Vienfāzes maiņstrāva
Maiņstrāvas iegūšana
Ja vads A tiek pagriezts magnētiskajā plūsmā, ko veido divi magnēta poli pulksteņrādītāja virzienā (1. att.), tad, vadam šķērsojot magnētiskā lauka līnijas, tas inducēs e. d. s, kuru vērtību nosaka izteiksme
E = Blvsinα,
kur B ir magnētiskā indukcija T, l ir stieples garums m, v ir stieples ātrums m/s, α — leņķis, kādā vads šķērso magnētiskā lauka līnijas.
Lai šajā gadījumā B, I un v paliek nemainīgi, tad inducētā e. utt. c būs atkarīgs tikai no leņķa α, kurā vads šķērso magnētisko lauku. Tātad 1. punktā, kad vads pārvietojas pa magnētiskā lauka līnijām, inducētās emf vērtība. utt. p būs nulle, kad vads virzīsies uz punktu 3 oe. utt. v būs vislielākā nozīme, jo spēka līnijas šķērsos vadītājs tām perpendikulārā virzienā, un visbeidzot, piem. utt. v. atkal sasniegs nulli, ja vads tiks pārvietots uz punktu 5.
Rīsi. 1. Inducētās e. utt. lpp., vadā, kas rotē magnētiskajā laukā
Starppunktos 2 un 4, kuros stieple šķērso spēka līnijas leņķī α = 45 °, inducētā emf vērtība. utt. c būs attiecīgi mazāks nekā punktā 3. Tādējādi, pagriežot vadu no punkta 1 uz punktu 5, tas ir, par 180°, inducētā e. utt. v. mainās no nulles uz maksimumu un atpakaļ uz nulli.
Ir pilnīgi skaidrs, ka, tālāk pagriežot stiepli A 180 ° leņķī (caur punktiem 6, 7, 8 un 1), inducētās e. utt. lpp būs tāds pats, bet tā virziens mainīsies uz pretēju, jo vads šķērsos magnētiskā lauka līnijas jau zem otra pola, kas ir līdzvērtīgs to šķērsošanai pretējā pirmajā virzienā.
Tāpēc, pagriežot vadu par 360 °, inducētā e. utt. v. ne tikai visu laiku mainās lielums, bet arī divas reizes maina virzienu.
Ja vads ir aizvērts pret zināmu pretestību, vads parādīsies elektrība, kas arī atšķiras pēc izmēra un virziena.
Elektrisko strāvu, kas nepārtraukti mainās pēc lieluma un virziena, sauc par maiņstrāvu.
Kas ir sinusoidālais vilnis?
Izmaiņu būtība e. utt. (strāva) vienam stieples pagriezienam lielākai skaidrībai tie ir grafiski attēloti, izmantojot līkni. Tā kā vērtība e. utt. c) proporcionāli sinα, tad, uzstādot noteiktus leņķus, ar tabulu palīdzību var noteikt katra leņķa sinusa vērtību un atbilstošā skalā izveidot līkni e maiņai. utt. c.Lai to izdarītu, uz horizontālās ass noliksim malā stieples griešanās leņķus, bet uz vertikālās ass atbilstošā mērogā – inducēto e. utt. ar
Ja iepriekš norādīts attēlā.1 savienojiet punktus ar gludu izliektu līniju, tad tas sniegs priekšstatu par inducētās e. izmaiņu lielumu un raksturu. utt. (strāva) jebkurā vadītāja pozīcijā magnētiskajā laukā. Sakarā ar to, ka inducētās e. utt. p., jebkurā brīdī nosaka sinuss leņķim, kurā vads šķērso magnētisko lauku, kas parādīts att. 1 līkni sauc par sinusoīdu, un e. utt. s. — sinusoidāls.
Rīsi. 2. Sinusoīds un tā raksturīgās vērtības
Izmaiņas, kuras mēs aplūkojām e. utt. c) sinusoidāli atbilst stieples rotācijai magnētiskajā laukā 360° leņķī. Kad vads tiek pagriezts par nākamo 360 °, izmaiņas inducētajā e. utt. s.(un strāva) atkal parādīsies sinusoidālā vilnī, tas ir, tie periodiski atkārtosies.
Attiecīgi, ko izraisa šī e. utt. c sauc par elektrisko strāvu sinusoidālo maiņstrāvu... Pilnīgi skaidrs, ka arī spriegums, ko mēs varam izmērīt vada A galos, slēgtas ārējās ķēdes klātbūtnē, mainīsies arī sinusoidāli.
Maiņstrāvu, ko iegūst, pagriežot vadu magnētiskajā plūsmā vai spolē savienotu vadu sistēmu, sauc par vienfāzes maiņstrāvu.
Tehnoloģijās visplašāk tiek izmantotas sinusoidālās maiņstrāvas. Tomēr jūs varat atrast maiņstrāvas, kas nemainās saskaņā ar sinusa likumu. Šādas maiņstrāvas sauc par nesinusoidālām.
Skatīt arī: Kas ir maiņstrāva un kā tā atšķiras no līdzstrāvas
Vienfāzes maiņstrāvas amplitūda, periods, frekvence
Pašreizējais spēks, mainās gar sinusoīdu, mainās nepārtraukti. Tātad, ja punktā A (2. att.) strāva ir vienāda ar 3a, tad punktā B tā jau būs lielāka.Kādā citā sinusoīda punktā, piemēram, punktā C, strāvai tagad būs jauna vērtība utt.
Strāvas stiprumu noteiktos laikos, kad tā mainās gar sinusoīdu, sauc par momentānās strāvas vērtībām.
Par vienu fāzes maiņstrāvas lielāko momentāno vērtību sauc, kad tā mainās pa sinusoidālu amplitūdu... Ir viegli redzēt, ka vienam vada apgriezienam strāva sasniedz savu amplitūdas vērtību divas reizes. Viena no aa vērtībām ir pozitīva un tiek veidota no 001 ass, bet otra bv ir negatīva un tiek novilkta no ass.
Laiks, kurā inducētais e. utt. (vai pašreizējais spēks) iziet cauri visam izmaiņu ciklam, tā sauktajam mēneša ciklam T (2. att.). Periods parasti tiek mērīts sekundēs.
Perioda apgriezto vērtību sauc par frekvenci (f). Citiem vārdiem sakot, maiņstrāvas frekvence ir periodu skaits laika vienībā, t.i. sekundēsdoo. Tā, piemēram, ja maiņstrāva 1 sekundes laikā desmit reizes pieņem vienas un tās pašas vērtības un virzienu, tad šādas maiņstrāvas frekvence būs 10 periodi sekundē.
Lai izmērītu frekvenci, nevis periodu skaitu sekundē, tiek izmantota mērvienība, ko sauc par herciem (herci). Frekvence 1 Hz ir vienāda ar frekvenci 1 lps / sek. Mērot augstas frekvences, ērtāk ir izmantot mērvienību, kas ir 1000 reizes lielāka par hercu, t.i. kiloherci (kHz) vai 1 000 000 reižu lielāks par hercu — megaherci (mhz).
Tehnoloģijā izmantotās maiņstrāvas atkarībā no frekvences var iedalīt zemfrekvences strāvās un augstfrekvences strāvās.
AC efektīvā vērtība
Tiešā strāva, kas iet caur vadu, to silda. Ja caur vadu vadāt maiņstrāvu, vads arī sakarst.Tas ir saprotams, jo, lai gan maiņstrāva visu laiku maina savu virzienu, siltuma izdalīšanās nemaz nav atkarīga no strāvas virziena vadā.
Kad maiņstrāva tiek izlaista caur spuldzi, tās kvēldiegs spīd. Pie standarta maiņstrāvas frekvences 50 Hz gaisma nemirgo, jo kvēlspuldzes kvēldiegam, kam ir termiskā inerce, nav laika atdzist tajos laikos, kad strāva ķēdē ir nulle. Maiņstrāvas, kuras frekvence ir mazāka par 50 Hz, izmantošana apgaismojumam tagad ir nevēlama, jo parādās nepatīkamas, acis nogurdinošas spuldzes intensitātes svārstības.
Turpinot līdzstrāvas analoģiju, mēs varam sagaidīt, ka ap to veidojas maiņstrāva, kas plūst caur vadu magnētiskais lauks. Faktiski nMaiņstrāva nerada magnētisko lauku, bet tāpēc, ka tās radītais magnētiskais lauks būs mainīgs virziens un lielums.
Maiņstrāva visu laiku mainās gan lielumā, gan virzienāNS. Protams, rodas jautājums, kā labi izmērīt mainīgo T un kāda tā vērtība, mainot sinusoīdu, ir jāuzskata par šīs vai citas darbības izraisīšanu.
C Šim nolūkam maiņstrāvu salīdzina tās radītās darbības izteiksmē ar līdzstrāvu, kuras vērtība eksperimenta laikā paliek nemainīga.
Pieņemsim, ka caur vadu ar nemainīgu pretestību 10 A plūst līdzstrāva un tiek konstatēts, ka vads ir uzkarsēts līdz 50 ° temperatūrai.Ja tagad mēs izlaižam caur to pašu vadu nevis līdzstrāvu, bet gan maiņstrāvu, un tāpēc mēs izvēlamies tās vērtību (darbojoties, piemēram, ar reostatu), lai vads tiktu uzkarsēts arī līdz 50 ° temperatūrai, tad šajā gadījumā mēs varam teikt, ka maiņstrāvas darbība ir vienāda ar līdzstrāvas darbību.
Vada uzsildīšana abos gadījumos līdz vienādai temperatūrai parāda, ka laika vienībā maiņstrāva vada stieplē tādu pašu siltuma daudzumu kā līdzstrāva.
Sinusoidāla maiņstrāva, kas ar noteiktu pretestību laika vienībā izstaro tādu pašu siltuma daudzumu kā līdzstrāvai, kas pēc lieluma ir ekvivalenta līdzstrāvai... Šo strāvas vērtību sauc par maiņstrāvas efektīvo (Id) vai efektīvo vērtību. Tāpēc mūsu piemēram maiņstrāvas efektīvā vērtība būs 10 A... Šajā gadījumā maksimālās (maksimālās) strāvas vērtības pārsniegs vidējās lieluma vērtības.
Pieredze un aprēķini liecina, ka maiņstrāvas efektīvās vērtības ir mazākas par tās amplitūdas vērtībām √2 (1,41) reizes. Tāpēc, ja ir zināma strāvas maksimālā vērtība, tad strāvas Id efektīvo vērtību var noteikt, dalot strāvas Ia amplitūdu ar √2, t.i., Id = Aza/√2
Un otrādi, ja ir zināma strāvas efektīvā vērtība, tad var aprēķināt strāvas maksimālo vērtību, t.i., Ia = Azd√2
Tādas pašas attiecības attieksies uz e amplitūdu un efektīvām vērtībām. utt. v. un spriegumi: mērvienība = Ea /√2, Ud = Uа/√2
Mērierīces visbiežāk uzrāda faktiskās vērtības, tāpēc, pierakstot, indekss «d» parasti tiek izlaists, taču par to nevajadzētu aizmirst.
Impedance maiņstrāvas ķēdēs
Ja maiņstrāvas ķēdei ir pievienoti induktivitātes un kapacitātes patērētāji, jāņem vērā gan aktīvā, gan pretestība (reaktance rodas, kad kondensators ir ieslēgts vai droseles maiņstrāvas ķēdē). Tāpēc, nosakot strāvu, kas iet caur šādu patērētāju, barošanas spriegums ir jāsadala ar ķēdes (patērētāja) pretestību.
Vienfāzes maiņstrāvas ķēdes pretestību (Z) nosaka pēc šādas formulas:
Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2
kur R ķēdes aktīvā pretestība omos, L ķēdes induktivitāte henrī, C ķēdes (kondensatora) kapacitāte farados, ω — maiņstrāvas leņķiskā frekvence.
Maiņstrāvas ķēdēs tiek izmantoti dažādi patērētāji, kur jāņem vērā vai nu trīs R, L, C vērtības vai tikai dažas no tām. Tajā pašā laikā ir jāņem vērā maiņstrāvas leņķiskā frekvence.
Dažiem lietotājiem atbilstošajās stūra frekvences vērtībās var ņemt vērā tikai R un L vērtības. Piemēram, pie maiņstrāvas frekvences 50 Hz solenoīda spole vai ģeneratora tinumu var uzskatīt tikai par tādu, kas satur aktīvo un induktīvo pretestību. Citiem vārdiem sakot, kapacitāti šajā gadījumā var neņemt vērā. Tad šāda lietotāja maiņstrāvas pretestību var aprēķināt pēc formulas:
Z = √(R2 + ω2L2)
Ja šāda spole vai maiņstrāvas darbībai paredzēta spole ir savienota ar tāda paša sprieguma līdzstrāvu, caur spoli plūdīs ļoti liela strāva, kas var izraisīt ievērojamu siltuma veidošanos, kā arī var tikt bojāta spoles izolācija. Gluži pretēji, caur spoli, kas paredzēta darbībai līdzstrāvas ķēdē un kas savienota ar tāda paša sprieguma maiņstrāvas ķēdi, plūdīs neliela strāva, un ierīce, kurā šī spole tiek izmantota, neveic vajadzīgo darbību.
Pretestības trīsstūris, sprieguma trīsstūris un jaudas trīsstūris:
