Alternatif akım nedir ve doğru akımdan farkı nedir?

Alternatif akım, Aksine doğru akım, hem büyüklük hem de yön olarak sürekli değişiyor ve bu değişimler periyodik olarak oluyor, yani tam olarak eşit aralıklarla kendilerini tekrarlıyorlar.

Devrede böyle bir akımı indüklemek için, büyüklüğü ve yönü periyodik olarak değişen bir alternatif EMF oluşturan alternatif akım kaynakları kullanın.Bu tür kaynaklara alternatör denir.

İncirde. 1, en basitinin bir cihaz şemasını (modelini) gösterir. alternatör. 

Eksen üzerine sabitlenmiş ve bir kayış tahriki kullanılarak sahada döndürülmüş, bakır telden yapılmış dikdörtgen bir çerçeve mıknatıs... Çerçevenin uçları, çerçeveyle birlikte dönen temas plakaları (fırçalar) üzerinde kayan bakır halkalara lehimlenmiştir.

Şekil 1. En basit alternatörün şeması

Böyle bir cihazın gerçekten bir değişken EMF kaynağı olduğundan emin olalım.

Bir mıknatısın kutupları arasında oluşturduğunu varsayalım düzgün manyetik alanyani, alanın her bir bölümündeki manyetik alan çizgilerinin yoğunluğunun aynı olduğu alan.Dönen çerçeve, a ve b taraflarının her birinde manyetik alanın kuvvet çizgilerini geçer. EMF kaynaklı. 

Çerçevenin c ve d tarafları çalışmaz çünkü çerçeve döndüğünde manyetik alanın kuvvet çizgilerini geçmezler ve bu nedenle EMF'nin oluşturulmasına katılmazlar.

Herhangi bir anda, a tarafında meydana gelen EMF, b tarafında meydana gelen EMF'ye ters yöndedir, ancak çerçevede her iki EMF, tüm çerçeve tarafından indüklenen toplam EMF'ye göre hareket eder ve toplam EMF'ye eklenir.

EMF'nin yönünü belirlemek için bildiğimiz sağ el kuralını kullanırsak bunu kontrol etmek kolaydır.

Bunu yapmak için, sağ elin avucunu mıknatısın kuzey kutbuna bakacak şekilde yerleştirin ve bükülmüş başparmak, çerçevenin EMF'nin yönünü belirlemek istediğimiz tarafının hareket yönü ile çakışır. Ardından, içindeki EMF'nin yönü, elin uzatılmış parmaklarıyla gösterilecektir.

Çerçevenin konumu ne olursa olsun, a ve b kenarlarında EMF'nin yönünü belirlersek, bunlar her zaman toplanır ve çerçevede toplam bir EMF oluşturur. Aynı zamanda, çerçevenin her dönüşünde, içindeki toplam EMF'nin yönü tersine değişir, çünkü çerçevenin çalışma taraflarının her biri bir devirde mıknatısın farklı kutuplarının altından geçer.

Çerçevede indüklenen EMF'nin büyüklüğü, çerçevenin kenarlarının manyetik alan çizgilerini geçme hızı değiştikçe de değişir. Nitekim, çerçeve dikey konumuna yaklaştığı ve onu geçtiği anda, çerçevenin yanlarındaki kuvvet çizgilerini geçme hızı en yüksektir ve çerçevede en büyük emf indüklenir.Bu anlarda, çerçeve yatay konumunu geçtiğinde, kenarları manyetik alan çizgileri boyunca onları kesmeden kayıyor gibi görünür ve hiçbir EMF indüklenmez.

Bu nedenle, çerçevenin düzgün dönüşü ile, içinde hem büyüklük hem de yön olarak periyodik olarak değişen bir EMF indüklenecektir.

Çerçevede meydana gelen EMF, bir cihaz tarafından ölçülebilir ve harici devrede bir akım oluşturmak için kullanılabilir.

kullanma elektromanyetik indüksiyon olgusu, alternatif EMF ve dolayısıyla alternatif akım elde edebilirsiniz.

Endüstriyel amaçlar için alternatif akım ve aydınlatma için buhar veya su türbinleri ve içten yanmalı motorlar tarafından çalıştırılan güçlü jeneratörler tarafından üretilir.

AC ve DC akımlarının grafik gösterimi

Grafiksel yöntem, belirli bir değişkenin zamana bağlı olarak değişme sürecini görselleştirmeyi mümkün kılar.

Zamanla değişen değişkenlerin çizimi, grafiğin eksenleri olarak adlandırılan karşılıklı olarak dik iki çizginin çizilmesiyle başlar. Daha sonra yatay eksende belirli bir ölçekte zaman aralıkları, dikey eksende de yine belirli bir ölçekte çizilecek miktarın (EMF, gerilim veya akım) değerleri çizilir.

İncirde. 2 grafikli doğru akım ve alternatif akım... Bu durumda akım değerlerini geciktiririz ve genellikle pozitif olarak adlandırılan bir yönün akım değerleri O eksenlerinin kesişme noktasından dikey olarak geciktirilir. ve bu noktadan aşağı, genellikle negatif olarak adlandırılan ters yön.

Şekil 2. DC ve AC'nin grafik gösterimi

O noktasının kendisi hem mevcut değerlerin kaynağı (dikey olarak aşağı ve yukarı) hem de zaman (yatay olarak sağa) olarak hizmet eder.Yani bu nokta, akımın sıfır değerine ve gelecekte akımın nasıl değişeceğini izlemeyi düşündüğümüz zaman içindeki bu başlangıç ​​noktasına karşılık gelir.

Şekil l'de çizilenlerin doğruluğunu kontrol edelim. 2 ve 50 mA DC akım grafiği.

Bu akım sabit olduğu için yani zamanla büyüklüğünü ve yönünü değiştirmediği için aynı akım değerleri zamanın farklı anlarına yani 50 mA karşılık gelecektir. Bu nedenle, sıfıra eşit zaman anında, yani akımı gözlemimizin ilk anında, 50 mA'ya eşit olacaktır. Dikey eksende yukarı doğru 50 mA akım değerine eşit bir segment çizerek grafiğimizin ilk noktasını elde ederiz.

Aynısını zaman ekseninde 1. noktaya karşılık gelen bir sonraki an için yapmalıyız, yani bu noktadan dikey olarak yukarı doğru yine 50 mA'ya eşit bir segment ertelemeliyiz. Segmentin sonu bizim için grafiğin ikinci noktasını tanımlayacaktır.

Zaman içinde birkaç sonraki nokta için benzer bir yapı yaptıktan sonra, bağlantısı 50 mA'lık sabit bir akım değerinin grafiksel bir gösterimi olan düz bir çizgi verecek olan bir dizi nokta elde ederiz.

Bir değişken EMF'yi çizme

Çalışmaya devam edelim değişken EMF grafiği... Şek. Şekil 3'te, üstte bir manyetik alanda dönen bir çerçeve gösterilmektedir ve aşağıda elde edilen değişken EMF'nin grafiksel bir gösterimi verilmektedir.

Şekil 3. EMF değişkenini çizme

Çerçeveyi saat yönünde eşit şekilde döndürmeye başlıyoruz ve çerçevenin yatay konumunu ilk an olarak alarak içindeki EMF değişikliklerinin seyrini takip ediyoruz.

Bu ilk anda, çerçevenin kenarları manyetik alan çizgilerini geçmediği için EMF sıfır olacaktır.Grafikte, t = 0 anına karşılık gelen EMF'nin bu sıfır değeri nokta 1 ile temsil edilir.

Çerçevenin daha fazla döndürülmesiyle, EMF içinde görünmeye başlayacak ve çerçeve dikey konumuna ulaşana kadar artacaktır. Grafikte, EMF'deki bu artış, tepe noktasına (nokta 2) ulaşan düzgün bir yükselen eğri ile temsil edilecektir.

Çerçeve yatay konuma yaklaştıkça içindeki EMF azalacak ve sıfıra düşecektir. Grafikte bu, düşen düz bir eğri olarak gösterilecektir.

Bu nedenle, çerçevenin yarım dönüşüne karşılık gelen süre boyunca, içindeki EMF sıfırdan maksimum değere yükselebilmiş ve tekrar sıfıra düşebilmiştir (nokta 3).

Çerçevenin daha fazla döndürülmesiyle, EMF yeniden görünecek ve büyüklüğü kademeli olarak artacaktır, ancak sağ el kuralı uygulanarak görülebileceği gibi yönü zaten tersine değişecektir.

Grafik, EMF'nin yönündeki değişikliği hesaba katar, böylece EMF'yi temsil eden eğri zaman eksenini keser ve şimdi bu eksenin altında yer alır. EMF, çerçeve dikey bir konuma gelene kadar tekrar artar.

Daha sonra EMF azalmaya başlayacak ve çerçeve bir tam dönüşü tamamladıktan sonra orijinal konumuna döndüğünde değeri sıfıra eşit olacaktır. Grafikte bu, ters yönde (nokta 4) zirveye ulaşan EMF eğrisinin daha sonra zaman eksenini (nokta 5) karşılayacağı gerçeğiyle ifade edilecektir.

Bu, EMF'yi değiştirmek için bir döngüyü tamamlar, ancak çerçeveyi döndürmeye devam ederseniz, ikinci döngü hemen başlar ve birinciyi tam olarak tekrarlar, ardından üçüncü, ardından dördüncü ve biz durana kadar devam eder. döndürme çerçevesi.

Böylece, çerçevenin her dönüşü için, içinde meydana gelen EMF, tam bir değişim döngüsünü tamamlar.

Çerçeve bir tür harici devreye kapatılırsa, grafiği EMF grafiğiyle aynı görünecek olan devre boyunca alternatif bir akım akacaktır.

Ortaya çıkan dalga biçimi sinüs dalgası olarak adlandırılır ve bu yasaya göre değişen akım, EMF veya gerilime sinüzoidal denir.

Eğrinin kendisine sinüzoidal denir çünkü sinüs adı verilen değişken bir trigonometrik niceliğin grafiksel bir temsilidir.

Akım değişiminin sinüzoidal doğası, elektrik mühendisliğinde en yaygın olanıdır, bu nedenle, alternatif akımdan bahsetmişken, çoğu durumda sinüzoidal akım anlamına gelirler.

Farklı alternatif akımları (EMF'ler ve gerilimler) karşılaştırmak için belirli bir akımı karakterize eden değerler vardır. Bunlara AC parametreleri denir.

Periyot, Genlik ve Frekans — AC parametreleri

Alternatif akım, ne tür bir alternatif akım olduğunu tahmin edebileceğimizi ve akımın bir grafiğini oluşturabileceğimizi bilerek aylık döngü ve genlik olmak üzere iki parametre ile karakterize edilir.

Şekil 4. Sinüzoidal akım eğrisi

Tam bir akım değişimi döngüsünün meydana geldiği süreye periyot denir. Süre T harfi ile gösterilir ve saniye cinsinden ölçülür.

Tam bir akım değişim döngüsünün yarısının meydana geldiği süreye yarım döngü denir, bu nedenle akım değişim süresi (EMF veya voltaj) iki yarım dönemden oluşur. Aynı alternatif akımın tüm periyotlarının birbirine eşit olduğu oldukça açıktır.

Grafikten de görülebileceği gibi, bir değişim periyodunda akım maksimum değerinin iki katına ulaşır.

Bir alternatif akımın (EMF veya voltaj) maksimum değeri, genlik veya tepe akım değeri olarak adlandırılır.

Im, Em ve Um, akım, EMF ve gerilim genlikleri için ortak tanımlamalardır.

Öncelikle dikkat ettik. tepe akımıancak grafikten de görülebileceği gibi genlikten daha küçük olan sayısız ara değer vardır.

Zaman içinde seçilen herhangi bir ana karşılık gelen alternatif akımın (EMF, voltaj) değerine anlık değeri denir.

i, e ve u, akım, emf ve voltajın anlık değerlerinin yaygın olarak kabul edilen tanımlarıdır.

Akımın anlık değeri ve tepe değeri grafik yardımıyla kolayca belirlenebilir. Bunu yapmak için, zaman içinde ilgilendiğimiz noktaya karşılık gelen yatay eksen üzerindeki herhangi bir noktadan mevcut eğri ile kesişme noktasına dikey bir çizgi çizin; dikey çizginin ortaya çıkan bölümü, belirli bir zamanda akımın değerini, yani anlık değerini belirleyecektir.

Açıkçası, grafiğin başlangıç ​​noktasından T / 2 zamanından sonra akımın anlık değeri sıfır olacak ve T / 4 zamanından sonra genlik değeri olacaktır. Akım da tepe değerine ulaşır; ama zaten ters yönde, 3/4 T'ye eşit bir süre sonra.

Böylece grafik, devredeki akımın zaman içinde nasıl değiştiğini ve akımın hem büyüklüğünün hem de yönünün yalnızca belirli bir değerinin zamanın her anına karşılık geldiğini gösterir. Bu durumda, devrenin herhangi bir noktasında zamanın belirli bir noktasındaki akımın değeri, o devrenin diğer herhangi bir noktasında tam olarak aynı olacaktır.

Akımın AC frekansının 1 saniyesinde gerçekleştirdiği tam periyot sayısı olarak adlandırılır ve Latin harfi f ile gösterilir.

Bir alternatif akımın frekansını belirlemek, yani akımın 1 saniyede kaç periyot değiştirdiğini bulmak için 1 saniyeyi f = 1 / T periyodunun zamanına bölmek gerekir. Frekansı bilmek alternatif akımın periyodunu belirleyebilirsiniz: T = 1 / f

AC frekansı hertz adı verilen bir birimle ölçülür.

Frekansı 1 hertz'e eşit olan bir alternatif akımımız varsa, böyle bir akımın periyodu 1 saniyeye eşit olacaktır. Tersine, akımın değişim periyodu 1 saniye ise, böyle bir akımın frekansı 1 hertz'dir.

Bu nedenle, farklı AC akımlarını, EMF'leri ve voltajları ayırt etmenize ve gerektiğinde grafiklerini çizmenize olanak tanıyan AC parametrelerini (periyot, genlik ve frekans) tanımladık.

Çeşitli devrelerin alternatif akıma direncini belirlerken, sözde alternatif akımı karakterize eden başka bir yardımcı değer kullanın. açısal veya açısal frekans.

Frekans f ile ilgili olarak 2 pif oranıyla gösterilen dairesel frekans

Bu bağımlılığı açıklayalım. Değişken EMF grafiğini çizerken, çerçevenin bir tam dönüşünün tam bir EMF değişimi döngüsüyle sonuçlandığını gördük. Yani çerçevenin bir devir yapması yani 360° dönmesi bir periyoda eşit bir süre yani T saniye sürer. Daha sonra 1 saniyede çerçeve 360°/T dönüş yapar. Dolayısıyla 360°/T, çerçevenin 1 saniyede döndüğü açıdır ve genellikle açısal veya dairesel hız olarak adlandırılan çerçevenin dönme hızını ifade eder.

Ancak T periyodu, f = 1 / T oranı ile f frekansı ile ilişkili olduğundan, dairesel hız da bir frekans olarak ifade edilebilir ve 360 ​​° f'ye eşit olacaktır.

Böylece 360 ​​° f olduğu sonucuna vardık. Bununla birlikte, herhangi bir hesaplama için dairesel frekansı kullanmanın rahatlığı için, bir devire karşılık gelen 360 ° açı, pi = 3.14 olan 2pi radyan'a eşit bir radyal ifade ile değiştirilir. Böylece sonunda 2pif elde ederiz. Bu nedenle, alternatif akımın açısal frekansını belirlemek için (EMF veya voltaj), hertz cinsinden frekansı 6.28 sabit sayısıyla çarpmalısınız.