Vahelduvvoolu põhiparameetrid: periood, sagedus, faas, amplituud, harmoonilised võnked

Vahelduvvool on elektrivool, mille suund ja tugevus muutuvad perioodiliselt. Kuna tavaliselt varieerub vahelduvvoolu tugevus vastavalt siinuse seadusele, on vahelduvvool pinge ja voolu sinusoidne kõikumine.

Seetõttu on kõik, mis kehtib sinusoidsete elektriliste võnkumiste kohta, kohaldatav ka vahelduvvoolu kohta. Sinusoidsed võnked on võnked, mille puhul võnkeväärtus muutub siinuse seaduse järgi.. Käesolevas artiklis räägime vahelduvvoolu parameetritest.

EMF-i muutus ja sellise allikaga ühendatud lineaarse koormuse voolu muutus järgivad siinuse seadust. Sel juhul saab vahelduvaid EMF-e, vahelduvaid pingeid ja voolusid iseloomustada nende nelja peamise parameetriga:

• periood;

• sagedus;

• amplituud;

• efektiivne väärtus.

Samuti on täiendavad parameetrid:

• nurksagedus;

• faas;

• vahetu väärtus.

Järgmisena vaatleme kõiki neid parameetreid eraldi ja koos.

Periood T.

Periood – aeg, mis kulub võnkuval süsteemil kõigi vaheseisundite läbimiseks ja taas algolekusse naasmiseks.

Vahelduvvoolu periood T on ajavahemik, mille jooksul vool või pinge teeb ühe täieliku muutuste tsükli.

Kuna vahelduvvoolu allikaks on generaator, on periood seotud selle rootori pöörlemiskiirusega ja mida suurem on generaatori mähise või rootori pöörlemiskiirus, seda lühem on genereeritava vahelduvvoolu EMF periood ja vastavalt selgub koormuse vahelduvvool.

Perioodi mõõdetakse sekundites, millisekundites, mikrosekundites, nanosekundites, olenevalt konkreetsest olukorrast, milles seda voolu arvestatakse. Ülaltoodud joonis näitab, kuidas pinge U muutub aja jooksul konstantse iseloomuliku perioodi T korral.

Sagedus f

Sagedus f on perioodi pöördväärtus ja on arvuliselt võrdne voolu või EMF-i muutuste perioodide arvuga 1 sekundi jooksul. See tähendab, f = 1 / T. Sageduse mõõtühikuks on herts (Hz), mis sai nime saksa füüsiku Heinrich Hertzi järgi, kes andis 19. sajandil olulise panuse elektrodünaamika arengusse. Mida lühem on periood, seda suurem on EMF-i või voolu muutuse sagedus.

Tänapäeval on Venemaal elektrivõrkude vahelduvvoolu standardsagedus 50 Hz, see tähendab, et 1 sekundi jooksul ilmneb 50 võrgupinge kõikumist.

Teistes elektrodünaamika valdkondades kasutatakse kõrgemaid sagedusi, näiteks tänapäevastes inverterites 20 kHz ja rohkem, kitsamates elektrodünaamika valdkondades kuni mitu MHz. Ülaltoodud joonisel on näha, et ühes sekundis toimub 50 täielikku võnkumist, millest igaüks kestab 0,02 sekundit ja 1 / 0,02 = 50.

Sinusoidse vahelduvvoolu ajas muutumise graafikutelt on näha, et erineva sagedusega voolud sisaldavad samas ajavahemikus erinevat arvu perioode.

Nurksagedus

Nurksagedus — võnkumiste arv 2pi sekundis.

Ühel perioodil muutub sinusoidaalse EMF-i või sinusoidse voolu faas 2pi radiaani või 360 ° võrra, seetõttu on vahelduva siinusvoolu nurksagedus võrdne:

Kasutage võnkumiste arvu 2pi sekundis (mitte 1 sek.) See on mugav, kuna harmooniliste võnkumiste ajal pinge ja voolu muutumise seadust väljendavates valemites, mis väljendavad vahelduvvoolu induktiiv- või mahtuvustakistust ja paljudes muudel juhtudel ilmneb võnkesagedus n koos kordajaga 2pi.

Faas

Faas — perioodilise protsessi olek, etapp. Mõistel faas on sinusoidaalsete võnkumiste puhul kindlam tähendus. Praktikas ei mängi tavaliselt rolli mitte faas ise, vaid faasinihe mis tahes kahe perioodilise protsessi vahel.

Sel juhul mõistetakse mõistet "faas" kui protsessi arenguetappi ja sel juhul nimetatakse vahelduvvoolude ja siinuspingetega seoses faasi vahelduvvoolu olekuks teatud ajahetkel. aega.

Joonistel on näha: pinge U1 ja voolu I1 kokkulangevus faasis, pinge U1 ja U2 antifaasis, samuti faasinihe voolu I1 ja pinge U2 vahel. Faasinihet mõõdetakse radiaanides, perioodi osades, kraadides.

Vaata ka: Mis on faas, faasinurk ja faasinihe

Amplituud Um ja Im

Rääkides sinusoidse vahelduvvoolu või sinusoidse vahelduvvoolu EMF suurusest, nimetatakse EMF-i või voolu suurimat väärtust amplituudiks või amplituudi (maksimaalseks) väärtuseks.

Amplituud — harmoonilisi võnkumisi sooritava suuruse suurim väärtus (näiteks voolutugevuse maksimaalne väärtus vahelduvvoolus, võnkependli kõrvalekalle tasakaaluasendist), võnkuva suuruse suurim kõrvalekalle teatud väärtusest, tinglikult aktsepteeritud esialgse nullina.

Rangelt võttes viitab termin amplituud ainult sinusoidaalsetele võnkudele, kuid tavaliselt (mitte päris õigesti) rakendatakse seda ülaltoodud tähenduses kõigi võnkumiste kohta.

Kui me räägime generaatorist, siis selle klemmide EMF saavutab kaks korda perioodi jooksul amplituudiväärtuse, millest esimene on + Em, teine ​​on Em, vastavalt positiivse ja negatiivse pooltsükli jooksul. Vool I käitub sarnaselt ja on vastavalt tähistatud tähega Im.

Harmoonilised vibratsioonid — võnkumised, mille puhul võnkuv suurus, näiteks pinge elektriahelas, muutub ajas harmoonilise siinus- või koosinusseaduse järgi. Graafiliselt kujutatud sinusoidse kõveraga.

Reaalsed protsessid suudavad harmoonilisi võnkumisi vaid ligikaudselt hinnata. Kui aga võnkumised peegeldavad protsessi kõige iseloomulikumad tunnused, siis sellist protsessi peetakse harmooniliseks, mis hõlbustab oluliselt paljude füüsikaliste ja tehniliste probleemide lahendamist.

Harmoonilisele võnkumisele lähedased liikumised toimuvad erinevates süsteemides: mehaanilistes (pendli võnkumised), akustilistes (õhusamba võnkumised orelitorus), elektromagnetilises (võnkumised LC-ahelas) jne.Võnkumisteooria käsitleb neid füüsikalise olemuselt erinevaid nähtusi ühtsest vaatepunktist ja määrab nende ühised omadused.

Harmoonilised võnkumised on mugav kujutada graafiliselt, kasutades vektorit, mis pöörleb konstantse nurkkiirusega ümber selle vektoriga risti oleva telje ja läbib selle alguspunkti. Vektori pöörlemise nurkkiirus vastab harmoonilise võnke ringsagedusele.

Harmoonilise vibratsiooni vektorskeem

Mis tahes vormis perioodilise protsessi saab lagundada lõpmatuteks lihtsateks harmoonilisteks võnkumisteks, millel on erinevad sagedused, amplituudid ja faasid.

Harmooniline — harmooniline vibratsioon, mille sagedus on terve arv kordi suurem kui mõne muu vibratsiooni sagedus, mida nimetatakse põhitooniks. Harmooniku arv näitab, mitu korda on selle sagedus suurem kui põhitooni sagedus (näiteks kolmas harmooniline on harmooniline vibratsioon, mille sagedus on kolm korda suurem kui põhitooni sagedus).

Iga perioodilist, kuid mitte harmoonilist (st siinuskujulisest erineva kujuga) võnkumist saab esitada harmooniliste võnkumiste summana – põhitooni ja mitmete harmoonilistena. Mida rohkem vaadeldav võnkumine vormilt erineb sinusoidsest, seda rohkem harmoonilisi see sisaldab.

u ja i hetkväärtus

EMF-i või voolu väärtust teatud ajahetkel nimetatakse hetkväärtuseks, neid tähistatakse väiketähtedega u ja i. Kuid kuna need väärtused muutuvad kogu aeg, on nende vahelduvvoolu ja elektromagnetväljade hindamine ebamugav.

I, E ja U efektiivväärtused

Vahelduvvoolu võimet teha kasulikke töid, nagu näiteks mootori rootori mehhaaniline pööramine või kütteseadmel soojuse tootmine, saab mugavalt hinnata emf-ide ja voolude efektiivsete väärtuste järgi.

Niisiis, efektiivne nüüdisväärtus nimetatakse sellise alalisvoolu väärtuseks, mis ühe vaadeldava vahelduvvoolu perioodi jooksul juhi läbimisel tekitab samasuguse mehaanilise töö või sama palju soojust kui see vahelduvvool.

Pingete, emf-ide ja voolude efektiivväärtused on tähistatud suurtähtedega I, E ja U. Siinuse vahelduvvoolu ja siinuse vahelduvpinge puhul on efektiivsed väärtused järgmised:

Elektrivõrkude kirjeldamiseks on mugav kasutada voolu ja pinge efektiivset väärtust. Näiteks väärtus 220–240 volti on pinge efektiivne väärtus tänapäevastes majapidamispistikupesades ja amplituud on palju suurem - 311–339 volti.

Sama vooluga, näiteks kui öeldakse, et koduse kütteseadme kaudu voolab 8 amprit, tähendab see efektiivset väärtust, samas kui amplituud on 11,3 amprit.

Ühel või teisel viisil on mehaaniline töö ja elektrienergia elektripaigaldistes võrdelised pingete ja voolude efektiivsete väärtustega. Märkimisväärne osa mõõteseadmetest näitab täpselt pingete ja voolude efektiivseid väärtusi.