Egyfázisú váltakozó áram
Váltakozó áram felvétele
Ha az A vezetéket a mágnes két pólusa által alkotott mágneses fluxusban az óramutató járásával megegyező irányban forgatjuk (1. ábra), akkor amikor a vezeték keresztezi a mágneses erővonalakat, e.d. s amelynek értékét a kifejezés határozza meg
E = Blvsinα,
ahol B a mágneses indukció T-ben, l a vezeték hossza m-ben, v a huzal sebessége m / s-ban, α - az a szög, amelyben a vezeték keresztezi a mágneses erővonalakat.
Legyen B, I és v ebben az esetben állandó, akkor az indukált e. stb. c) csak attól az α szögtől függ, amelynél a vezeték keresztezi a mágneses teret. Tehát az 1. pontban, amikor a vezeték a mágneses erővonalak mentén mozog, az indukált emf értéke. stb. p nulla lesz, amikor a vezeték a 3. oe pontba kerül. stb. v.-nek lesz a legnagyobb jelentősége, hiszen az erővonalakat a vezető rájuk merőleges irányban fogja keresztezni, végül pl. stb. v. ismét eléri a nullát, ha a vezetéket az 5. pontba mozgatjuk.
Rizs. 1. Az indukált e. stb. pp mágneses térben forgó vezetékben
A 2. és 4. közbenső pontokban, ahol a huzal α = 45°-os szögben metszi az erővonalakat, az indukált emf értéke. stb. Ennek megfelelően, amikor a vezetéket az 1. pontból az 5. pontba, azaz 180°-kal elfordítják, az indukált e. stb. v. nulláról maximumra és vissza nullára változik.
Teljesen nyilvánvaló, hogy az A huzal további 180°-os forgatásakor (a 6., 7., 8. és 1. pontokon keresztül) az indukált e. stb. p ugyanaz lesz, de az iránya az ellenkezőjére változik, mivel a vezeték már a másik pólus alatt keresztezi a mágneses erővonalakat, ami egyenértékű az ellenkező első irányú keresztezéssel.
Ezért a vezeték 360°-os elforgatásakor az indukált e. stb. v. nemcsak a nagysága változik állandóan, hanem kétszer is változtatja az irányát.
Ha a vezeték bizonyos ellenállásig zárva van, akkor megjelenik a vezeték elektromosság, méretében és irányában is változó.
A nagyságában és irányában folyamatosan változó elektromos áramot váltakozó áramnak nevezzük.
Mi az a szinuszhullám?
A változás természete e. stb. (áram) a vezeték egy fordulatánál a nagyobb áttekinthetőség érdekében grafikusan ábrázolják őket egy görbe segítségével. Mivel az értéke e. stb. c) sinα-val arányos, majd bizonyos szögek beállítása után táblázatok segítségével meg lehet határozni az egyes szögek szinuszának értékét, és a megfelelő skálán meg lehet alkotni egy görbét e változására. stb. c) Ehhez a vízszintes tengelyen félretesszük a huzal forgásszögeit, a függőleges tengelyen pedig a megfelelő léptékben az indukált e. stb. val vel
Ha korábban az ábrán jeleztük.1 kösse össze a pontokat egy sima görbe vonallal, akkor képet ad az indukált e változás nagyságáról és természetéről. stb. (áram) a vezető bármely pozíciójában a mágneses térben. Annak a ténynek köszönhetően, hogy az indukált e. stb. p.-t bármely pillanatban annak a szögnek a szinusza határozza meg, amelynél a vezeték keresztezi az 1. ábrán látható mágneses teret. 1 görbét szinuszosnak nevezzük, és e. stb. s. – szinuszos.
Rizs. 2. A szinusz és jellemző értékei
Az általunk vizsgált változások pl. stb. c) szinuszosan megfelel a huzal mágneses térben 360°-os szögben történő forgásának. Ha a vezetéket a következő 360°-kal elforgatjuk, az indukált e. stb. s.(és áram) ismét szinuszos hullámban jelennek meg, vagyis periodikusan ismétlődnek.
Ennek megfelelően ez okozta e. stb. c.-t elektromos áram szinuszos váltóáramnak nevezzük... Teljesen nyilvánvaló, hogy az A vezeték végein általunk mérhető feszültség zárt külső áramkör jelenlétében is szinuszosan fog változni.
A vezeték mágneses fluxusban vagy tekercsbe kapcsolt vezetékrendszerben történő forgatásával nyert váltakozó áramot egyfázisú váltakozó áramnak nevezzük.
A szinuszos váltóáram a legszélesebb körben alkalmazott technológia. Azonban találhatunk olyan váltakozó áramokat, amelyek nem változnak a szinusztörvény szerint. Az ilyen váltakozó áramokat nem szinuszosnak nevezzük.
Lásd még: Mi a váltakozó áram és miben különbözik az egyenáramtól
Egyfázisú váltakozó áram amplitúdója, periódusa, frekvenciája
Áramerősség, szinuszos mentén változik, folyamatosan változik. Tehát, ha az A pontban (2. ábra) az áram egyenlő 3a-val, akkor a B pontban már nagyobb lesz.A szinusz egy másik pontjában, például a C pontban, az áram új értéket kap, és így tovább.
Az áram erősségét bizonyos időpontokban, amikor az egy szinusz mentén változik, pillanatnyi áramértékeknek nevezzük.
Az egyfázisú váltóáram legnagyobb pillanatnyi értékét akkor nevezzük, amikor szinuszos amplitúdó mentén változik... Könnyen belátható, hogy egy huzalfordulatra az áram kétszer éri el az amplitúdó értékét. Az egyik aa értéke pozitív, és a 001 tengelyről húzódik, a másik bv pedig negatív, és a tengelyről lefelé húzódik.
Az az idő, amely alatt az indukált e. stb. (vagy az aktuális erő) végigmegy a teljes változási cikluson, az úgynevezett havi T cikluson (2. ábra). Az időtartamot általában másodpercben mérik.
A periódus reciprokát frekvenciának (f) nevezzük. Más szavakkal, váltakozó áram frekvenciája az időegységenkénti periódusok száma, azaz. másodpercben. Például, ha egy 1 másodpercen belüli váltakozó áram tízszer veszi fel ugyanazokat az értékeket és irányt, akkor az ilyen váltakozó áram frekvenciája másodpercenként 10 periódus lesz.
A frekvencia mérésére a másodpercenkénti periódusok száma helyett a hertz (hertz) nevű mértékegységet használjuk. Az 1 hertzes frekvencia egyenlő 1 lps/mp frekvenciával. Magas frekvenciák mérésénél kényelmesebb a hertznél 1000-szer nagyobb mértékegységet használni, pl. kilohertz (kHz), vagy 1 000 000-szer nagyobb, mint a hertz - megahertz (mhz).
A technológiában alkalmazott váltakozó áramok a frekvencia függvényében kisfrekvenciás áramokra és nagyfrekvenciás áramokra oszthatók.
AC effektív érték
A vezetéken áthaladó egyenáram felmelegíti azt. Ha váltakozó áramot vezet a vezetéken, a vezeték is felmelegszik.Ez érthető, mert bár a váltóáram folyamatosan változtatja az irányát, a hőleadás egyáltalán nem függ a vezetékben lévő áram irányától.
Ha váltakozó áramot vezetnek át egy izzón, annak izzószála világít. Normál, 50 Hz-es váltakozó áramú frekvencián a fény nem villog, mivel az izzó izzószálának, amelynek hőtehetetlensége van, nincs ideje lehűlni olyankor, amikor az áramkörben az áram nulla. Az 50 Hz-nél kisebb frekvenciájú váltóáram világításra való alkalmazása ma már nem kívánatos, mert kellemetlen, szemfárasztó ingadozások jelentkeznek az izzó intenzitásában.
Folytatva az egyenáramú analógiát, arra számíthatunk, hogy egy vezetéken átfolyó váltakozó áram keletkezik körülötte mágneses mező. Valójában nA váltakozó áram nem hoz létre mágneses teret, de mivel az általa létrehozott mágneses tér iránya és nagysága is változó lesz.
A váltakozó áram folyamatosan változik mind nagyságrendben, mind iránybanNS. Természetesen felmerül a kérdés, hogy hogyan mérjük jól a T változót, és hogy egy szinusz mentén változtatva mekkora értékét kell úgy tekinteni, mint ami ezt vagy azt a cselekvést okozza.
C Ehhez a váltakozó áramot az általa keltett hatás szempontjából egyenárammal hasonlítják össze, amelynek értéke a kísérlet során változatlan marad.
Tegyük fel, hogy egy 10 A állandó ellenállású vezetéken egyenáram folyik keresztül, és azt találjuk, hogy a vezetéket 50 °-os hőmérsékletre melegítjük.Ha most nem egyenáramot, hanem váltóáramot vezetünk át ugyanazon a vezetéken, és így választjuk meg az értékét (például reosztáttal) úgy, hogy a vezetéket is 50 ° -os hőmérsékletre melegítsük, akkor ebben az esetben azt mondhatjuk, hogy a váltóáram hatása megegyezik az egyenáram hatásával.
A vezeték mindkét esetben azonos hőmérsékletre melegítése azt mutatja, hogy időegység alatt a váltakozó áram ugyanannyi hőt ad le a vezetékben, mint az egyenáram.
Váltakozó szinuszos áram, amely adott ellenállás mellett egységnyi idő alatt annyi hőt bocsát ki, mint egy egyenárammal egyenértékű egyenáram... Ezt az áramértéket nevezzük a váltakozó áram effektív (Id) vagy effektív értékének. Ezért példánkban a váltakozó áram effektív értéke 10 A lesz... Ebben az esetben a maximális (csúcs) áramértékek meghaladják az átlagos nagyságrendi értékeket.
A tapasztalat és a számítások azt mutatják, hogy a váltakozó áram effektív értékei kisebbek, mint az amplitúdóértékei √2 (1,41)-szeresben. Ezért ha ismert az áram csúcsértéke, akkor az Id áram effektív értéke úgy határozható meg, hogy az Ia áram amplitúdóját elosztjuk √2-vel, azaz Id = Aza/√2
Ezzel szemben, ha ismert az áram effektív értéke, akkor kiszámítható az áram csúcsértéke, azaz Ia = Azd√2
Ugyanezek az összefüggések érvényesek e amplitúdójára és effektív értékére. stb. v. és feszültségek: Mértékegység = Ea /√2, Ud = Uа/√2
A mérőeszközök leggyakrabban a tényleges értékeket mutatják, ezért a jelölésnél a «d» indexet általában elhagyják, de nem szabad megfeledkezni róla.
Impedancia váltakozó áramú áramkörökben
Ha induktivitás és kapacitás fogyasztókat csatlakoztatunk a váltakozó áramú áramkörhöz, akkor az aktív és a reaktanciát egyaránt figyelembe kell venni (a reaktancia akkor lép fel, ha egy kondenzátor be van kapcsolva, ill. fojtó váltóáramú áramkörben). Ezért az ilyen fogyasztón áthaladó áram meghatározásakor el kell osztani a tápfeszültséget az áramkör (fogyasztó) impedanciájával.
Az egyfázisú váltakozó áramú áramkör impedanciáját (Z) a következő képlet határozza meg:
Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2
ahol R az áramkör aktív ellenállása ohmban, L az áramkör induktivitása henriben, C az áramkör (kondenzátor) kapacitása faradokban, ω – a váltakozó áram szögfrekvenciája.
Különböző fogyasztókat használnak a váltakozó áramú áramkörökben, ahol vagy az R, L, C három értékét vagy csak néhányat kell figyelembe venni. Ugyanakkor figyelembe kell venni a váltakozó áram szögfrekvenciáját.
Egyes felhasználóknál csak az R és L értéke vehető figyelembe a megfelelő sarokfrekvencia értékeknél, például 50 Hz AC frekvencián mágnestekercs vagy a generátor tekercs csak aktív és induktív ellenállást tartalmazónak tekinthető. Más szóval, a kapacitás ebben az esetben elhanyagolható. Ekkor egy ilyen felhasználó AC impedanciája a következő képlettel számítható ki:
Z = √(R2 + ω2L2)
Ha egy ilyen tekercset vagy váltóáramú működésre tervezett tekercset azonos feszültségű egyenárammal csatlakoztatunk, akkor a tekercsen nagyon nagy áram folyik át, ami jelentős hőtermeléshez vezethet, és a tekercs szigetelése sérülhet. Ellenkezőleg, kis áram folyik át egyenáramú áramkörben való működésre tervezett, azonos feszültségű váltóáramú áramkörhöz csatlakoztatott tekercsen, és az eszköz, amelyben ezt a tekercset használják, nem hajtja végre a szükséges műveletet.
Ellenállási háromszög, feszültségháromszög és teljesítményháromszög:
