Основни параметри на променлив ток: период, честота, фаза, амплитуда, хармонични трептения

Променливият ток е електрически ток, чиято посока и сила се променят периодично. Тъй като обикновено силата на променливия ток се променя според синусоидален закон, променливият ток е синусоидални колебания в напрежението и тока.

Следователно всичко, което се отнася до синусоидални електрически трептения, е приложимо за променлив ток. Синусоидалните трептения са колебания, при които осцилиращата стойност се променя според синусовия закон.В тази статия ще говорим за AC параметри.

Промяната в ЕМП и промяната в тока на линейното натоварване, свързано към такъв източник, ще настъпят съгласно синусоидален закон. В този случай променливите ЕМП, променливите напрежения и токове могат да се характеризират с основните им четири параметъра:

• месечен цикъл;

• честота;

• амплитуда;

• ефективна стойност.

Има и допълнителни параметри:

• ъглова честота;

• фаза;

• незабавна стойност.

След това ще разгледаме всички тези параметри поотделно и заедно.

Период Т.

Период — времето, през което система, която се колебае, преминава през всички междинни състояния и се връща отново в първоначалното си състояние.

Периодът T на променлив ток е интервалът от време, през който токът или напрежението правят един пълен цикъл от промени.

Тъй като източникът на променлив ток е генератор, периодът е свързан със скоростта на въртене на неговия ротор и колкото по -висока е скоростта на въртене на намотката или ротора на генератора, толкова по -кратък е периодът на генерираната променлива ЕМП и съответно, променливият ток на натоварване, се оказва.

Периодът се измерва в секунди, милисекунди, микросекунди, наносекунди, в зависимост от конкретната ситуация, в която се разглежда този ток. Горната фигура показва как напрежението U се променя с течение на времето, като същевременно има постоянен характерен период T.

Честота f

Честотата f е реципрочна за периода и е числено равна на броя периоди на текуща или EMF промяна за 1 секунда. Тоест, f = 1 / T. Единицата за измерване на честотата е херц (Hz), кръстен на германския физик Хайнрих Херц, който има значителен принос за развитието на електродинамиката през 19 век. Колкото по -кратък е периодът, толкова по -висока е честотата на ЕМП или промяна на тока.

Днес в Русия стандартната честота на променлив ток в електрическите мрежи е 50 Hz, тоест 50 колебания на мрежовото напрежение се появяват за 1 секунда.

В други области на електродинамиката се използват по -високи честоти, например 20 kHz и повече — в съвременните инвертори, и до няколко MHz в по -тесните области на електродинамиката. На горната фигура можете да видите, че има 50 пълни трептения за една секунда, всяко с продължителност 0,02 секунди и 1 / 0,02 = 50.

От графиките на промените в синусоидалния променлив ток във времето може да се види, че токове с различни честоти съдържат различен брой периоди в един и същ интервал от време.

Ъглова честота

Ъглова честота — броят на трептенията, направени за 2pi sec.

В един период фазата на синусоидалния ЕМП или синусоидален ток се променя с 2pi радиани или 360 °, следователно ъгловата честота на променливия синусоидален ток е равна на:

Използвайте броя на трептенията за 2pi sec.(а не за 1 сек.) Удобно е, защото във формулите, изразяващи закона за изменението на напрежението и тока по време на хармонични трептения, изразяващи индуктивното или капацитивно съпротивление на променлив ток, а в много други случаи честотата на трептене н се появяват заедно с множителя 2pi.

Фаза

Фаза — състояние, етап на периодичен процес. Понятието фаза има по -определен смисъл в случай на синусоидални трептения. На практика обикновено не самата фаза играе роля, а фазовото изместване между всеки два периодични процеса.

В този случай терминът «фаза» се разбира като етап от развитието на процеса и в този случай, по отношение на променливите токове и синусоидалните напрежения, фазата се нарича състоянието на променливия ток в определен момент от времето .

Цифрите показват: съвпадението на напрежението U1 и тока I1 във фаза, напрежението U1 и U2 в антифаза, както и фазовото изместване между тока I1 и напрежението U2. Фазовото изместване се измерва в радиани, части от период, в градуси.

Вижте също: Какво е фаза, фазов ъгъл и фазово изместване

Амплитуда Um и Im

Говорейки за величината на синусоидалния променлив ток или синусоидалната променлива ЕМП, най -високата стойност на ЕМП или тока се нарича амплитуда или амплитудна (максимална) стойност.

Амплитуда — най -голямата стойност на величината, изпълняваща хармонични трептения (например максималната стойност на силата на тока в променлив ток, отклонението на трептящото махало от равновесното положение), най -голямото отклонение на трептящото количество от определена стойност, приета условно като начална нула.

Строго погледнато, терминът амплитуда се отнася само до синусоидални трептения, но обикновено (не съвсем правилно) се прилага в горния смисъл към всички трептения.

Ако говорим за алтернатор, тогава ЕМП на своите клеми два пъти за период достига стойност на амплитуда, първата от които е + Em, втората е Em съответно, през положителния и отрицателния полупериод. Токът I се държи по подобен начин и се обозначава съответно с Im.

Хармонични вибрации — трептения, при които осцилиращо количество, например напрежението в електрическа верига, се променя с течение на времето според хармоничен синусоидален или косинусен закон. Графично представен от синусоидална крива.

Реалните процеси могат само приблизително да бъдат хармонични трептения. Ако обаче трептенията отразяват най -характерните особености на процеса, тогава такъв процес се счита за хармоничен, което значително улеснява решаването на много физически и технически проблеми.

Движения, близки до хармоничните трептения, се случват в различни системи: механични (трептения на махалото), акустични (трептения на въздушен стълб в органна тръба), електромагнитни (трептения в LC верига) и др. Теорията на трептенията разглежда тези явления, различни по физическа природа, с единна гледна точка и определя техните общи свойства.

Удобно е да се представят хармоничните трептения графично, като се използва вектор, въртящ се с постоянна ъглова скорост около ос, перпендикулярна на този вектор и преминаваща през неговия произход. Ъгловата скорост на въртене на вектора съответства на кръговата честота на хармоничното трептене.

Векторна диаграма на една хармонична вибрация

Периодичен процес от всякаква форма може да бъде разложен на безкрайна серия от прости хармонични трептения с различни честоти, амплитуди и фази.

Хармоничен — хармонична вибрация, чиято честота е цял брой пъти по -голяма от честотата на някои други вибрации, наречена главен тон. Номерът на хармоника показва колко пъти неговата честота е по -голяма от честотата на основния тон (например третата хармоника е хармонична вибрация с честота три пъти по -висока от честотата на основния тон).

Всеки периодичен, но не хармоничен (т.е.която се различава по форма от синусоидалната) трептенията могат да бъдат представени като сума от хармонични трептения — основният тон и редица хармоници. Колкото повече разглежданото трептене се различава по форма от синусоидалното, толкова повече хармоници съдържа.

Моментална стойност на u и i

Стойността на ЕМП или ток в определен момент от момента се нарича моментна стойност, те се обозначават с малки букви u и i. Но тъй като тези стойности се променят през цялото време, е неудобно да се преценява за променливите токове и ЕМП от тях.

RMS стойности I, E и U

Способността на променлив ток да изпълнява полезна работа, например механично да върти ротора на двигателя или да произвежда топлина върху нагревателно устройство, се оценява удобно чрез ефективните стойности на ЕМП и токове.

Така, ефективна текуща стойност се нарича стойността на такъв постоянен ток, който при преминаване през проводник през един период от разглеждания променлив ток произвежда същата механична работа или същото количество топлина като този променлив ток.

RMS стойностите на напрежения, ЕМП и токове са обозначени с главни букви I, E и U. За синусоидален променлив ток и за синусоидален променлив напрежение ефективните стойности са:

За описване на електрическите мрежи е удобно да се използва ефективната стойност на тока и напрежението. Например стойност 220-240 волта е ефективната стойност на напрежението в съвременните домашни контакти, а амплитудата е много по -висока — от 311 до 339 волта.

Същото е и с тока, например, когато казват, че ток от 8 ампера протича през битово отоплително устройство, това означава ефективна стойност, докато амплитудата е 11,3 ампера.

По един или друг начин механичната работа и електрическата енергия в електрическите инсталации са пропорционални на ефективните стойности на напрежения и токове. Значителна част от измервателните уреди показват точно ефективните стойности на напрежения и токове.