Ühefaasiline vahelduvvool

Vahelduvvoolu hankimine

Kui traati A pöörata magnetvoos, mille moodustavad magneti kaks poolust, päripäeva (joonis 1), siis kui traat ületab magnetvälja jõujooni, indutseerib see e. d. s mille väärtuse määrab avaldis

E = Blvsinα,

kus B on magnetinduktsioon T-s, l on traadi pikkus meetrites, v on traadi kiirus m / s, α — nurk, mille all traat ristub magnetvälja jõujoontega.

Olgu B, I ja v sel juhul konstantsed, siis indutseeritud e. jne. c sõltub ainult nurgast α, mille juures traat ületab magnetvälja. Niisiis, punktis 1, kui traat liigub mööda magnetvälja jooni, on indutseeritud emf väärtus. jne. p on null, kui juhe liigub punkti 3 oe. jne. v on suurima tähtsusega, kuna jõujooned läbib juht nendega risti olevas suunas ja lõpuks nt. jne. v. jõuab uuesti nullini, kui juhe viia punkti 5.

Riis. 1. Indutseeritud e. jne. lk magnetväljas pöörlevas juhtmes

Vahepunktides 2 ja 4, kus traat ületab jõujooned nurga α = 45 ° all, on indutseeritud emf väärtus. jne. c on vastavalt väiksem kui punktis 3. Seega, kui juhe pööratakse punktist 1 punkti 5, st 180°, tekib indutseeritud e. jne. v. muutub nullist maksimumini ja tagasi nulli.

On üsna ilmne, et traadi A edasisel pööramisel 180 ° nurga all (läbi punktide 6, 7, 8 ja 1) on indutseeritud e muutuse olemus. jne. p on sama, kuid selle suund muutub vastupidiseks, kuna juhe ületab magnetvälja jooni juba teise pooluse all, mis võrdub nende ristumisega esimeses vastassuunas.

Seetõttu, kui traati pöörata 360 °, tekib indutseeritud e. jne. v. mitte ainult ei muuda kogu aeg suurusjärku, vaid muudab ka kaks korda suunda.

Kui juhe on teatud takistusega suletud, ilmub juhe elektrit, mis on ka erineva suuruse ja suunaga.

Elektrivoolu, mille suurus ja suund muutub pidevalt, nimetatakse vahelduvvooluks.

Mis on siinuslaine?

Muutuse olemus e. jne. (vool) ühe traadi pöörde jaoks suurema selguse huvides on need graafiliselt kujutatud kõvera abil. Kuna väärtus e. jne. c) võrdeline sinα-ga, siis on teatud nurgad seadnud tabelite abil võimalik määrata iga nurga siinuse väärtus ja sobival skaalal konstrueerida e muutumise kõver. jne. c) Selleks jätame horisontaalteljel kõrvale traadi pöördenurgad ja vertikaalteljel vastavas mõõtkavas indutseeritud e. jne. koos

Kui joonisel fig.1 ühendage punktid sujuva kõverjoonega, siis annab see aimu indutseeritud e muutuse suurusest ja olemusest. jne. (vool) juhi mis tahes asendis magnetväljas. Tulenevalt asjaolust, et indutseeritud e. jne. p igal hetkel määratakse siinuse järgi nurgast, mille all traat ületab joonisel fig. 1 kõverat nimetatakse sinusoidiks ja e. jne. s. - sinusoidne.

Riis. 2. Sinusoid ja seda iseloomustavad väärtused

Muudatused, mida me vaatlesime e. jne. c) vastavad sinusoidselt traadi pöörlemisele magnetväljas 360° nurga all. Kui traati pöörata järgmine 360 ​​°, muutuvad indutseeritud e. jne. s.(ja vool) ilmuvad uuesti siinuslainena, see tähendab, et need korduvad perioodiliselt.

Vastavalt sellele on põhjustatud sellest e. jne. c nimetatakse elektrivooluks sinusoidaalseks vahelduvvooluks... On täiesti ilmne, et pinge, mida saame mõõta juhtme A otstes suletud välise vooluringi olemasolul, muutub samuti sinusoidaalselt.

Vahelduvvoolu, mis saadakse juhtme pööramisel magnetvoos või mähisesse ühendatud juhtmete süsteemi, nimetatakse ühefaasiliseks vahelduvvooluks.

Tehnikas kasutatakse kõige laialdasemalt sinusoidseid vahelduvvoolusid. Küll aga võib leida vahelduvvoolusid, mis siinusseaduse järgi ei muutu. Selliseid vahelduvvoolusid nimetatakse mittesinusoidseteks.

Vaata ka: Mis on vahelduvvool ja kuidas see erineb alalisvoolust

Ühefaasilise vahelduvvoolu amplituud, periood, sagedus

Praegune tugevus, muutudes mööda sinusoidi, muutub pidevalt. Seega, kui punktis A (joonis 2) on vool võrdne 3a, siis punktis B on see juba suurem.Sinusoidi mõnes teises punktis, näiteks punktis C, saab voolutugevus nüüd uue väärtuse jne.

Voolu tugevust teatud ajahetkedel, kui see muutub piki sinusoidi, nimetatakse voolu hetkeväärtusteks.

Ühefaasilise vahelduvvoolu suurimaks hetkeväärtuseks nimetatakse seda, kui see muutub piki sinusoidset amplituudi... On hästi näha, et ühe juhtme pöörde kohta jõuab vool oma amplituudi väärtuseni kaks korda. Üks aa väärtustest on positiivne ja on tõmmatud 001 teljest ja teine ​​bv 'on negatiivne ja tõmmatakse teljest allapoole.

Aeg, mille jooksul indutseeritud e. jne. (või praegune jõud) läbib kogu muutuste tsükli, nn igakuise tsükli T (joonis 2). Perioodi mõõdetakse tavaliselt sekundites.

Perioodi pöördväärtust nimetatakse sageduseks (f). Teisisõnu, vahelduvvoolu sagedus on perioodide arv ajaühikus, s.o. sekundites. Näiteks kui vahelduvvool 1 sekundi jooksul võtab samad väärtused ja suuna kümme korda, siis on sellise vahelduvvoolu sagedus 10 perioodi sekundis.

Sageduse mõõtmiseks kasutatakse perioodide arvu asemel ühikut herts (herts). Sagedus 1 herts võrdub sagedusega 1 lps / sek. Kõrgete sageduste mõõtmisel on mugavam kasutada hertsist 1000 korda suuremat ühikut, s.t. kilohertsi (kHz) või 1 000 000 korda suurem kui herts - megaherts (mhz).

Tehnikas kasutatavad vahelduvvoolud võib olenevalt sagedusest jagada madal- ja kõrgsagedusvooludeks.

Vahelduvvoolu efektiivväärtus

Traati läbiv alalisvool soojendab seda. Kui ajad vahelduvvoolu läbi juhtme, kuumeneb ka traat.See on arusaadav, sest kuigi vahelduvvool muudab kogu aeg oma suunda, ei sõltu soojuse eraldumine juhtmes oleva voolu suunast üldse.

Kui vahelduvvool lastakse läbi lambipirni, hakkab selle hõõgniit hõõguma. Tavalise vahelduvvoolu sagedusel 50 Hz valguse virvendust ei toimu, kuna termilise inertsiga hõõglambi hõõgniidil pole aega jahtuda nendel aegadel, kui vooluahela vool on null. Alla 50 Hz sagedusega vahelduvvoolu kasutamine valgustamiseks on nüüd ebasoovitav, kuna pirni intensiivsuses ilmnevad ebameeldivad, silmi väsitavad kõikumised.

Jätkates alalisvoolu analoogiat, võime eeldada, et selle ümber tekib juhtme kaudu voolav vahelduvvool magnetväli. Tegelikult n Vahelduvvool ei tekita magnetvälja, kuid kuna selle tekitatav magnetväli on ka suuna ja ulatuse poolest muutuv.

Vahelduvvool muutub kogu aeg nii suuruses kui ka suunasNS. Loomulikult tekib küsimus, kuidas muutujat T hästi mõõta ja milline on selle väärtus sinusoidi muutumisel selle või selle toimingu põhjustajaks.

C Sel eesmärgil võrreldakse vahelduvvoolu tekitatud toime osas alalisvooluga, mille väärtus jääb katse ajal muutumatuks.

Oletame, et alalisvool voolab läbi konstantse takistusega 10 A juhtme ja leitakse, et traat on kuumutatud temperatuurini 50 °.Kui nüüd läbime sama juhtme mitte alalisvoolu, vaid vahelduvvoolu ja nii valime selle väärtuse (toimides näiteks reostaadiga) nii, et traat soojendatakse ka temperatuurini 50 °, siis sel juhul võime öelda, et vahelduvvoolu toime on võrdne alalisvoolu toimega.

Traadi kuumutamine mõlemal juhul sama temperatuurini näitab, et ajaühikus eraldab vahelduvvool juhtmes sama palju soojust kui alalisvool.

Sinusoidne vahelduvvool, mis kiirgab antud takistuse korral ajaühikus sama palju soojust kui alalisvool, mille suurus on samaväärne alalisvooluga... Seda voolu väärtust nimetatakse vahelduvvoolu efektiivseks (Id) või efektiivseks väärtuseks. Seetõttu on meie näite puhul vahelduvvoolu efektiivne väärtus 10 A... Sel juhul ületavad maksimaalsed (tipp)voolu väärtused suurusjärgus keskmisi väärtusi.

Kogemused ja arvutused näitavad, et vahelduvvoolu efektiivsed väärtused on väiksemad kui selle amplituudi väärtused √2 (1,41) korda. Seega, kui voolu tippväärtus on teada, saab voolu Id efektiivse väärtuse määrata, jagades voolu Ia amplituudi √2-ga, st Id = Aza/√2

Ja vastupidi, kui voolu efektiivväärtus on teada, siis saab arvutada voolu tippväärtuse, st Ia = Azd√2

Samad seosed kehtivad e amplituudi ja efektiivväärtuste kohta. jne. v ja pinged: Ühik = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Mõõteseadmed näitavad kõige sagedamini tegelikke väärtusi, seetõttu jäetakse märkimisel indeks «d» tavaliselt välja, kuid seda ei tohiks unustada.

Takistus vahelduvvooluahelates

Kui vahelduvvooluahelasse on ühendatud induktiiv- ja mahtuvustarbijad, tuleb arvestada nii aktiiv- kui ka reaktantsiga (reaktants tekib siis, kui kondensaator on sisse lülitatud või drosselid vahelduvvooluahelas). Seetõttu tuleb sellist tarbijat läbiva voolu määramisel jagada toitepinge vooluringi (tarbija) impedantsiga.

Ühefaasilise vahelduvvooluahela impedants (Z) määratakse järgmise valemiga:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

kus R on ahela aktiivtakistus oomides, L on ahela induktiivsus henrides, C on ahela (kondensaatori) mahtuvus faradides, ω — vahelduvvoolu nurksagedus.

Erinevaid tarbijaid kasutatakse vahelduvvooluahelates, kus on vaja arvestada kas kolme väärtusega R, L, C või ainult mõnega neist. Samal ajal tuleb arvestada vahelduvvoolu nurksagedusega.

Mõne kasutaja puhul saab vastavate nurgasageduste väärtuste juures arvesse võtta ainult R ja L väärtusi. Näiteks vahelduvvoolu sagedusel 50 Hz solenoidi mähis või võib generaatori mähist pidada ainult aktiivseks ja induktiivseks takistuseks. Teisisõnu võib sel juhul mahtuvuse tähelepanuta jätta. Seejärel saab sellise kasutaja vahelduvvoolu impedantsi arvutada järgmise valemiga:

Z = √(R2 + ω2L2)

Kui selline mähis või vahelduvvooluga töötamiseks mõeldud mähis on ühendatud sama pingega alalisvooluga, voolab mähist läbi väga suur vool, mis võib põhjustada märkimisväärset soojuse teket ja mähise isolatsioon võib kahjustada saada. Vastupidi, väike vool voolab läbi mähise, mis on loodud töötama alalisvooluahelas ja ühendatud sama pingega vahelduvvooluahelaga, ning seade, milles seda mähist kasutatakse, ei täida vajalikke toiminguid.

Takistuse kolmnurk, pingekolmnurk ja võimsuskolmnurk: