πόλους του μαγνήτη κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού (Εικ. 1), τότε όταν το σύρμα διασχίσει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, θα προκαλέσει e. d. s των οποίων η τιμή καθορίζεται από την έκφραση

E = Blvsina,

όπου B είναι η μαγνητική επαγωγή σε T, l είναι το μήκος του σύρματος σε m, v είναι η ταχύτητα του σύρματος σε m / s, α — η γωνία στην οποία το σύρμα διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.

Έστω τα B, I και v για αυτήν την περίπτωση παραμένουν σταθερά, τότε το επαγόμενο e. και τα λοιπά. γ.θα εξαρτηθεί μόνο από τη γωνία α στην οποία το σύρμα διασχίζει το μαγνητικό πεδίο. Έτσι, στο σημείο 1, όταν το σύρμα κινείται κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, η τιμή του επαγόμενου emf. και τα λοιπά. Το p θα είναι μηδέν όταν το σύρμα μετακινηθεί στο σημείο 3 oe. και τα λοιπά. v. θα έχει τη μεγαλύτερη σημασία, αφού οι γραμμές δύναμης θα διασταυρωθούν από τον αγωγό κατά την κάθετη προς αυτές κατεύθυνση, και τέλος, π.χ. και τα λοιπά. Το v. θα φτάσει ξανά στο μηδέν εάν το καλώδιο μετακινηθεί στο σημείο 5.

Ρύζι. 1. Αλλαγή του επαγόμενου e. και τα λοιπά. σελ. σε ένα σύρμα που περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο

Στα ενδιάμεσα σημεία 2 και 4, στα οποία το σύρμα διασχίζει τις γραμμές δύναμης υπό γωνία α = 45 °, η τιμή του επαγόμενου emf. και τα λοιπά. γ. θα είναι αντίστοιχα μικρότερο από το σημείο 3. Έτσι, όταν το σύρμα περιστρέφεται από το σημείο 1 στο σημείο 5, δηλαδή κατά 180 °, το επαγόμενο e. και τα λοιπά. v. αλλάζει από το μηδέν στο μέγιστο και πίσω στο μηδέν.

Είναι προφανές ότι σε μια περαιτέρω περιστροφή του σύρματος Α κατά γωνία 180 ° (μέσω των σημείων 6, 7, 8 και 1), η φύση της αλλαγής στην επαγόμενη e. και τα λοιπά. p. θα είναι το ίδιο, αλλά η κατεύθυνσή του θα αλλάξει προς το αντίθετο, αφού το σύρμα θα διασχίσει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου που βρίσκονται ήδη κάτω από τον άλλο πόλο, κάτι που ισοδυναμεί με τη διέλευση τους προς την αντίθετη πρώτη κατεύθυνση.

Επομένως, όταν το σύρμα περιστρέφεται 360 °, το επαγόμενο e. και τα λοιπά. v. όχι μόνο αλλάζει σε μέγεθος συνεχώς, αλλά αλλάζει και την κατεύθυνσή του δύο φορές.

Εάν το καλώδιο είναι κλειστό σε κάποια αντίσταση, τότε το καλώδιο θα εμφανιστεί ηλεκτρική ενέργεια, επίσης ποικίλλει σε μέγεθος και κατεύθυνση.

Το ηλεκτρικό ρεύμα, που αλλάζει συνεχώς σε μέγεθος και κατεύθυνση, ονομάζεται εναλλασσόμενο ρεύμα.

Τι είναι το ημιτονοειδές κύμα;

Η φύση της αλλαγής π. και τα λοιπά. (ρεύμα) για μια στροφή του σύρματος για μεγαλύτερη ευκρίνεια, απεικονίζονται γραφικά χρησιμοποιώντας μια καμπύλη. Δεδομένου ότι η τιμή του e. και τα λοιπά. γ) ανάλογη του sinα, τότε, έχοντας ορίσει ορισμένες γωνίες, είναι δυνατόν, με τη βοήθεια πινάκων, να προσδιοριστεί η τιμή του ημιτόνου κάθε γωνίας και στην κατάλληλη κλίμακα να κατασκευαστεί μια καμπύλη για τη μεταβολή του e. και τα λοιπά. γ.Για να γίνει αυτό, στον οριζόντιο άξονα θα παραμερίσουμε τις γωνίες περιστροφής του σύρματος και στον κατακόρυφο άξονα, στην κατάλληλη κλίμακα, το επαγόμενο e. και τα λοιπά. με

Εάν υποδεικνύεται προηγουμένως στην εικ.1 συνδέστε τα σημεία με μια ομαλή καμπύλη γραμμή, τότε θα δώσει μια ιδέα για το μέγεθος και τη φύση της αλλαγής στην επαγόμενη π. και τα λοιπά. (ρεύμα) σε οποιαδήποτε θέση του αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο. Λόγω του γεγονότος ότι η τιμή του επαγόμενου e. και τα λοιπά. σ. ανά πάσα στιγμή καθορίζεται από το ημίτονο της γωνίας κατά την οποία το σύρμα διασχίζει το μαγνητικό πεδίο που φαίνεται στο σχ. 1 καμπύλη ονομάζεται ημιτονοειδές και e. και τα λοιπά. σ. — ημιτονοειδές.

Ρύζι. 2. Το ημιτονοειδές και οι χαρακτηριστικές του τιμές

Οι αλλαγές που εξετάσαμε π. και τα λοιπά. γ. αντιστοιχούν ημιτονοειδώς στην περιστροφή του σύρματος σε μαγνητικό πεδίο υπό γωνία 360 °. Όταν το σύρμα περιστραφεί τις επόμενες 360 °, οι αλλαγές στην επαγόμενη e. και τα λοιπά. Το s.(και το ρεύμα) θα εμφανιστούν ξανά σε ημιτονοειδές κύμα, δηλαδή θα επαναλαμβάνονται περιοδικά.

Κατά συνέπεια, που προκαλείται από αυτό το π. και τα λοιπά. Το γ ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα... Είναι προφανές ότι η τάση που μπορούμε να μετρήσουμε από εμάς στα άκρα του σύρματος Α, παρουσία κλειστού εξωτερικού κυκλώματος, θα αλλάξει επίσης με ημιτονοειδές τρόπο.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα που λαμβάνεται με την περιστροφή ενός σύρματος σε μια μαγνητική ροή ή ενός συστήματος συρμάτων που συνδέονται σε ένα πηνίο ονομάζεται μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα.

Τα ημιτονοειδή εναλλασσόμενα ρεύματα είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα στην τεχνολογία. Ωστόσο, μπορείτε να βρείτε εναλλασσόμενα ρεύματα που δεν αλλάζουν σύμφωνα με τον ημιτονοειδή νόμο. Τέτοια εναλλασσόμενα ρεύματα ονομάζονται μη ημιτονοειδή.

Δείτε επίσης: Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα και σε τι διαφέρει από το συνεχές ρεύμα

Πλάτος, περίοδος, συχνότητα μονοφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος

Τρέχουσα δύναμη, μεταβαλλόμενο κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς, αλλάζει συνεχώς. Έτσι, εάν στο σημείο Α (Εικ. 2) το ρεύμα είναι ίσο με 3α, τότε στο σημείο Β θα είναι ήδη μεγαλύτερο.Σε κάποιο άλλο σημείο του ημιτονοειδούς, για παράδειγμα στο σημείο C, το ρεύμα θα έχει τώρα μια νέα τιμή και ούτω καθεξής.

Η ισχύς του ρεύματος σε ορισμένες στιγμές που αλλάζει κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς ονομάζεται στιγμιαίες τιμές ρεύματος.

Η μεγαλύτερη στιγμιαία τιμή ενός μονοφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζεται όταν αλλάζει κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς πλάτους... Είναι εύκολο να δούμε ότι για μια στροφή του σύρματος το ρεύμα φτάνει την τιμή του πλάτους δύο φορές. Μία από τις τιμές του aa 'είναι θετική και συντάσσεται από τον άξονα 001 και η άλλη bv' είναι αρνητική και αφαιρείται από τον άξονα.

Ο χρόνος κατά τον οποίο η επαγόμενη π. και τα λοιπά. (ή η τρέχουσα δύναμη) διανύει ολόκληρο τον κύκλο των αλλαγών, τον λεγόμενο μηνιαίο κύκλο Τ (Εικ. 2). Η περίοδος συνήθως μετριέται σε δευτερόλεπτα.

Το αντίστροφο της περιόδου ονομάζεται συχνότητα (f). Με άλλα λόγια, συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο αριθμός των περιόδων ανά μονάδα χρόνου, δηλ. σε secondsdoo. Έτσι, για παράδειγμα, εάν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα μέσα σε 1 δευτερόλεπτο λάβει τις ίδιες τιμές και κατεύθυνση δέκα φορές, τότε η συχνότητα ενός τέτοιου εναλλασσόμενου ρεύματος θα είναι 10 περίοδοι ανά δευτερόλεπτο.

Για τη μέτρηση της συχνότητας, αντί για τον αριθμό των περιόδων ανά δευτερόλεπτο, χρησιμοποιείται μια μονάδα που ονομάζεται hertz (hertz). Συχνότητα 1 hertz ισούται με συχνότητα 1 lps / sec. Όταν μετράτε υψηλές συχνότητες, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιείτε μια μονάδα 1000 φορές μεγαλύτερη από το hertz, δηλ. kilohertz (kHz), ή 1.000.000 φορές μεγαλύτερο από hertz — megahertz (mhz).

Τα εναλλασσόμενα ρεύματα που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία, ανάλογα με τη συχνότητα, μπορούν να χωριστούν σε ρεύματα χαμηλής συχνότητας και ρεύματα υψηλής συχνότητας.

AC τιμή rms

Το συνεχές ρεύμα που διέρχεται από το καλώδιο το θερμαίνει. Εάν περνάτε εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω του καλωδίου, το καλώδιο θα θερμανθεί επίσης.Αυτό είναι κατανοητό, γιατί παρόλο που το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει την κατεύθυνσή του όλη την ώρα, η απελευθέρωση θερμότητας δεν εξαρτάται καθόλου από την κατεύθυνση του ρεύματος στο καλώδιο.

Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από έναν λαμπτήρα, το νήμα του θα λάμπει. Σε τυπική συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος 50 Hz, δεν θα υπάρχει τρεμόπαιγμα του φωτός, επειδή το νήμα του λαμπτήρα πυρακτώσεως, που έχει θερμική αδράνεια, δεν έχει χρόνο να κρυώσει εκείνες τις στιγμές που το ρεύμα στο κύκλωμα είναι μηδέν. Η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος με συχνότητα μικρότερη των 50 Hz για φωτισμό είναι πλέον ανεπιθύμητη λόγω του γεγονότος ότι εμφανίζονται δυσάρεστες, κουραστικές διακυμάνσεις στην ένταση του λαμπτήρα.

Συνεχίζοντας την αναλογία συνεχούς ρεύματος, μπορούμε να περιμένουμε ότι ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που ρέει μέσα από ένα σύρμα δημιουργείται γύρω του μαγνητικό πεδίο. Στην πραγματικότητα nΤο εναλλασσόμενο ρεύμα δεν δημιουργεί μαγνητικό πεδίο, αλλά επειδή το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί θα είναι επίσης μεταβλητό ως προς την κατεύθυνση και το μέγεθος.

Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει συνεχώς τόσο σε μέγεθος όσο και σε κατεύθυνση NS. Φυσικά, τίθεται το ερώτημα πώς να μετρηθεί καλά η μεταβλητή T και ποια η τιμή της όταν αλλάζει κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς θα πρέπει να ληφθεί ως αιτία αυτής ή εκείνης της ενέργειας.

C Για το σκοπό αυτό, το εναλλασσόμενο ρεύμα συγκρίνεται ως προς τη δράση που παράγει με το συνεχές ρεύμα, η τιμή του οποίου παραμένει αμετάβλητη κατά τη διάρκεια του πειράματος.

Ας υποθέσουμε ότι ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσα από ένα καλώδιο σταθερής αντίστασης 10 A και διαπιστώνεται ότι το σύρμα θερμαίνεται σε θερμοκρασία 50 °.Εάν τώρα περάσουμε από το ίδιο καλώδιο όχι ένα συνεχές ρεύμα, αλλά ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, και έτσι επιλέξουμε την τιμή του (ενεργώντας, για παράδειγμα, με ρεοστάτη) έτσι ώστε το καλώδιο να θερμαίνεται επίσης σε θερμοκρασία 50 °, τότε σε Σε αυτή την περίπτωση μπορούμε να πούμε ότι η δράση του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ίση με τη δράση του συνεχούς ρεύματος.

Η θέρμανση του σύρματος και στις δύο περιπτώσεις στην ίδια θερμοκρασία δείχνει ότι σε μια μονάδα χρόνου το εναλλασσόμενο ρεύμα εκπέμπει στο καλώδιο την ίδια ποσότητα θερμότητας με το συνεχές ρεύμα.

Ένα εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ρεύμα που εκπέμπει για μια δεδομένη αντίσταση ανά μονάδα χρόνου την ίδια ποσότητα θερμότητας με ένα συνεχές ρεύμα ισοδύναμο σε μέγεθος με ένα συνεχές ρεύμα... Αυτή η τιμή ρεύματος ονομάζεται ενεργός (Id) ή πραγματική τιμή εναλλασσόμενου ρεύματος.. Επομένως, για το παράδειγμά μας, η πραγματική τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος θα είναι 10 A... Σε αυτήν την περίπτωση, οι μέγιστες τιμές ρεύματος (αιχμής) θα υπερβαίνουν τις μέσες τιμές σε μέγεθος.

Η εμπειρία και οι υπολογισμοί δείχνουν ότι οι ενεργές τιμές του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μικρότερες από τις τιμές πλάτους του σε √2 (1,41) φορές. Επομένως, εάν η τιμή κορυφής του ρεύματος είναι γνωστή, τότε η πραγματική τιμή του ρεύματος Id μπορεί να προσδιοριστεί διαιρώντας το πλάτος του ρεύματος Ia με √2, δηλ. Id = Aza/√2

Αντίθετα, εάν η τιμή rms του ρεύματος είναι γνωστή, τότε μπορεί να υπολογιστεί η μέγιστη τιμή του ρεύματος, δηλαδή Ia = Azd√2

Οι ίδιες σχέσεις θα ισχύουν για το πλάτος και τις τιμές rms του e. και τα λοιπά. v. και τάσεις: Μονάδα = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Οι συσκευές μέτρησης συνήθως δείχνουν τις πραγματικές τιμές, επομένως, όταν σημειώνεται, ο δείκτης «d» συνήθως παραλείπεται, αλλά δεν πρέπει να το ξεχνάτε.

Εμπέδηση σε κυκλώματα AC

Όταν οι καταναλωτές επαγωγής και χωρητικότητας συνδέονται στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τόσο η ενεργή όσο και η αντίδραση (η αντίδραση εμφανίζεται όταν ένας πυκνωτής είναι ενεργοποιημένος ή πνίγει σε κύκλωμα AC). Επομένως, κατά τον προσδιορισμό του ρεύματος που διέρχεται από έναν τέτοιο καταναλωτή, είναι απαραίτητο να διαιρέσετε την τάση τροφοδοσίας με την αντίσταση του κυκλώματος (καταναλωτή).

Η σύνθετη αντίσταση (Z) ενός μονοφασικού κυκλώματος AC προσδιορίζεται από τον ακόλουθο τύπο:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

όπου R είναι η ενεργή αντίσταση του κυκλώματος σε ohms, L είναι η επαγωγή του κυκλώματος σε henries, C είναι η χωρητικότητα του κυκλώματος (πυκνωτής) σε farads, ω — γωνιακή συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος.

Διαφορετικοί καταναλωτές χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος όπου είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη είτε οι τρεις τιμές των R, L, C ή μόνο μερικές από αυτές. Ταυτόχρονα, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η γωνιακή συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος.

Για ορισμένους χρήστες, μόνο οι τιμές των R και L μπορούν να ληφθούν υπόψη στις αντίστοιχες τιμές γωνιακής συχνότητας. Για παράδειγμα, σε συχνότητα AC 50 Hz σωληνοειδές πηνίο ή η περιέλιξη της γεννήτριας μπορεί να θεωρηθεί μόνο ότι περιέχει ενεργή και επαγωγική αντίσταση. Με άλλα λόγια, η χωρητικότητα σε αυτή την περίπτωση μπορεί να παραμεληθεί. Στη συνέχεια, η σύνθετη αντίσταση AC ενός τέτοιου χρήστη μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο:

Z = √(R2 + ω2L2)

Εάν ένα τέτοιο πηνίο ή ένα πηνίο σχεδιασμένο για λειτουργία εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεθεί σε συνεχές ρεύμα της ίδιας τάσης, ένα πολύ μεγάλο ρεύμα θα ρέει μέσω του πηνίου, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική παραγωγή θερμότητας και μπορεί να καταστραφεί η μόνωση του πηνίου Αντίθετα, ένα μικρό ρεύμα θα διαρρέει ένα πηνίο σχεδιασμένο να λειτουργεί σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και συνδεδεμένο σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος της ίδιας τάσης και η συσκευή στην οποία χρησιμοποιείται αυτό το πηνίο δεν θα εκτελέσει την απαιτούμενη ενέργεια.

Τρίγωνο αντίστασης, τρίγωνο τάσης και τρίγωνο ισχύος: