Enofazni izmenični tok

Pridobivanje izmeničnega toka

Če se žica A vrti v magnetnem toku, ki ga tvorita dva pola magneta, v smeri urinega kazalca (slika 1), potem ko žica prečka magnetne silnice, inducira e.d. s, katerih vrednost je določena z izrazom

E = Blvsinα,

kjer je B magnetna indukcija v T, l je dolžina žice v m, v je hitrost žice v m / s, α - kot, pod katerim žica prečka magnetne silnice.

Naj ostanejo B, I in v v tem primeru konstantni, potem inducirani e. itd. c) bo odvisna le od kota α, pod katerim žica prečka magnetno polje. Torej, v točki 1, ko se žica premika vzdolž magnetnih silnic, je vrednost inducirane emf. itd. p bo enak nič, ko se žica premakne v točko 3 oe. itd. v. bo največjega pomena, saj bo vodnik sekal silnice v smeri, ki je pravokotna nanje, in nazadnje npr. itd. v. bo spet dosegel nič, če žico premaknete na točko 5.

riž. 1. Spreminjanje induciranega e. itd. str. v žici, ki se vrti v magnetnem polju

Na vmesnih točkah 2 in 4, v katerih žica prečka silnice pod kotom α = 45 °, je vrednost inducirane emf. itd. c bo ustrezno manjši kot v točki 3. Tako, ko je žica obrnjena od točke 1 do točke 5, to je za 180 °, inducirana e. itd. v. spremembe od nič do maksimuma in nazaj do nič.

Povsem očitno je, da se pri nadaljnjem vrtenju žice A za kot 180 ° (skozi točke 6, 7, 8 in 1) spremeni narava spremembe induciranega e. itd. p. bo enak, vendar se bo njegova smer spremenila v nasprotno, saj bo žica prečkala magnetne silnice že pod drugim polom, kar je enako, kot da bi jih prečkala v nasprotni prvi smeri.

Zato, ko se žica zavrti za 360 °, inducirana e. itd. v. ne samo, da ves čas spreminja velikost, ampak tudi dvakrat spremeni svojo smer.

Če je žica zaprta za določen upor, se bo prikazala žica elektrika, prav tako se razlikujejo po velikosti in smeri.

Električni tok, ki se nenehno spreminja v velikosti in smeri, se imenuje izmenični tok.

Kaj je sinusni val?

Narava spremembe e. itd. (tok) za en obrat žice so za večjo preglednost grafično prikazani s pomočjo krivulje. Ker je vrednost e. itd. c., sorazmerno s sinα, potem je po nastavitvi določenih kotov mogoče s pomočjo tabel določiti vrednost sinusa vsakega kota in na ustreznem merilu sestaviti krivuljo za spremembo e. itd. c) Da bi to naredili, bomo na vodoravni osi postavili kote vrtenja žice, na navpični osi pa v ustreznem merilu inducirani e. itd. z

Če je prej navedeno na sl.1 povežite točke z gladko ukrivljeno črto, potem bo dala idejo o velikosti in naravi spremembe inducirane e. itd. (tok) na katerem koli položaju vodnika v magnetnem polju. Zaradi dejstva, da je vrednost inducirane e. itd. p v katerem koli trenutku je določen s sinusom kota, pod katerim žica prečka magnetno polje, prikazano na sl. 1 krivuljo imenujemo sinusoida, e. itd. s. - sinusoidno.

riž. 2. Sinusoida in njene karakteristične vrednosti

Spremembe, ki smo si jih ogledali, npr. itd. c sinusno ustrezajo vrtenju žice v magnetnem polju pod kotom 360 °. Ko se žica zavrti za naslednjih 360 °, se spremembe induciranega e. itd. s. (in tok) se bodo ponovno pojavili v sinusnem valu, kar pomeni, da se bodo periodično ponavljali.

V skladu s tem, ki ga povzroča ta e. itd. c. imenujemo električni tok sinusni izmenični tok ... Povsem očitno je, da se bo napetost, ki jo lahko izmerimo na koncih žice A, v prisotnosti zaprtega zunanjega tokokroga, prav tako spremenila sinusno.

Izmenični tok, ki ga dobimo z vrtenjem žice v magnetnem toku ali sistema žic, povezanih v tuljavo, imenujemo enofazni izmenični tok.

V tehniki se najpogosteje uporabljajo sinusni izmenični tokovi. Vendar pa lahko najdete izmenične tokove, ki se ne spreminjajo po sinusnem zakonu. Takšni izmenični tokovi se imenujejo nesinusni.

Poglej tudi: Kaj je izmenični tok in kako se razlikuje od enosmernega

Amplituda, perioda, frekvenca enofaznega izmeničnega toka

Moč toka, ki se spreminja vzdolž sinusoide, se nenehno spreminja. Torej, če je v točki A (slika 2) tok enak 3a, potem bo v točki B že večji.Na neki drugi točki sinusoide, na primer v točki C, bo imel tok zdaj novo vrednost itd.

Moč toka v določenih trenutkih, ko se spreminja vzdolž sinusoide, imenujemo trenutne vrednosti toka.

Največja trenutna vrednost enofaznega izmeničnega toka se imenuje, ko se spreminja vzdolž sinusne amplitude ... Lahko je videti, da za en obrat žice tok dvakrat doseže svojo amplitudno vrednost. Ena od vrednosti aa 'je pozitivna in je potegnjena navzgor od osi 001, druga bv' pa je negativna in je potegnjena navzdol od osi.

Čas, v katerem je inducirana e. itd. (oz. trenutna sila) gre skozi celoten cikel sprememb, tako imenovani mesečni cikel T (slika 2). Obdobje se običajno meri v sekundah.

Recipročna vrednost periode se imenuje frekvenca (f). Z drugimi besedami, frekvenca izmeničnega toka je število obdobij na časovno enoto, tj. v secondsdoo. Torej, na primer, če izmenični tok v 1 sekundi desetkrat prevzame enake vrednosti in smer, bo frekvenca takšnega izmeničnega toka 10 obdobij na sekundo.

Za merjenje frekvence se namesto števila obdobij na sekundo uporablja enota, imenovana hertz (hertz). Frekvenca 1 hertz je enaka frekvenci 1 lps / s. Pri merjenju visokih frekvenc je primerneje uporabiti enoto, ki je 1000-krat večja od herca, tj. kilohertz (kHz) ali 1.000.000-krat več kot hertz - megahertz (mhz).

Izmenične tokove, ki se uporabljajo v tehniki, lahko glede na frekvenco razdelimo na nizkofrekvenčne tokove in visokofrekvenčne tokove.

AC efektivna vrednost

Enosmerni tok, ki teče skozi žico, jo segreva. Če skozi žico napeljete izmenični tok, se bo tudi žica segrela.To je razumljivo, saj čeprav izmenični tok ves čas spreminja svojo smer, sproščanje toplote sploh ni odvisno od smeri toka v žici.

Ko skozi žarnico teče izmenični tok, bo njena žarilna nitka zasvetila. Pri standardni frekvenci izmeničnega toka 50 Hz ne bo utripanja svetlobe, ker žarilna nitka žarnice z žarilno nitko, ki ima toplotno vztrajnost, nima časa, da se ohladi v tistih časih, ko je tok v tokokrogu nič. Uporaba izmeničnega toka s frekvenco manj kot 50 Hz za razsvetljavo je zdaj nezaželena zaradi dejstva, da se pojavijo neprijetna, očesu utrujajoča nihanja jakosti žarnice.

Če nadaljujemo z analogijo enosmernega toka, lahko pričakujemo, da se okoli žice ustvari izmenični tok, ki teče skozi žico. magnetno polje. Pravzaprav nIzmenični tok ne ustvarja magnetnega polja, ker pa bo magnetno polje, ki ga ustvarja, tudi spremenljivo v smeri in velikosti.

Izmenični tok se ves čas spreminja v velikosti in smeriNS. Seveda se pojavi vprašanje, kako dobro izmeriti spremenljivko T in kakšno njeno vrednost pri spremembi vzdolž sinusoide je treba vzeti kot vzrok za to ali ono dejanje.

C V ta namen primerjamo izmenični tok glede delovanja, ki ga povzroča z enosmernim tokom, katerega vrednost med poskusom ostane nespremenjena.

Recimo, da enosmerni tok teče skozi žico s konstantnim uporom 10 A in ugotovimo, da je žica segreta na temperaturo 50 °.Če zdaj skozi isto žico ne spustimo enosmernega toka, ampak izmenični tok, in tako izberemo njegovo vrednost (na primer z reostatom), tako da se žica segreje tudi na temperaturo 50 °, potem v v tem primeru lahko rečemo, da je delovanje izmeničnega toka enako delovanju enosmernega toka.

Segrevanje žice v obeh primerih na enako temperaturo pokaže, da izmenični tok v enosmernem času odda v žici enako količino toplote kot enosmerni tok.

Izmenični sinusni tok, ki oddaja za določen upor na časovno enoto enako količino toplote kot enosmerni tok, ki je po velikosti enakovreden enosmernemu toku ... To vrednost toka imenujemo efektivna (Id) ali efektivna vrednost izmeničnega toka .. Zato bo za naš primer efektivna vrednost izmeničnega toka 10 A ... V tem primeru bodo največje (vršne) vrednosti toka presegle povprečne vrednosti v velikosti.

Izkušnje in izračuni kažejo, da so efektivne vrednosti izmeničnega toka manjše od njegovih amplitudnih vrednosti v √2 (1,41)-krat. Če je najvišja vrednost toka znana, se lahko efektivna vrednost toka Id določi tako, da se amplituda toka Ia deli z √2, tj. Id = Aza/√2

Nasprotno, če je znana efektivna vrednost toka, se lahko izračuna najvišja vrednost toka, tj. Ia = Azd√2

Enaka razmerja bodo veljala za amplitudo in efektivne vrednosti e. itd. v. in napetosti: Enota = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Merilne naprave najpogosteje prikazujejo dejanske vrednosti, zato je pri zapisovanju indeks «d» običajno izpuščen, vendar na to ne smete pozabiti.

Impedanca v AC tokokrogih

Ko so porabniki induktivnosti in kapacitivnosti priključeni na tokokrog AC, je treba upoštevati tako aktivno kot reaktanco (reaktanca se pojavi, ko je kondenzator vklopljen oz. dušilke v izmeničnem tokokrogu). Zato je treba pri določanju toka, ki teče skozi tak porabnik, napajalno napetost deliti z impedanco vezja (potrošnika).

Impedanca (Z) enofaznega izmeničnega tokokroga je določena z naslednjo formulo:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

kjer je R aktivni upor vezja v ohmih, L je induktivnost vezja v henriesih, C je kapacitivnost vezja (kondenzatorja) v faradih, ω — kotna frekvenca izmeničnega toka.

V tokokrogih izmeničnega toka se uporabljajo različni porabniki, kjer je treba upoštevati bodisi tri vrednosti R, L, C ali samo nekatere od njih. Hkrati je treba upoštevati kotno frekvenco izmeničnega toka.

Za nekatere uporabnike se lahko pri ustreznih vrednostih kotne frekvence upoštevajo samo vrednosti R in L. Na primer pri frekvenci AC 50 Hz elektromagnetna tuljava ali se lahko šteje, da navitje generatorja vsebuje samo aktivni in induktivni upor. Z drugimi besedami, kapacitivnost v tem primeru lahko zanemarimo. Potem lahko AC impedanco takega uporabnika izračunamo po formuli:

Z = √(R2 + ω2L2)

Če takšno tuljavo ali tuljavo, zasnovano za delovanje z izmeničnim tokom, priključite na enosmerni tok enake napetosti, bo skozi tuljavo stekel zelo velik tok, kar lahko privede do znatnega segrevanja, lahko pa se poškoduje tudi izolacija tuljave. Nasprotno, majhen tok bo tekel skozi tuljavo, zasnovano za delovanje v tokokrogu enosmernega toka in priključeno na tokokrog izmeničnega toka enake napetosti, in naprava, v kateri je ta tuljava uporabljena, ne bo izvedla zahtevanega dejanja.

Trikotnik upora, trikotnik napetosti in trikotnik moči: