Jednofazna izmjenična struja

Stjecanje izmjenične struje

Ako se žica A okreće u magnetskom toku koji tvore dva pola magneta u smjeru kazaljke na satu (slika 1), tada kada žica prijeđe linije magnetskog polja, inducirat će e. d. s čija je vrijednost određena izrazom

E = Blvsinα,

gdje je B magnetska indukcija u T, l je duljina žice u m, v je brzina žice u m / s, α — kut pod kojim žica siječe silnice magnetskog polja.

Neka B, I i v za ovaj slučaj ostanu konstantni, tada inducirani e. itd. c. ovisit će samo o kutu α pod kojim žica prelazi magnetsko polje. Dakle, u točki 1, kada se žica kreće duž linija magnetskog polja, vrijednost inducirane emf. itd. p će biti nula kada se žica pomakne u točku 3 oe. itd. v. bit će od najveće važnosti, budući da će vodovi sila biti presječeni od strane vodiča u smjeru okomitom na njih, i konačno, na pr. itd. v. ponovno će doći do nule ako se žica pomakne do točke 5.

Riža. 1. Promjena induciranog e. itd. str.. u žici koja rotira u magnetskom polju

U međutočkama 2 i 4, u kojima žica siječe linije sile pod kutom α = 45 °, vrijednost inducirane emf. itd. c. bit će odgovarajuće manji nego u točki 3. Dakle, kada se žica okrene od točke 1 do točke 5, to jest za 180 °, inducirani e. itd. v. promjene od nule do maksimuma i natrag do nule.

Sasvim je očito da daljnjom rotacijom žice A za kut od 180 ° (kroz točke 6, 7, 8 i 1) priroda promjene induciranog e. itd. p. bit će isti, ali će se njegov smjer promijeniti u suprotan, budući da će žica presijecati silnice magnetskog polja već ispod drugog pola, što je jednako presijecanju u suprotnom prvom smjeru.

Stoga, kada se žica zakrene za 360 °, inducirani e. itd. v. ne samo da cijelo vrijeme mijenja veličinu, nego i dva puta mijenja svoj smjer.

Ako je žica zatvorena na neki otpor, tada će se pojaviti žica struja, također različite veličine i smjera.

Električna struja, koja neprestano mijenja veličinu i smjer, naziva se izmjenična struja.

Što je sinusni val?

Priroda promjene e. itd. (struja) za jedan okret žice radi veće preglednosti grafički su prikazani pomoću krivulje. Budući da je vrijednost e. itd. c. proporcionalno sinα, tada je moguće, nakon što su postavljeni određeni kutovi, uz pomoć tablica odrediti vrijednost sinusa svakog kuta, te na odgovarajućem mjerilu konstruirati krivulju za promjenu e. itd. c. Da bismo to učinili, na vodoravnoj osi odvojit ćemo kutove rotacije žice, a na okomitoj osi, u odgovarajućem mjerilu, inducirane e. itd. s

Ako je prethodno naznačeno na sl.1 spojite točke glatkom zakrivljenom linijom, tada će dati ideju o veličini i prirodi promjene induciranog e. itd. (struja) na bilo kojem položaju vodiča u magnetskom polju. Zbog činjenice da je vrijednost inducirane e. itd. p. u bilo kojem trenutku određuje sinus kuta pod kojim žica siječe magnetsko polje prikazano na sl. 1 krivulja se naziva sinusoida, a e. itd. s. — sinusni.

Riža. 2. Sinusoida i njezine karakteristične vrijednosti

Promjene koje smo promatrali e. itd. c. sinusoidno odgovaraju rotaciji žice u magnetskom polju pod kutom od 360 °. Kada se žica okrene sljedećih 360°, promjene induciranog e. itd. s. (i struja) ponovno će se pojaviti u sinusnom valu, odnosno periodički će se ponavljati.

Sukladno tome, uzrokovano ovim e. itd. c. naziva se električna struja sinusoidna izmjenična struja... Sasvim je očito da će se napon koji možemo izmjeriti na krajevima žice A, u prisutnosti zatvorenog vanjskog strujnog kruga, također mijenjati na sinusoidan način.

Izmjenična struja dobivena rotacijom žice u magnetskom toku ili sustava žica povezanih u zavojnicu naziva se jednofazna izmjenična struja.

U tehnici se najviše koriste sinusne izmjenične struje. Međutim, možete pronaći izmjenične struje koje se ne mijenjaju prema sinusnom zakonu. Takve izmjenične struje nazivaju se nesinusne.

Vidi također: Što je izmjenična struja i kako se razlikuje od istosmjerne struje

Amplituda, period, frekvencija jednofazne izmjenične struje

Snaga struje, mijenjajući se duž sinusoide, mijenja se kontinuirano. Dakle, ako je u točki A (slika 2) struja jednaka 3a, tada će u točki B već biti veća.U nekoj drugoj točki na sinusoidi, na primjer u točki C, struja će sada imati novu vrijednost, i tako dalje.

Jakost struje u određenim trenucima kada se mijenja duž sinusoide nazivamo trenutnim vrijednostima struje.

Najveća trenutna vrijednost jednofazne izmjenične struje naziva se kada se mijenja duž sinusne amplitude... Lako je vidjeti da za jedan zavoj žice struja dva puta dostiže svoju vrijednost amplitude. Jedna od vrijednosti aa 'je pozitivna i povučena je od osi 001, a druga bv' je negativna i povučena je prema dolje od osi.

Vrijeme tijekom kojeg je inducirana e. itd. (ili strujna sila) prolazi cijeli ciklus promjena, tzv. mjesečni ciklus T (slika 2). Razdoblje se obično mjeri u sekundama.

Recipročna vrijednost perioda naziva se frekvencija (f). Drugim riječima, frekvencija izmjenične struje je broj perioda u jedinici vremena, tj. u sekundama. Tako, na primjer, ako izmjenična struja unutar 1 sekunde deset puta poprimi iste vrijednosti i smjer, tada će frekvencija takve izmjenične struje biti 10 perioda u sekundi.

Za mjerenje frekvencije, umjesto broja perioda u sekundi, koristi se jedinica koja se naziva herc (hertz). Frekvencija od 1 herca jednaka je frekvenciji od 1 lps/s. Pri mjerenju visokih frekvencija prikladnije je koristiti jedinicu 1000 puta veću od herca, tj. kiloherca (kHz), ili 1.000.000 puta više od herca — megaherca (mhz).

Izmjenične struje koje se koriste u tehnici, ovisno o frekvenciji, mogu se podijeliti na niskofrekventne struje i visokofrekventne struje.

AC efektivna vrijednost

Istosmjerna struja koja prolazi kroz žicu zagrijava je. Ako kroz žicu pustite izmjeničnu struju, žica će se također zagrijati.To je i razumljivo, jer iako izmjenična struja cijelo vrijeme mijenja smjer, oslobađanje topline uopće ne ovisi o smjeru struje u žici.

Kada se izmjenična struja propusti kroz žarulju, njena žarna nit će svijetliti. Pri standardnoj frekvenciji izmjenične struje od 50 Hz neće biti treperenja svjetla, jer žarna nit žarulje sa žarnom niti, koja ima toplinsku inerciju, nema vremena da se ohladi u onim trenucima kada je struja u krugu nula. Korištenje izmjenične struje s frekvencijom manjom od 50 Hz za rasvjetu sada je nepoželjno zbog činjenice da se pojavljuju neugodne, zamorne fluktuacije u intenzitetu žarulje.

Nastavljajući analogiju s istosmjernom strujom, možemo očekivati ​​da izmjenična struja koja teče kroz žicu stvara oko nje magnetsko polje. Zapravo nIzmjenična struja ne stvara magnetsko polje, ali će magnetsko polje koje stvara također biti promjenjivog smjera i veličine.

Izmjenična struja se cijelo vrijeme mijenja i po veličini i po smjeruNS. Naravno, postavlja se pitanje kako dobro izmjeriti varijablu T i koju njezinu vrijednost pri promjeni duž sinusoide treba uzeti kao uzrok ove ili one akcije.

C U tu se svrhu uspoređuje izmjenična struja s obzirom na djelovanje koje proizvodi s istosmjernom strujom, čija vrijednost ostaje nepromijenjena tijekom pokusa.

Pretpostavimo da istosmjerna struja teče kroz žicu stalnog otpora 10 A i ustanovi se da je žica zagrijana na temperaturu od 50 °.Ako sada kroz istu žicu ne propustimo istosmjernu, već izmjeničnu struju, i tako izaberemo njezinu vrijednost (djelujući, na primjer, reostatom) tako da se žica također zagrije na temperaturu od 50 °, tada u ovom slučaju možemo reći da je djelovanje izmjenične struje jednako djelovanju istosmjerne struje.

Zagrijavanje žice u oba slučaja na istu temperaturu pokazuje da u jedinici vremena izmjenična struja daje u žici jednaku količinu topline kao istosmjerna struja.

Izmjenična sinusoidalna struja koja emitira za određeni otpor po jedinici vremena istu količinu topline kao istosmjerna struja koja je po veličini ekvivalentna istosmjernoj struji... Ova vrijednost struje naziva se efektivna (Id) ili efektivna vrijednost izmjenične struje.. , Stoga, za naš primjer, efektivna vrijednost izmjenične struje bit će 10 A ... U ovom slučaju, maksimalne (vršne) vrijednosti struje će premašiti prosječne vrijednosti u veličini.

Iskustvo i proračuni pokazuju da su efektivne vrijednosti izmjenične struje manje od njezinih amplitudnih vrijednosti u √2 (1,41) puta. Stoga, ako je vršna vrijednost struje poznata, tada se efektivna vrijednost struje Id može odrediti dijeljenjem amplitude struje Ia s √2, tj. Id = Aza/√2

Suprotno tome, ako je poznata efektivna vrijednost struje, tada se može izračunati vršna vrijednost struje, tj. Ia = Azd√2

Iste relacije će vrijediti za amplitudu i efektivne vrijednosti e. itd. v. i naponi: Jedinica = Ea /√2, Ud = Ua/√2

Mjerni uređaji najčešće pokazuju stvarne vrijednosti, stoga se kod označavanja indeks «d» obično izostavlja, ali to ne treba zaboraviti.

Impedancija u krugovima izmjenične struje

Kada su potrošači induktiviteta i kapaciteta spojeni na krug izmjenične struje, moraju se uzeti u obzir i aktivna i reaktancija (reaktancija se javlja kada je kondenzator uključen ili prigušnice u krugu izmjenične struje). Stoga je pri određivanju struje koja prolazi kroz takvo trošilo potrebno napon napajanja podijeliti s impedancijom kruga (potrošivača).

Impedancija (Z) jednofaznog AC kruga određena je sljedećom formulom:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

gdje je R aktivni otpor kruga u ohmima, L je induktivitet kruga u henriesima, C je kapacitet kruga (kondenzatora) u faradima, ω — kutna frekvencija izmjenične struje.

U krugovima izmjenične struje koriste se različiti potrošači gdje je potrebno uzeti u obzir ili tri vrijednosti R, L, C ili samo neke od njih. Istodobno se mora uzeti u obzir kutna frekvencija izmjenične struje.

Za neke korisnike, samo vrijednosti R i L mogu se uzeti u obzir pri odgovarajućim vrijednostima kutne frekvencije. Na primjer, pri izmjeničnoj frekvenciji od 50 Hz solenoidna zavojnica ili se namot generatora može smatrati samo aktivnim i induktivnim otporom. Drugim riječima, kapacitet se u ovom slučaju može zanemariti. Tada se AC impedancija takvog korisnika može izračunati formulom:

Z = √(R2 + ω2L2)

Ako se takva zavojnica ili zavojnica namijenjena izmjeničnoj struji spoji na istosmjernu struju istog napona, kroz zavojnicu će teći vrlo velika struja, što može dovesti do značajnog stvaranja topline, a može se oštetiti i izolacija zavojnice. Naprotiv, mala struja će teći kroz zavojnicu dizajniranu za rad u krugu istosmjerne struje i spojenu na krug izmjenične struje istog napona, a uređaj u kojem se koristi ova zavojnica neće izvršiti potrebnu radnju.

Trokut otpora, trokut napona i trokut snage: