Еднофазен променлив ток

Получаване на променлив ток

Ако проводникът А се завърти в магнитния поток, образуван от двата полюса на магнита по посока на часовниковата стрелка (фиг. 1), тогава когато проводникът пресече магнитните силови линии, в него ще се индуцира д. d. s, чиято стойност се определя от израза

E = Blvsinα,

където B е магнитната индукция в T, l е дължината на проводника в m, v е скоростта на проводника в m / s, α — ъгълът, под който проводникът пресича магнитните силови линии.

Нека B, I и v за този случай останат постоянни, след това индуцираното e. и т.н. с. ще зависи само от ъгъла α, под който проводникът пресича магнитното поле. И така, в точка 1, когато проводникът се движи по магнитните силови линии, стойността на индуцираната ЕДС. и т.н. с. ще бъде равна на нула, когато проводникът се премести в точка 3 oe. и т.н. с. ще бъде от най -голямо значение, тъй като силовите линии ще бъдат пресичани от проводника в посоката, перпендикулярна на тях, и накрая, напр. и т.н. с. отново ще достигне нула, ако проводникът се премести в точка 5.

Ориз. 1. Промяна на индуцираната e. и т.н. с. в проводник, въртящ се в магнитно поле

В междинни точки 2 и 4, в които проводникът пресича силовите линии под ъгъл α = 45 °, стойността на индуцираната ЕДС. и т.н. с. ще бъде съответно по -малко, отколкото в точка 3. Така, когато проводникът е обърнат от точка 1 в точка 5, тоест с 180 °, индуцираният e. и т.н. с. променя от нула на максимум и обратно на нула.

Съвсем очевидно е, че при по -нататъшно завъртане на проводника А под ъгъл от 180 ° (през точки 6, 7, 8 и 1), естеството на промяната в индуцираното e. и т.н. с. ще бъде същото, но посоката му ще се промени в обратна, тъй като проводникът ще пресича магнитните силови линии вече под другия полюс, което е еквивалентно на пресичането им в противоположната първа посока.

Следователно, когато проводникът се завърти на 360 °, индуцираният e. и т.н. с. не само се променя по величина през цялото време, но и променя посоката си два пъти.

Ако проводникът е затворен за някакво съпротивление, тогава ще се появи проводникът електричество, също вариращи по размер и посока.

Извиква се електрически ток, непрекъснато променящ се по величина и посока променлив ток.

Какво е синусоида

Характерът на промяната e. и т.н. с. (ток) за един оборот на проводника за по -голяма яснота, те са графично представени с помощта на крива. Тъй като стойността на e. и т.н. с. пропорционално на грехаα, след това, като сте задали определени ъгли, е възможно с помощта на таблици да определите стойността на синуса на всеки ъгъл и в подходящата скала да изградите крива за промяната на e. и т.н. с. За да направите това, по хоризонталната ос ще отложим ъглите на въртене на проводника, а по вертикалната ос, в подходящата скала, индуцираната e. и т.н. с.

Ако по -рано е посочено на фиг. 1 свържете точките с гладка извита линия, тогава тя ще даде представа за големината и естеството на промяната в индуцираната e. и т.н. с. (ток) при всяко положение на проводника в магнитно поле. Поради факта, че стойността на индуцираната e. и т.н. с. във всеки момент се определя от синуса на ъгъла, под който проводникът пресича магнитното поле, показан на фиг. 1 крива се нарича синусоиди, и e. и т.н. с. — синусоидален.

Ориз. 2. Синусоида и нейните стойности, характеризиращи

Промените, които разгледахме e. и т.н. с. синусоидално съответстват на въртенето на проводника в магнитно поле под ъгъл от 360 °. Когато проводникът се завърти на следващите 360 °, промените в индуцираната e. и т.н. с.(и ток) отново ще се появят по синусоида, тоест те ще се повтарят периодично.

Съответно, причинено от това e. и т.н. с. се нарича електрически ток синусоидален променлив ток… Съвсем очевидно е, че напрежението, което може да бъде измерено от нас в краищата на проводника А, в присъствието на затворена външна верига, също ще се промени по синусоидален начин.

Променлив ток, получен чрез завъртане на проводник в магнитен поток или система от проводници, свързани в една бобина, се нарича еднофазен променлив ток.

Синусоидалните променливи токове са най -широко използвани в технологията. Можете обаче да намерите променливи токове, които не се променят според синусовия закон. Такива променливи токове се наричат несинусоидален.

Вижте също: Какво е променлив ток и как се различава от постоянния ток

Амплитуда, период, честота на еднофазен променлив ток

Сила на тока, променяйки се по синусоида, се променя постоянно. Така че, ако в точка А (фиг. 2) токът е равен на 3а, то в точка В той вече ще бъде по -голям. В някоя друга точка на синусоидата, например в точка С, токът вече ще има нова стойност и т.н.

Силата на тока в определени моменти, когато се променя по синусоида, се нарича моментни текущи стойности.

Извиква се най-голямата моментна стойност на еднофазен променлив ток, когато се променя по синусоида амплитуда… Лесно е да се види, че при един оборот на проводника токът достига амплитудната си стойност два пъти. Една от стойностите на aa ‘е положителна и се нанася нагоре от оста 001 а другият bv ‘е отрицателен и се нанася надолу от оста.

Времето, през което индуцираният e. и т.н. с. (или текущата сила) преминава през целия цикъл на промени, т.нар месечен цикъл T (фиг. 2). Периодът обикновено се измерва в секунди.

Реципрочността на периода се нарича честота (е). С други думи, честота на променлив ток е броят на периодите за единица време, т.е. в секундиdoo. Така например, ако променлив ток в рамките на 1 секунда приема същите стойности и посока десет пъти, тогава честотата на такъв променлив ток ще бъде 10 периоди в секунда.

За измерване на честотата, вместо броя на периодите в секунда, се използва единица, наречена херц (херц). Честотата от 1 херц е равна на честотата от 1 lps / sec. При измерване на високи честоти е по -удобно да се използва единица, 1000 пъти по -голяма от херца, т.е. килохерца (kHz), или 1 000 000 пъти по -голяма от херца — мегахерц (mhz).

Променливите токове, използвани в технологията, в зависимост от честотата, могат да бъдат разделени на токове с ниска честота и токове с висока честота.

Среднеквадратична стойност на променлив ток

Постоянният ток, преминаващ през проводника, го загрява. Ако пуснете променлив ток през проводника, проводникът също ще се нагрее. Това е разбираемо, тъй като въпреки че променливият ток променя посоката си през цялото време, отделянето на топлина изобщо не зависи от посоката на тока в проводника.

При преминаване на променлив ток през крушка нишката му ще свети. При стандартна честота на променлив ток от 50 Hz няма да се наблюдава трептене на светлината, тъй като нишката на крушката нажежаване, имащ топлинна инерция, няма време да се охлади в онези моменти, когато токът във веригата е нулев. Използването на променлив ток с честота по-малка от 50 Hz за осветление вече е нежелателно поради факта, че се появяват неприятни, уморяващи очите колебания в интензитета на крушката.

Продължавайки аналогията с постоянен ток, можем да очакваме, че променлив ток, преминаващ през проводник, създава около него магнитно поле. Всъщност nПроменливият ток не създава магнитно поле, но тъй като магнитното поле, което създава, също ще бъде променливо по посока и величина.

Променлив ток се променя през цялото време както по величина, така и по посокаNS. Естествено възниква въпросът как да се измери променливата Tдобре и каква е стойността му при промяна по синусоида трябва да се приеме като предизвикваща това или онова действие.

С За тази цел променливият ток се сравнява по отношение на действието, което произвежда с постоянен ток, чиято стойност остава непроменена по време на експеримента.

Да предположим, че постоянен ток преминава през проводник с постоянно съпротивление 10 А и беше установено, че проводникът се нагрява до температура от 50 °. Ако сега през същия проводник преминаваме не постоянен, а променлив ток и така избираме неговата стойност (действаща, например, с реостат), така че проводникът също да се нагрява до температура от 50 °, тогава в този в случая можем да кажем, че действието на променливия ток е равно на действието на постоянния ток.

Загряването на проводника и в двата случая до една и съща температура показва, че за единица време променливият ток отделя в проводника същото количество топлина като прекия.

Променлив синусоидален ток, който излъчва за дадено съпротивление за единица време същото количество топлина като постоянен ток еквивалент по величина на постоянен ток… Тази текуща стойност се нарича ефективна (Id) или ефективна стойност на променлив ток… Следователно, за нашия пример, ефективната стойност на променливия ток ще бъде 10 А… В този случай максималните (пикови) токови стойности ще надвишават средносрочните стойности по величина.

Опитът и изчисленията показват, че ефективните стойности на променливия ток са по -малки от амплитудните му стойности в √2 (1,41) пъти. Следователно, ако е известна пиковата стойност на тока, тогава ефективната стойност на тока Iд може да се определи чрез разделяне на амплитудата на тока Ia на √2, т.е.Id = Аза/√2

Обратно, ако ефективната стойност на тока е известна, тогава може да се изчисли пиковата стойност на тока, т.е.Iа = Азд√2

Същите съотношения ще бъдат валидни за амплитудата и ефективните стойности на e. и т.н. с. и напрежения: Единица = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Измервателните устройства най -често показват действителните стойности, следователно, когато нотация, индексът «d» обикновено се пропуска, но не трябва да забравяте за това.

Импеданс в AC вериги

Когато потребителите с индуктивност и капацитет са свързани към веригата на променлив ток, трябва да се вземе предвид както активното, така и реактивното съпротивление (реактивността се появява, когато кондензатор е включен или дросели във верига на променлив ток). Следователно, при определяне на тока, преминаващ през такъв потребител, е необходимо да се раздели захранващото напрежение на импеданс на веригата (консуматор).

Импедансът (Z) на еднофазна верига с променлив ток се определя по следната формула:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

където R е активното съпротивление на веригата в ома, L е индуктивността на веригата в хенри, C е капацитетът на веригата (кондензатор) в фаради, ω — ъглова честота на променлив ток.

В схемите за променлив ток се използват различни потребители, при които е необходимо да се вземат предвид или трите стойности на R, L, C или само някои от тях. В същото време трябва да се вземе предвид ъгловата честота на променливия ток.

При някои потребители при съответните стойности на ъгловата честота могат да се вземат предвид само стойностите на R и L. Например, при честота на променлив ток 50 Hz соленоидна бобина или намотката на генератора може да се счита само за съдържаща активно и индуктивно съпротивление. С други думи, капацитетът в този случай може да бъде пренебрегнат. Тогава AC импеданс такъв потребител може да бъде изчислен по формулата:

Z = √(R2 + ω2L2)

Ако такава намотка или намотка, предназначена за работа с променлив ток, е включена в постоянен ток със същото напрежение, през бобината ще протече много голям ток, което може да доведе до значително генериране на топлина, а изолацията на намотката може да бъде повредени.Напротив, малък ток ще тече през бобина, предназначена да работи във верига с постоянен ток и свързана към верига с променлив ток със същото напрежение, а устройството, в което се използва тази намотка, няма да извърши необходимото действие.

Съпротивление триъгълник, напрежение триъгълник и триъгълник мощност: