Pagrindiniai kintamosios srovės parametrai: periodas, dažnis, fazė, amplitudė, harmoniniai virpesiai

Kintamoji srovė – elektros srovė, kurios kryptis ir stiprumas periodiškai kinta. Kadangi paprastai kintamosios srovės stipris kinta pagal sinusoidinį dėsnį, kintamoji srovė yra sinusiniai įtampos ir srovės svyravimai.

Todėl viskas, kas taikoma sinusoidiniams elektriniams virpesiams, taikoma kintamajai srovei. Sinusiniai virpesiai – tai svyravimai, kurių virpesių reikšmė kinta pagal sinuso dėsnį.Šiame straipsnyje kalbėsime apie kintamosios srovės parametrus.

EML pokytis ir tiesinės apkrovos, prijungtos prie tokio šaltinio, srovės pokytis vyks pagal sinusoidinį dėsnį. Šiuo atveju kintamieji EML, kintamoji įtampa ir srovės gali būti apibūdinami pagal keturis pagrindinius jų parametrus:

• laikotarpis;

• dažnis;

• amplitudė;

• efektyvią vertę.

Taip pat yra papildomų parametrų:

• kampinis dažnis;

• fazė;

• tiesioginė vertė.

Toliau apžvelgsime visus šiuos parametrus atskirai ir kartu.

Laikotarpis T.

Laikotarpis – laikas, per kurį svyruojanti sistema pereina visas tarpines būsenas ir vėl grįžta į pradinę būseną.

Kintamosios srovės periodas T yra laiko intervalas, per kurį srovė arba įtampa atlieka vieną pilną pokyčių ciklą.

Kadangi kintamosios srovės šaltinis yra generatorius, laikotarpis yra susijęs su jo rotoriaus sukimosi greičiu ir kuo didesnis generatoriaus apvijos arba rotoriaus sukimosi greitis, tuo trumpesnis generuojamo kintamo EMF periodas ir, atitinkamai, kintamoji apkrovos srovė, pasirodo.

Laikotarpis matuojamas sekundėmis, milisekundėmis, mikrosekundėmis, nanosekundėmis, priklausomai nuo konkrečios situacijos, kurioje atsižvelgiama į šią srovę. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kaip įtampa U kinta laikui bėgant, kai būdingas pastovus periodas T.

Dažnis f

Dažnis f yra periodo atvirkštinis dydis ir yra skaitiniu būdu lygus srovės arba EML pasikeitimo periodų skaičiui per 1 sekundę. Tai yra, f = 1 / T. Dažnio matavimo vienetas yra hercas (Hz), pavadintas vokiečių fiziko Heinricho Hertzo, reikšmingai prisidėjusio prie elektrodinamikos vystymosi XIX amžiuje, vardu. Kuo trumpesnis laikotarpis, tuo didesnis EML ar srovės pokyčio dažnis.

Šiandien Rusijoje standartinis kintamosios srovės dažnis elektros tinkluose yra 50 Hz, tai yra, per 1 sekundę atsiranda 50 tinklo įtampos svyravimų.

Kitose elektrodinamikos srityse naudojami aukštesni dažniai, pavyzdžiui, 20 kHz ir daugiau šiuolaikiniuose inverteriuose, o iki kelių MHz siauresnėse elektrodinamikos srityse. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje matote, kad per vieną sekundę įvyksta 50 pilnų svyravimų, kurių kiekvienas trunka 0,02 sekundės ir 1 / 0,02 = 50.

Iš sinusinės kintamosios srovės pokyčių laikui bėgant grafikų matyti, kad skirtingų dažnių srovėse yra skirtingas periodų skaičius tame pačiame laiko intervale.

Kampinis dažnis

Kampinis dažnis – virpesių skaičius per 2pi sek.

Per vieną laikotarpį sinusinės EMF arba sinusinės srovės fazė pasikeičia 2pi radianais arba 360 °, todėl kintamos sinusinės srovės kampinis dažnis yra lygus:

Naudokite virpesių skaičių per 2pi sek. (ne per 1 sek.) Patogu, nes formulėse, išreiškiančiose įtampos ir srovės kitimo harmoninių virpesių metu dėsnį, išreiškiančiose kintamosios srovės indukcinę arba talpinę varžą, o daugelyje kitais atvejais virpesių dažnis n atsiranda kartu su daugikliu 2pi.

Fazė

Fazė – būsena, periodinio proceso etapas. Terminas fazė turi tikslesnę reikšmę sinusinių virpesių atveju. Praktikoje dažniausiai vaidina ne pati fazė, o fazės poslinkis tarp bet kurių dviejų periodinių procesų.

Šiuo atveju sąvoka „fazė“ suprantama kaip proceso vystymosi stadija, o šiuo atveju, kalbant apie kintamąsias sroves ir sinusines įtampas, fazė vadinama kintamosios srovės būsena tam tikru momentu. laikas.

Skaičiai rodo: įtampos U1 ir srovės I1 fazėje, įtampos U1 ir U2 priešfazėje, taip pat fazių poslinkį tarp srovės I1 ir įtampos U2. Fazės poslinkis matuojamas radianais, periodo dalimis, laipsniais.

Taip pat žiūrėkite: Kas yra fazė, fazės kampas ir fazės poslinkis

Amplitudė Um ir Im

Kalbant apie sinusinės kintamos srovės arba sinusinės kintamos EMF dydį, didžiausia EMF arba srovės vertė vadinama amplitudės arba amplitudės (maksimali) reikšme.

Amplitudė — didžiausia harmoninius virpesius atliekančio dydžio vertė (pavyzdžiui, didžiausia srovės stiprio vertė kintamoje srovėje, svyruojančios švytuoklės nuokrypis nuo pusiausvyros padėties), didžiausias svyruojančio dydžio nuokrypis nuo tam tikros vertės, sąlygiškai priimtas kaip pradinis nulis.

Griežtai kalbant, terminas amplitudė reiškia tik sinusinius svyravimus, tačiau dažniausiai (ne visai teisingai) pirmiau nurodyta prasme taikomas visiems virpesiams.

Jei mes kalbame apie generatorių, tada jo gnybtų EMF du kartus per laikotarpį pasiekia amplitudės vertę, iš kurių pirmoji yra + Em, antroji yra Em, atitinkamai teigiamo ir neigiamo pusciklų metu. Srovė I elgiasi panašiai ir atitinkamai žymima Im.

Harmoninės vibracijos — svyravimai, kurių metu svyruojantis dydis, pavyzdžiui, įtampa elektros grandinėje, laikui bėgant kinta pagal harmoninį sinusoidinį arba kosinusinį dėsnį. Grafiškai pavaizduota sinusine kreive.

Realūs procesai gali tik aproksimuoti harmoninius virpesius. Tačiau jei svyravimai atspindi būdingiausias proceso ypatybes, tai toks procesas laikomas harmoniniu, o tai labai palengvina daugelio fizinių ir techninių problemų sprendimą.

Harmoniniams virpesiams artimi judesiai vyksta įvairiose sistemose: mechaninėse (švytuoklės svyravimai), akustinėse (oro stulpelio virpesiai vargonų vamzdyje), elektromagnetinėse (svyravimai LC grandinėje) ir kt.Virpesių teorija šiuos fizinio pobūdžio skirtingus reiškinius nagrinėja vieningu požiūriu ir nustato jų bendras savybes.

Harmoninius virpesius patogu vaizduoti grafiškai, naudojant vektorių, besisukantį pastoviu kampiniu greičiu apie šiam vektoriui statmeną ašį ir einantį per jo pradžią. Kampinis vektoriaus sukimosi greitis atitinka harmoninio virpesio apskritimo dažnį.

Harmoninės vibracijos vektorinė diagrama

Periodinis bet kokios formos procesas gali būti suskaidytas į begalę paprastų harmoninių virpesių su skirtingais dažniais, amplitudėmis ir fazėmis.

Harmoningas – harmoninė vibracija, kurios dažnis yra daug kartų didesnis už kai kurių kitų vibracijų dažnį, vadinamą pagrindiniu tonu. Harmonikos skaičius rodo, kiek kartų jos dažnis yra didesnis už pagrindinio tono dažnį (pavyzdžiui, trečioji harmonika yra harmoninė vibracija, kurios dažnis tris kartus didesnis už pagrindinio tono dažnį).

Bet kokie periodiniai, bet neharmoniniai (ty savo forma nuo sinusoidiniai) svyravimai gali būti pavaizduoti kaip harmoninių virpesių suma – pagrindinis tonas ir daugybė harmonikų. Kuo labiau nagrinėjamas svyravimas savo forma skiriasi nuo sinusinio, tuo daugiau jame harmonikų.

Momentinė u ir i reikšmė

EML arba srovės vertė tam tikru laiko momentu vadinama momentine verte, jos žymimos mažosiomis raidėmis u ir i. Tačiau kadangi šios vertės nuolat kinta, nepatogu iš jų įvertinti kintamosios srovės sroves ir EML.

I, E ir U RMS vertės

Kintamosios srovės gebėjimas atlikti naudingą darbą, pavyzdžiui, mechaniškai pasukti variklio rotorių arba gaminti šilumą šildymo įrenginyje, yra patogiai įvertinamas pagal efektyviąsias emfs ir srovių vertes.

Taigi, efektyvi dabartinė vertė vadinama vertės tokios nuolatinės srovės, kuri, praeidama per laidininką per vieną nagrinėjamos kintamosios srovės periodą, sukuria tokį pat mechaninį darbą arba tiek pat šilumos, kaip ir ši kintamoji srovė.

Įtampos, emfs ir srovių RMS reikšmės žymimos didžiosiomis raidėmis I, E ir U. Sinusinės kintamos srovės ir sinusinės kintamos įtampos efektyvios vertės yra šios:

Elektros tinklams apibūdinti patogu naudoti efektyviąją srovės ir įtampos vertę. Pavyzdžiui, 220–240 voltų vertė yra efektyvi įtampos vertė šiuolaikiniuose buitiniuose lizduose, o amplitudė yra daug didesnė - nuo 311 iki 339 voltų.

Tas pats su srove, pavyzdžiui, kai sakoma, kad per buitinį šildymo įrenginį teka 8 amperų srovė, tai reiškia efektyvią vertę, o amplitudė yra 11,3 ampero.

Vienaip ar kitaip mechaninis darbas ir elektros energija elektros įrenginiuose yra proporcingi efektyvioms įtampų ir srovių vertėms. Didelė dalis matavimo prietaisų tiksliai rodo efektyvias įtampų ir srovių vertes.