Jednofázový striedavý prúd
Získavanie striedavého prúdu
Ak sa drôt A otáča v magnetickom toku tvorenom dvoma pólmi magnetu v smere hodinových ručičiek (obr. 1), potom keď drôt pretína siločiary magnetického poľa, indukuje e. d. s, ktorého hodnota je určená výrazom
E = Blvsinα,
kde B je magnetická indukcia v T, l je dĺžka drôtu vm, v je rýchlosť drôtu vm/s, α — uhol, pod ktorým drôt prechádza siločiarami magnetického poľa.
Nech B, I a v pre tento prípad zostanú konštantné, potom indukované e. atď. c) bude závisieť len od uhla α, pod ktorým drôt pretína magnetické pole. Takže v bode 1, keď sa drôt pohybuje pozdĺž siločiar magnetického poľa, hodnota indukovaného emf. atď. p bude nula, keď sa drôt presunie do bodu 3 oe. atď. v. budú mať najväčší význam, keďže siločiary bude vodič križovať v smere na ne kolmom a napokon napr. atď. v. opäť dosiahne nulu, ak sa drôt presunie do bodu 5.
Ryža. 1. Zmena indukovanej e. atď. str v drôte rotujúcom v magnetickom poli
V medziľahlých bodoch 2 a 4, v ktorých drôt pretína siločiary pod uhlom α = 45 °, je hodnota indukovaného emf. atď. c) bude zodpovedajúcim spôsobom menšia ako v bode 3. Keď sa teda drôt otočí z bodu 1 do bodu 5, teda o 180°, indukovaná e. atď. v. sa mení z nuly na maximum a späť na nulu.
Je celkom zrejmé, že pri ďalšom otáčaní drôtu A o uhol 180° (cez body 6, 7, 8 a 1) charakter zmeny indukovaného e. atď. p bude rovnaký, ale jeho smer sa zmení na opačný, keďže drôt bude križovať siločiary magnetického poľa už pod druhým pólom, čo je ekvivalentné ich kríženiu v opačnom prvom smere.
Preto, keď sa drôt otočí o 360°, indukovaná napr. atď. v. nielenže neustále mení veľkosť, ale mení aj svoj smer dvakrát.
Ak je drôt uzavretý na určitý odpor, objaví sa drôt elektriny, ktoré sa tiež líšia veľkosťou a smerom.
Elektrický prúd, ktorý sa neustále mení vo veľkosti a smere, sa nazýva striedavý prúd.
Čo je to sínusoida?
Povaha zmeny e. atď. (prúd) na jedno otočenie drôtu pre väčšiu prehľadnosť sú graficky znázornené pomocou krivky. Keďže hodnota e. atď. c) úmerné sinα, potom po nastavení určitých uhlov je možné pomocou tabuliek určiť hodnotu sínusu každého uhla a na vhodnej mierke zostrojiť krivku pre zmenu e. atď. c) Na vodorovnú os dáme bokom uhly natočenia drôtu a na zvislú os vo vhodnej mierke indukovaný e. atď. s
Ak je to skôr uvedené na obr.1 spojte body hladkou zakrivenou čiarou, potom to dá predstavu o veľkosti a povahe zmeny indukovaného e. atď. (prúd) v akejkoľvek polohe vodiča v magnetickom poli. Vzhľadom na to, že hodnota indukovaného e. atď. p je v každom okamihu určená sínusom uhla, pod ktorým drôt pretína magnetické pole znázornené na obr. 1 krivka sa nazýva sínusoida a e. atď. s. — sínusový.
Ryža. 2. Sínusoida a jej charakteristické hodnoty
Zmeny, na ktoré sme sa pozreli napr. atď. c) sínusovo zodpovedajú rotácii drôtu v magnetickom poli pod uhlom 360 °. Keď sa drôt otočí o ďalších 360°, zmeny indukovaného napr. atď. s.(a prúd) sa opäť objavia v sínusoide, to znamená, že sa budú periodicky opakovať.
V súlade s tým, spôsobené týmto napr. atď. c., sa nazýva elektrický prúd sínusový striedavý prúd... Je celkom zrejmé, že nami namerané napätie na koncoch vodiča A sa v prítomnosti uzavretého vonkajšieho obvodu bude tiež meniť sínusovo.
Striedavý prúd získaný otáčaním drôtu v magnetickom toku alebo sústave drôtov spojených v cievke sa nazýva jednofázový striedavý prúd.
V technike sa najviac používajú sínusové striedavé prúdy. Môžete však nájsť striedavé prúdy, ktoré sa nemenia podľa sínusového zákona. Takéto striedavé prúdy sa nazývajú nesínusové.
Pozri tiež: Čo je to striedavý prúd a ako sa líši od jednosmerného prúdu
Amplitúda, perióda, frekvencia jednofázového striedavého prúdu
Súčasná sila, meniace sa pozdĺž sínusoidy, sa neustále mení. Ak je teda v bode A (obr. 2) prúd rovný 3a, tak v bode B už bude väčší.V niektorom inom bode sínusoidy, napríklad v bode C, bude mať prúd teraz novú hodnotu atď.
Sila prúdu v určitých časoch, keď sa mení pozdĺž sínusoidy, sa nazýva okamžité hodnoty prúdu.
Najväčšia okamžitá hodnota jednofázového striedavého prúdu sa nazýva, keď sa mení pozdĺž sínusovej amplitúdy... Je ľahké vidieť, že na jedno otočenie drôtu prúd dosiahne svoju hodnotu amplitúdy dvakrát. Jedna z hodnôt aa 'je kladná a vychádza z osi 001 a druhá bv 'je záporná a čerpá sa z osi.
Čas, počas ktorého sa indukovaná e. atď. (alebo sila prúdu) prechádza celým cyklom zmien, takzvaným mesačným cyklom T (obr. 2). Obdobie sa zvyčajne meria v sekundách.
Prevrátená časť periódy sa nazýva frekvencia (f). Inými slovami, frekvencia striedavého prúdu je počet období za jednotku času, t.j. v sekundách. Napríklad, ak striedavý prúd do 1 sekundy nadobudne rovnaké hodnoty a smer desaťkrát, potom bude frekvencia takéhoto striedavého prúdu 10 periód za sekundu.
Na meranie frekvencie sa namiesto počtu periód za sekundu používa jednotka nazývaná hertz (hertz). Frekvencia 1 hertz sa rovná frekvencii 1 lps/s. Pri meraní vysokých frekvencií je vhodnejšie použiť jednotku 1000-krát väčšiu ako je hertz, t.j. kilohertz (kHz) alebo 1 000 000 krát väčší ako hertz - megahertz (mhz).
Striedavé prúdy používané v technike v závislosti od frekvencie možno rozdeliť na nízkofrekvenčné prúdy a vysokofrekvenčné prúdy.
AC efektívna hodnota
Jednosmerný prúd prechádzajúci drôtom ho ohrieva. Ak cez drôt pustíte striedavý prúd, drôt sa tiež zahreje.Je to pochopiteľné, pretože hoci striedavý prúd neustále mení svoj smer, uvoľňovanie tepla vôbec nezávisí od smeru prúdu v drôte.
Keď cez žiarovku prechádza striedavý prúd, jeho vlákno bude svietiť. Pri štandardnej frekvencii striedavého prúdu 50 Hz nebude svetlo blikať, pretože vlákno žiarovky s tepelnou zotrvačnosťou nemá čas vychladnúť v časoch, keď je prúd v obvode nulový. Používanie striedavého prúdu s frekvenciou menšou ako 50 Hz na svietenie je dnes nežiaduce z dôvodu, že vznikajú nepríjemné, oči unavujúce kolísanie intenzity žiarovky.
Ak budeme pokračovať v analógii s jednosmerným prúdom, môžeme očakávať, že sa okolo neho vytvorí striedavý prúd pretekajúci cez drôt magnetické pole. V skutočnosti nStriedavý prúd nevytvára magnetické pole, ale pretože magnetické pole, ktoré vytvára, bude tiež premenlivé v smere a veľkosti.
Striedavý prúd sa neustále mení vo veľkosti aj smere NS. Prirodzene vyvstáva otázka, ako dobre zmerať premennú T a akú jej hodnotu pri zmene pozdĺž sínusoidy treba považovať za príčinu tej či onej akcie.
C Na tento účel sa striedavý prúd porovnáva z hľadiska činnosti, ktorú vytvára, s jednosmerným prúdom, ktorého hodnota zostáva počas experimentu nezmenená.
Predpokladajme, že drôtom s konštantným odporom 10 A preteká jednosmerný prúd a zistí sa, že drôt je zahriaty na teplotu 50 °.Ak teraz tým istým drôtom prechádzame nie jednosmerným, ale striedavým prúdom, a tak zvolíme jeho hodnotu (pôsobiac napr. pomocou reostatu) tak, aby sa drôt zahrial aj na teplotu 50°, potom v v tomto prípade môžeme povedať, že pôsobenie striedavého prúdu sa rovná pôsobeniu jednosmerného prúdu.
Zahriatie drôtu v oboch prípadoch na rovnakú teplotu ukazuje, že za jednotku času uvoľňuje striedavý prúd v drôte rovnaké množstvo tepla ako jednosmerný prúd.
Striedavý sínusový prúd, ktorý vyžaruje pre daný odpor za jednotku času rovnaké množstvo tepla ako jednosmerný prúd ekvivalentný veľkosti jednosmerného prúdu... Táto hodnota prúdu sa nazýva efektívna (Id) alebo efektívna hodnota striedavého prúdu. Preto pre náš príklad bude efektívna hodnota striedavého prúdu 10 A... V tomto prípade maximálne (špičkové) hodnoty prúdu presiahnu priemerné hodnoty.
Skúsenosti a výpočty ukazujú, že efektívne hodnoty striedavého prúdu sú menšie ako jeho hodnoty amplitúdy v √2 (1,41) krát. Preto, ak je známa špičková hodnota prúdu, potom efektívnu hodnotu prúdu Id možno určiť vydelením amplitúdy prúdu Ia √2, t.j. Id = Aza/√2
Naopak, ak je známa efektívna hodnota prúdu, potom je možné vypočítať špičkovú hodnotu prúdu, t.j. Ia = Azd√2
Rovnaké vzťahy budú platiť pre amplitúdu a efektívnu hodnotu e. atď. v. a napätia: Jednotka = Ea /√2, Ud = Uа/√2
Meracie prístroje najčastejšie zobrazujú skutočné hodnoty, preto sa pri zápise zvyčajne vynecháva index «d», ale nemali by ste naň zabúdať.
Impedancia v striedavých obvodoch
Keď sú indukčné a kapacitné spotrebiče pripojené k obvodu striedavého prúdu, je potrebné vziať do úvahy aktívnu aj reaktanciu (reaktancia nastáva, keď je kondenzátor zapnutý alebo tlmivky v obvode striedavého prúdu). Preto pri určovaní prúdu prechádzajúceho takýmto spotrebiteľom je potrebné rozdeliť napájacie napätie impedanciou obvodu (spotrebiteľa).
Impedancia (Z) jednofázového obvodu striedavého prúdu je určená nasledujúcim vzorcom:
Z = √(R2 + (ωL - 1 / ωC)2
kde R je aktívny odpor obvodu v ohmoch, L je indukčnosť obvodu v henry, C je kapacita obvodu (kondenzátora) vo faradoch, ω — uhlová frekvencia striedavého prúdu.
V obvodoch striedavého prúdu sa používajú rôzne spotrebiče, kde je potrebné zvážiť buď tri hodnoty R, L, C alebo len niektoré z nich. Zároveň treba brať do úvahy uhlovú frekvenciu striedavého prúdu.
Pre niektorých používateľov možno pri zodpovedajúcich hodnotách rohovej frekvencie brať do úvahy iba hodnoty R a L. Napríklad pri frekvencii striedavého prúdu 50 Hz solenoidová cievka alebo vinutie generátora možno považovať len za obsahujúce aktívny a indukčný odpor. Inými slovami, kapacita v tomto prípade môže byť zanedbaná. Potom sa impedancia striedavého prúdu takéhoto používateľa môže vypočítať podľa vzorca:
Z = √(R2 + ω2L2)
Ak je takáto cievka alebo cievka určená na prevádzku na striedavý prúd pripojená na jednosmerný prúd s rovnakým napätím, cievkou bude pretekať veľmi veľký prúd, čo môže viesť k výraznému vývinu tepla a môže dôjsť k poškodeniu izolácie cievky. Naopak, cez cievku určenú na prevádzku v obvode jednosmerného prúdu a pripojenú k obvodu striedavého prúdu s rovnakým napätím bude pretekať malý prúd a zariadenie, v ktorom je táto cievka použitá, nevykoná požadovanú činnosť.
Odporový trojuholník, napäťový trojuholník a výkonový trojuholník:
