Kas yra kintamoji srovė ir kuo ji skiriasi nuo nuolatinės srovės

Kintamoji srovė, priešingai DC srovė, nuolat kinta tiek dydžiu, tiek kryptimi, ir šie pokyčiai vyksta periodiškai, tai yra, kartojasi lygiai vienodais intervalais.

Norėdami sukelti tokią srovę grandinėje, naudokite kintamos srovės šaltinius, kurie sukuria kintamą EML, periodiškai keičiantį dydį ir kryptį.Tokie šaltiniai vadinami generatoriais.

Fig. 1 parodyta paprasčiausio įrenginio schema (modelis). generatorius. 

Stačiakampis rėmas, pagamintas iš varinės vielos, pritvirtintas prie ašies ir pasukamas lauke naudojant diržinę pavarą magnetas… Rėmo galai yra lituojami prie varinių žiedų, kurie besisukdami kartu su rėmu slysta ant kontaktinių plokščių (šepečių).

1 pav. Paprasčiausio generatoriaus diagrama

Įsitikinkime, kad toks įrenginys tikrai yra kintamo EML šaltinis.

Tarkime, kad magnetas sukuria tarp jo polių vienodas magnetinis laukas, tai yra toks, kuriame magnetinio lauko linijų tankis kiekvienoje lauko dalyje yra vienodas.besisukantis, rėmas kerta magnetinio lauko jėgos linijas kiekvienoje jo pusėje a ir b Sukeltas EML. 

Rėmo pusės c ir d neveikia, nes rėmui besisukant jos nekerta magnetinio lauko jėgos linijų ir todėl nedalyvauja kuriant EML.

Bet kuriuo momentu EML, atsirandantis a pusėje, yra priešinga kryptimi nei EML, atsirandantis b pusėje, tačiau kadre abu EML veikia pagal ir prideda prie bendro EML, ty sukelia viso kadro.

Tai lengva patikrinti, jei naudosime mums žinomą dešinės rankos taisyklę, kad nustatytų EML kryptį.

Norėdami tai padaryti, padėkite dešinės rankos delną taip, kad jis būtų nukreiptas į šiaurinį magneto ašigalį, o sulenktas nykštys sutaptų su tos rėmo pusės, kurioje norime nustatyti EML kryptį, judėjimo kryptimi. Tada EML kryptį jame parodys ištiesti rankos pirštai.

Kad ir kokia būtų kadro padėtis, mes nustatome EML kryptį a ir b pusėse, jos visada sumuojasi ir sudaro bendrą EML kadre. Tuo pačiu metu su kiekvienu rėmo pasukimu viso EMF kryptis jame pasikeičia į priešingą, nes kiekviena iš rėmo darbinių pusių per vieną apsisukimą eina po skirtingais magneto poliais.

Kadre sukelto EML dydis taip pat keičiasi, kai keičiasi greitis, kuriuo kadro kraštinės kerta magnetinio lauko linijas. Iš tiesų tuo momentu, kai rėmas priartėja prie vertikalios padėties ir jį pravažiuoja, rėmo šonuose esančių jėgos linijų kirtimo greitis yra didžiausias, o kadre indukuojama didžiausia emf.Tais laiko momentais, kai rėmas peržengia savo horizontalią padėtį, atrodo, kad jo šonai slysta išilgai magnetinio lauko linijų, jų nekertant, ir nesukeliamas joks EML.

Todėl tolygiai sukant rėmą, jame bus sukeltas EML, periodiškai keičiantis tiek dydžiui, tiek kryptimi.

EML, atsirandantis kadre, gali būti išmatuotas prietaisu ir naudojamas srovei sukurti išorinėje grandinėje.

Naudojant elektromagnetinės indukcijos reiškinys, galite gauti kintamą EML, taigi ir kintamąją srovę.

Kintamoji srovė pramonės reikmėms ir apšvietimui gaminami galingų generatorių, varomų garo ar vandens turbinų ir vidaus degimo variklių.

Grafinis kintamosios ir nuolatinės srovės vaizdavimas

Grafinis metodas leidžia vizualizuoti tam tikro kintamojo keitimo procesą priklausomai nuo laiko.

Laikui bėgant besikeičiančių kintamųjų braižymas pradedamas braižant dvi viena kitai statmenas linijas, vadinamas grafiko ašimis. Tada horizontalioje ašyje tam tikroje skalėje brėžiami laiko intervalai, o vertikalioje ašyje taip pat tam tikroje skalėje – braižomo dydžio reikšmės (EMF, įtampa ar srovė).

Fig. 2 diagramoje pavaizduota nuolatinė ir kintamoji srovė... Šiuo atveju atidedame srovės reikšmes, o vienos krypties srovės vertės, kurios paprastai vadinamos teigiamomis, atidėtos vertikaliai nuo ašių O susikirtimo taško , o žemyn nuo šio taško – priešinga kryptis, kuri paprastai vadinama neigiama.

2 pav. Grafinis nuolatinės ir kintamosios srovės vaizdavimas

Pats taškas O yra dabartinių verčių (vertikaliai žemyn ir aukštyn) ir laiko (horizontaliai dešinėje) pradžia.Kitaip tariant, šis taškas atitinka nulinę srovės reikšmę ir šį pradinį laiko tašką, nuo kurio mes ketiname atsekti, kaip srovė keisis ateityje.

Patikrinkite, ar tai, kas pavaizduota fig. 2 ir 50 mA nuolatinės srovės diagrama.

Kadangi ši srovė yra pastovi, tai yra, laikui bėgant nekeičia savo dydžio ir krypties, tos pačios srovės vertės atitiks skirtingus laiko momentus, ty 50 mA. Todėl laiko momentu, lygiu nuliui, tai yra, pradiniu mūsų srovės stebėjimo momentu, ji bus lygi 50 mA. Nubrėžę atkarpą, lygią dabartinei 50 mA vertei vertikalioje ašyje aukštyn, gauname pirmąjį savo grafiko tašką.

Tą patį turime padaryti ir kitą laiko akimirką, atitinkančią 1 tašką laiko ašyje, tai yra, nuo šio taško vertikaliai į viršų atidėti segmentą, taip pat lygų 50 mA. Atkarpos pabaiga mums nurodys antrąjį grafiko tašką.

Padarę panašią konstrukciją keliems vėlesniems laiko taškams, gauname taškų seriją, kurių sujungimas duos tiesią liniją, kuri yra grafinis 50 mA pastovios srovės vertės vaizdas.

Kintamo EML braižymas

Pereikime prie EML kintamojo grafiko tyrimo... Fig. 3, viršuje parodytas magnetiniame lauke besisukantis rėmelis, o žemiau pateiktas gauto kintamojo EMF grafinis vaizdas.

3 pav. Kintamojo EMF braižymas

Pradedame tolygiai sukti rėmą pagal laikrodžio rodyklę ir sekti jame vykstančius EMF pokyčius, pradiniu momentu laikydamiesi horizontalios rėmo padėties.

Šiuo pradiniu momentu EMF bus lygus nuliui, nes rėmo šonai nekerta magnetinio lauko linijų.Diagramoje ši nulinė EML reikšmė, atitinkanti momentą t = 0, pavaizduota tašku 1.

Toliau sukant rėmą, jame pradės atsirasti EMF ir didės tol, kol rėmas pasieks vertikalią padėtį. Diagramoje šis EML padidėjimas bus pavaizduotas sklandžiai kylančia kreive, kuri pasiekia piką (2 taškas).

Kai rėmas artėja prie horizontalios padėties, EMF jame sumažės ir nukris iki nulio. Diagramoje tai bus pavaizduota kaip krintanti lygi kreivė.

Todėl per tą laiką, atitinkantį pusę kadro apsisukimo, jame esantis EMF sugebėjo padidinti nuo nulio iki didžiausios vertės ir vėl sumažėti iki nulio (3 punktas).

Toliau sukant rėmą, EMF jame vėl atsiras ir palaipsniui didės, tačiau jo kryptis jau pasikeis į priešingą, kaip matyti pritaikius dešinės rankos taisyklę.

Grafike atsižvelgiama į EML krypties pasikeitimą, todėl EML kreivė kerta laiko ašį ir dabar yra žemiau šios ašies. EMF vėl didėja, kol rėmas įgauna vertikalią padėtį.

Tada EMF pradės mažėti ir jo vertė taps lygi nuliui, kai rėmas grįš į pradinę padėtį, atlikęs vieną pilną apsisukimą. Grafike tai bus išreikšta tuo, kad EML kreivė, pasiekusi aukščiausią tašką priešinga kryptimi (taškas 4), tada susidurs su laiko ašimi (5 taškas).

Tai užbaigia vieną EMF keitimo ciklą, tačiau jei tęsite kadro sukimąsi, iškart prasidės antrasis ciklas, tiksliai pakartojant pirmąjį, po kurio seka trečias, tada ketvirtas ir taip toliau, kol sustosime. sukimosi rėmas.

Taigi kiekvienam kadro pasukimui jame atsirandantis EML užbaigia visą jo pasikeitimo ciklą.

Jei rėmas uždarytas kokiai nors išorinei grandinei, tada per grandinę tekės kintamoji srovė, kurios grafikas atrodys taip pat, kaip EMF grafikas.

Gauta bangos forma vadinama sinusine banga, o srovė, EMF arba įtampa, besikeičianti pagal šį dėsnį, vadinama sinusine.

Pati kreivė vadinama sinusoidu, nes ji yra kintamo trigonometrinio dydžio, vadinamo sinusu, grafinis vaizdas.

Sinusinis srovės pokyčio pobūdis yra labiausiai paplitęs elektrotechnikoje, todėl kalbant apie kintamąją srovę, daugeliu atvejų jie reiškia sinusoidinę srovę.

Norint palyginti skirtingas kintamąsias sroves (EMF ir įtampas), yra verčių, apibūdinančių tam tikrą srovę. Tai vadinami kintamosios srovės parametrais.

Laikotarpis, amplitudė ir dažnis – kintamosios srovės parametrai

Kintamajai srovei būdingi du parametrai – mėnesio ciklas ir amplitudė, kuriuos žinodami galime įvertinti, kokia tai kintamoji srovė, ir sudaryti srovės grafiką.

4 pav. Sinusoidinės srovės kreivė

Laikotarpis, per kurį vyksta visas srovės pokyčio ciklas, vadinamas periodu. Laikotarpis žymimas raide T ir matuojamas sekundėmis.

Laikotarpis, per kurį įvyksta pusė viso srovės kitimo ciklo, vadinamas pusciklu, todėl srovės (EMF arba įtampos) kitimo periodas susideda iš dviejų pusės periodų. Visiškai akivaizdu, kad visi tos pačios kintamosios srovės periodai yra lygūs vienas kitam.

Kaip matyti iš grafiko, per vieną jos kitimo laikotarpį srovė pasiekia dvigubai didžiausią vertę.

Didžiausia kintamosios srovės vertė (EMF arba įtampa) vadinama jos amplitudės arba didžiausios srovės verte.

Im, Em ir Um yra įprasti srovės, EMF ir įtampos amplitudės žymėjimai.

Pirmiausia atkreipėme dėmesį didžiausia srovėtačiau, kaip matyti iš grafiko, yra daugybė tarpinių reikšmių, kurios yra mažesnės už amplitudę.

Kintamosios srovės (EMF, įtampos) vertė, atitinkanti bet kurį pasirinktą laiko momentą, vadinama jos momentine verte.

i, e ir u yra visuotinai priimtos srovės, emf ir įtampos momentinių verčių žymės.

Momentinę srovės vertę, taip pat jos didžiausią vertę, lengva nustatyti grafiko pagalba. Norėdami tai padaryti, iš bet kurio horizontalios ašies taško, atitinkančio mus dominantį laiko tašką, nubrėžkite vertikalią liniją iki susikirtimo su dabartine kreive taško; gautas vertikalios linijos segmentas nustatys srovės vertę tam tikru metu, tai yra, jos momentinę vertę.

Akivaizdu, kad momentinė srovės vertė po laiko T / 2 nuo grafiko pradžios taško bus lygi nuliui, o po laiko T / 4 jos amplitudės vertė. Srovė taip pat pasiekia didžiausią vertę; bet jau priešinga kryptimi, po laiko, lygaus 3/4 T.

Taigi diagrama rodo, kaip srovė grandinėje keičiasi laikui bėgant ir kad tik viena konkreti srovės dydžio ir krypties reikšmė atitinka kiekvieną laiko momentą. Šiuo atveju srovės vertė tam tikru momentu viename grandinės taške bus lygiai tokia pati bet kuriame kitame tos grandinės taške.

Jis vadinamas pilnų periodų skaičiumi, kurį atlieka srovė per 1 sekundę kintamosios srovės dažnio, ir žymimas lotyniška raide f.

Norint nustatyti kintamosios srovės dažnį, tai yra sužinoti, kiek jos keitimo periodų per 1 sekundę, reikia 1 sekundę padalyti iš vieno periodo laiko f = 1 / T. Žinant dažnį kintamosios srovės, galite nustatyti laikotarpį: T = 1 / f

AC dažnis jis matuojamas vienetu, vadinamu hercu.

Jei turime kintamąją srovę, kurios dažnis lygus 1 hercui, tai tokios srovės periodas bus lygus 1 sekundei. Ir atvirkščiai, jei srovės kitimo periodas yra 1 sekundė, tai tokios srovės dažnis yra 1 hercas.

Taigi apibrėžėme kintamosios srovės parametrus – periodą, amplitudę ir dažnį – kurie leidžia atskirti skirtingas kintamosios srovės sroves, EML ir įtampas ir prireikus nubraižyti jų grafikus.

Nustatydami įvairių grandinių varžą kintamajai srovei, naudokite kitą pagalbinę kintamąją srovę apibūdinančią reikšmę, vadinamąją. kampinis arba kampinis dažnis.

Apvalus dažnis, susijęs su dažniu f, pažymėtas santykiu 2 pif

Paaiškinkime šią priklausomybę. Nubraižydami kintamąjį EML grafiką pamatėme, kad vienas pilnas kadro pasukimas lemia visą EML pasikeitimo ciklą. Kitaip tariant, kad rėmas padarytų vieną apsisukimą, tai yra, apsisuktų 360 °, reikia laiko, lygaus vienam periodui, ty T sekundėms. Tada per 1 sekundę rėmas apsisuka 360 ° / T. Todėl 360 ° / T yra kampas, kuriuo rėmas pasisuka per 1 sekundę, ir išreiškia rėmo sukimosi greitį, kuris paprastai vadinamas kampiniu arba apskritimo greičiu.

Bet kadangi laikotarpis T yra susijęs su dažniu f santykiu f = 1 / T, tada apskritimo greitis taip pat gali būti išreikštas kaip dažnis ir bus lygus 360 ° f.

Taigi padarėme išvadą, kad 360 ° f. Tačiau, kad būtų patogiau naudoti apskrito dažnį bet kokiems skaičiavimams, 360 ° kampas, atitinkantis vieną apsisukimą, pakeičiamas radialine išraiška, lygia 2pi radianams, kur pi = 3,14. Taigi pagaliau gauname 2pif. Todėl norint nustatyti kintamosios srovės kampinį dažnį (EMF arba įtampa), turite padauginti dažnį hercais iš pastovaus skaičiaus 6,28.