Kas ir maiņstrāva un kā tā atšķiras no līdzstrāvas

Maiņstrāva, pretstatā Līdzstrāva, nepārtraukti mainās gan lielumā, gan virzienā, un šīs izmaiņas notiek periodiski, tas ir, atkārtojas precīzi vienādos intervālos.

Lai izraisītu šādu strāvu ķēdē, izmantojiet maiņstrāvas avotus, kas rada mainīgu EML, periodiski mainot lielumu un virzienu.Šādus avotus sauc par ģeneratoriem.

attēlā. 1 parāda vienkāršākās ierīces diagrammu (modeli). ģenerators. 

Taisnstūra rāmis, kas izgatavots no vara stieples, piestiprināts pie ass un pagriezts uz lauka, izmantojot siksnas piedziņu magnēts… Rāmja gali ir pielodēti pie vara gredzeniem, kas, griežoties kopā ar rāmi, slīd uz kontaktplāksnēm (sukām).

1. attēls. Vienkāršākā ģeneratora diagramma

Pārliecināsimies, vai šāda ierīce patiešām ir mainīga EML avots.

Pieņemsim, ka starp tā poliem izveidojas magnēts vienmērīgs magnētiskais lauks, tas ir, tādu, kurā magnētiskā lauka līniju blīvums katrā lauka daļā ir vienāds.rotējot, rāmis šķērso magnētiskā lauka spēka līnijas katrā no tā malām a un b EML izraisīts. 

Rāmja malas c un d nedarbojas, jo, kadram griežoties, tās nešķērso magnētiskā lauka spēka līnijas un tāpēc nepiedalās EML veidošanā.

Jebkurā laika momentā EML, kas rodas pusē a, ir pretējs EML virzienā, kas notiek b pusē, bet kadrā abi EML darbojas atbilstoši un pievieno kopējo EML, tas ir, inducē viss kadrs.

To ir viegli pārbaudīt, ja izmantojam mums zināmo labās rokas likumu, lai noteiktu EML virzienu.

Lai to izdarītu, novietojiet labās rokas plaukstu tā, lai tā būtu vērsta pret magnēta ziemeļpolu, un saliektais īkšķis sakrīt ar tās rāmja puses kustības virzienu, kurā mēs vēlamies noteikt EML virzienu. Tad EML virziens tajā tiks norādīts ar izstieptiem rokas pirkstiem.

Neatkarīgi no kadra pozīcijas mēs nosakām EML virzienu malās a un b, tie vienmēr summējas un veido kopējo EML kadrā. Tajā pašā laikā ar katru rāmja rotāciju kopējā EML virziens tajā mainās uz pretēju, jo katra rāmja darba puse vienā apgriezienā iet zem dažādiem magnēta poliem.

Kadrā inducētā EML lielums arī mainās, mainoties ātrumam, ar kādu kadra malas šķērso magnētiskā lauka līnijas. Patiešām, brīdī, kad rāmis tuvojas savam vertikālajam stāvoklim un iet tam garām, spēka līniju šķērsošanas ātrums rāmja sānos ir vislielākais, un kadrā tiek inducēts lielākais emf.Tajos laika momentos, kad rāmis šķērso savu horizontālo stāvokli, šķiet, ka tā malas slīd pa magnētiskā lauka līnijām, tās nešķērsojot, un netiek izraisīts EML.

Tāpēc, vienmērīgi pagriežot rāmi, tajā tiks izraisīts EML, kas periodiski mainās gan lielumā, gan virzienā.

EML, kas rodas rāmī, var izmērīt ar ierīci un izmantot, lai ārējā ķēdē izveidotu strāvu.

Izmantojot elektromagnētiskās indukcijas parādība, jūs varat iegūt maiņstrāvu EML un līdz ar to arī maiņstrāvu.

Maiņstrāva rūpnieciskiem nolūkiem un apgaismojumam ko ražo jaudīgi ģeneratori, kurus darbina tvaika vai ūdens turbīnas un iekšdedzes dzinēji.

Maiņstrāvas un līdzstrāvas strāvu grafiskais attēlojums

Grafiskā metode ļauj vizualizēt noteikta mainīgā lieluma maiņas procesu atkarībā no laika.

Laika gaitā mainīgo mainīgo zīmēšana sākas, uzzīmējot divas savstarpēji perpendikulāras līnijas, ko sauc par grafika asīm. Pēc tam uz horizontālās ass noteiktā mērogā tiek attēloti laika intervāli, un uz vertikālās ass, arī noteiktā skalā, attēlojamā daudzuma vērtības (EMF, spriegums vai strāva).

attēlā. 2 grafikā līdzstrāva un maiņstrāva ... Šajā gadījumā mēs aizkavējam strāvas vērtības un viena virziena strāvas vērtības, ko parasti sauc par pozitīvām, tiek aizkavētas vertikāli no asu krustošanās punkta O , un no šī punkta uz leju pretējā virzienā, ko parasti sauc par negatīvu.

2. attēls. Līdzstrāvas un maiņstrāvas grafiskais attēlojums

Punkts O pats par sevi kalpo gan kā pašreizējo vērtību izcelsme (vertikāli uz leju un uz augšu), gan kā laiks (horizontāli pa labi).Citiem vārdiem sakot, šis punkts atbilst strāvas nulles vērtībai un šim sākuma punktam laikā, no kura mēs plānojam izsekot, kā strāva mainīsies nākotnē.

Pārbaudīsim attēlā attēlotā pareizību. 2 un 50 mA līdzstrāvas diagramma.

Tā kā šī strāva ir nemainīga, tas ir, tā nemaina tās lielumu un virzienu laika gaitā, vienas un tās pašas strāvas vērtības atbilst dažādiem laika momentiem, tas ir, 50 mA. Tāpēc laika momentā, kas vienāds ar nulli, tas ir, mūsu strāvas novērošanas sākotnējā brīdī, tas būs vienāds ar 50 mA. Uzzīmējot segmentu, kas vienāds ar pašreizējo vērtību 50 mA uz vertikālās ass uz augšu, mēs iegūstam mūsu grafika pirmo punktu.

Tas pats jādara nākamajam laika momentam, kas atbilst 1. punktam uz laika ass, tas ir, no šī punkta vertikāli uz augšu jāatliek segments, kas arī vienāds ar 50 mA. Segmenta beigas mums noteiks diagrammas otro punktu.

Veicot līdzīgu konstrukciju vairākiem nākamajiem laika punktiem, mēs iegūstam punktu sēriju, kuru savienošana dos taisnu līniju, kas ir grafisks konstantas strāvas vērtības 50 mA attēlojums.

Mainīga EML zīmēšana

Turpināsim pētīt EML mainīgo grafiku... Att. 3, augšpusē ir parādīts rāmis, kas rotē magnētiskajā laukā, un zemāk ir parādīts iegūtā mainīgā EMF grafiskais attēlojums.

3. attēls. Mainīgā EMF attēlojums

Mēs sākam vienmērīgi griezt rāmi pulksteņrādītāja virzienā un sekot EML izmaiņu gaitai tajā, par sākotnējo brīdi ņemot rāmja horizontālo stāvokli.

Šajā sākotnējā brīdī EMF būs nulle, jo rāmja malas nešķērso magnētiskā lauka līnijas.Diagrammā šī EML nulles vērtība, kas atbilst momentam t = 0, ir attēlota ar punktu 1.

Turpinot rāmja rotāciju, tajā sāks parādīties EMF un palielināsies, līdz rāmis sasniegs vertikālo stāvokli. Diagrammā šis EML pieaugums tiks attēlots ar vienmērīgu augšanas līkni, kas sasniedz maksimumu (2. punkts).

Kad rāmis tuvojas horizontālajam stāvoklim, EML tajā samazināsies un samazināsies līdz nullei. Diagrammā tas tiks attēlots kā krītoša gluda līkne.

Tāpēc laikā, kas atbilst pusei kadra apgrieziena, EMF tajā spēja palielināties no nulles līdz maksimālajai vērtībai un atkal samazināties līdz nullei (3. punkts).

Turpinot kadra rotāciju, EMF tajā atkal parādīsies un pakāpeniski palielināsies, bet tā virziens jau mainīsies uz pretējo, kā redzams, piemērojot labās rokas likumu.

Grafikā ir ņemtas vērā izmaiņas EML virzienā, lai līkne, kas attēlo EML, šķērso laika asi un tagad atrodas zem šīs ass. EMF atkal palielinās, līdz rāmis ieņem vertikālu stāvokli.

Tad EMF sāks samazināties un tā vērtība kļūs vienāda ar nulli, kad rāmis pēc viena pilna apgrieziena atgriežas sākotnējā stāvoklī. Grafikā tas tiks izteikts ar faktu, ka EML līkne, sasniedzot maksimumu pretējā virzienā (4. punkts), tad saskarsies ar laika asi (5. punkts).

Tas pabeidz vienu EMF maiņas ciklu, bet, ja turpināsiet kadra rotāciju, uzreiz sākas otrais cikls, precīzi atkārtojot pirmo, kam savukārt sekos trešais, tad ceturtais un tā tālāk, līdz apstājamies. rotācijas rāmis.

Tādējādi katrai kadra rotācijai tajā notiekošais EML pabeidz pilnu tā izmaiņu ciklu.

Ja rāmis ir slēgts kādai ārējai ķēdei, tad caur ķēdi plūdīs maiņstrāva, kuras grafiks izskatīsies tāpat kā EMF grafiks.

Iegūto viļņu formu sauc par sinusoidālo vilni, un strāvu, EMF vai spriegumu, kas mainās saskaņā ar šo likumu, sauc par sinusoidālu.

Pati līkne tiek saukta par sinusoīdu, jo tā ir mainīga trigonometriskā lieluma, ko sauc par sinusu, grafisks attēlojums.

Strāvas izmaiņu sinusoidālais raksturs ir visizplatītākais elektrotehnikā, tāpēc, runājot par maiņstrāvu, vairumā gadījumu tie nozīmē sinusoidālo strāvu.

Lai salīdzinātu dažādas maiņstrāvas (EMF un spriegumus), ir vērtības, kas raksturo noteiktu strāvu. Tos sauc par maiņstrāvas parametriem.

Periods, amplitūda un frekvence — maiņstrāvas parametri

Maiņstrāvu raksturo divi parametri — mēneša cikls un amplitūda, kurus zinot, varam novērtēt, kāda tā ir maiņstrāva, un izveidot strāvas grafiku.

4. attēls. Sinusoidālās strāvas līkne

Laika periodu, kurā notiek pilns strāvas izmaiņu cikls, sauc par periodu. Periods tiek apzīmēts ar burtu T un tiek mērīts sekundēs.

Laika periodu, kurā notiek puse no pilna strāvas maiņas cikla, sauc par pusciklu, tāpēc strāvas (EMF jeb sprieguma) maiņas periods sastāv no diviem pusperiodiem. Ir pilnīgi skaidrs, ka visi vienas un tās pašas maiņstrāvas periodi ir vienādi.

Kā redzams no grafika, vienā tās izmaiņu periodā strāva sasniedz divas reizes maksimālo vērtību.

Maiņstrāvas maksimālo vērtību (EMF vai spriegumu) sauc par tās amplitūdu vai maksimālo strāvas vērtību.

Im, Em un Um ir izplatīti strāvas, EML un sprieguma amplitūdu apzīmējumi.

Pirmkārt, mēs pievērsām uzmanību maksimālā strāvatomēr, kā redzams no grafika, ir neskaitāmas starpvērtības, kas ir mazākas par amplitūdu.

Maiņstrāvas (EMF, sprieguma) vērtību, kas atbilst jebkuram izvēlētajam laika momentam, sauc par tās momentāno vērtību.

i, e un u ir vispārpieņemti strāvas, emf un sprieguma momentāno vērtību apzīmējumi.

Strāvas momentāno vērtību, kā arī tās maksimālo vērtību ir viegli noteikt ar grafika palīdzību. Lai to izdarītu, no jebkura horizontālās ass punkta, kas atbilst mūs interesējošajam laika punktam, novelciet vertikālu līniju līdz krustošanās punktam ar pašreizējo līkni; iegūtais vertikālās līnijas segments noteiks strāvas vērtību noteiktā laikā, tas ir, tās momentāno vērtību.

Acīmredzot strāvas momentānā vērtība pēc laika T / 2 no grafika sākuma punkta būs nulle, un pēc laika T / 4 tās amplitūdas vērtība. Arī strāva sasniedz maksimālo vērtību; bet jau pretējā virzienā, pēc laika, kas vienāds ar 3/4 T.

Tātad grafiks parāda, kā strāva ķēdē laika gaitā mainās un ka katram laika momentam atbilst tikai viena konkrēta strāvas lieluma un virziena vērtība. Šajā gadījumā strāvas vērtība noteiktā laika brīdī vienā ķēdes punktā būs tieši tāda pati jebkurā citā šīs ķēdes punktā.

To sauc par pilno periodu skaitu, ko izpilda strāva 1 maiņstrāvas frekvences sekundē, un to apzīmē ar latīņu burtu f.

Lai noteiktu maiņstrāvas frekvenci, tas ir, lai noskaidrotu, cik tās mainīšanas periodu strāva tiek veikta 1 sekundē, 1 sekunde jādala ar viena perioda laiku f = 1 / T. Zinot frekvenci no maiņstrāvas, jūs varat noteikt periodu: T = 1 / f

Maiņstrāvas frekvence to mēra vienībā, ko sauc par herciem.

Ja mums ir maiņstrāva, kuras frekvence ir vienāda ar 1 hercu, tad šādas strāvas periods būs vienāds ar 1 sekundi. Un otrādi, ja strāvas maiņas periods ir 1 sekunde, tad šādas strāvas frekvence ir 1 Hz.

Tāpēc mēs esam definējuši maiņstrāvas parametrus — periodu, amplitūdu un frekvenci —, kas ļauj atšķirt dažādas maiņstrāvas, EML un spriegumus un vajadzības gadījumā attēlot to grafikus.

Nosakot dažādu ķēžu pretestību maiņstrāvai, izmantojiet citu maiņstrāvu raksturojošu palīgvērtību, t.s. leņķiskā vai leņķiskā frekvence.

Apļveida frekvence apzīmēta saistībā ar frekvenci f ar koeficientu 2 pif

Izskaidrosim šo atkarību. Uzzīmējot mainīgo EML grafiku, mēs redzējām, ka viena pilnīga kadra pagriešana rada pilnu EML izmaiņu ciklu. Citiem vārdiem sakot, lai rāmis veiktu vienu apgriezienu, tas ir, pagrieztos par 360 °, ir nepieciešams laiks, kas vienāds ar vienu periodu, tas ir, T sekundes. Pēc tam 1 sekundē rāmis veic 360 ° / T apgriezienu. Tāpēc 360 ° / T ir leņķis, caur kuru rāmis pagriežas 1 sekundē, un tas izsaka rāmja griešanās ātrumu, ko parasti sauc par leņķisko vai apļveida ātrumu.

Bet, tā kā periods T ir saistīts ar frekvenci f ar attiecību f = 1 / T, tad apļveida ātrumu var izteikt arī kā frekvenci, un tas būs vienāds ar 360 ° f.

Tātad mēs secinājām, ka 360 ° f. Tomēr apļveida frekvences izmantošanas ērtībai jebkuriem aprēķiniem 360 ° leņķis, kas atbilst vienam apgriezienam, tiek aizstāts ar radiālo izteiksmi, kas vienāda ar 2pi radiāniem, kur pi = 3,14. Tātad beidzot iegūstam 2pif. Tāpēc, lai noteiktu maiņstrāvas leņķisko frekvenci (EMF vai spriegums), frekvence hercos jāreizina ar konstantu skaitli 6,28.