Tek fazlı alternatif akım

Alternatif akım elde etme

A teli, mıknatısın iki kutbunun oluşturduğu manyetik akı içinde saat yönünde döndürülürse (Şekil 1), tel manyetik alan çizgilerini geçtiğinde, e.d'yi indükleyecektir. değeri ifade tarafından belirlenen s

E = Bulvar,

burada B, T'deki manyetik indüksiyondur, l, m cinsinden telin uzunluğudur, v, m / s cinsinden telin hızıdır, α - telin manyetik alan çizgilerini geçtiği açıdır.

Bu durum için B, I ve v sabit kalsın, sonra indüklenen e. vesaire. c. sadece telin manyetik alanı geçtiği α açısına bağlı olacaktır. Böylece, 1 noktasında, tel manyetik alan çizgileri boyunca hareket ettiğinde, indüklenen emf'nin değeri. vesaire. Tel 3 oe noktasına hareket ettiğinde p sıfır olacaktır. vesaire. v. kuvvet çizgileri iletken tarafından kendilerine dik yönde geçileceğinden ve son olarak, örn. vesaire. v. tel 5. noktaya taşınırsa tekrar sıfıra ulaşacaktır.

Pirinç. 1. İndüklenen e'nin değiştirilmesi. vesaire. pp. manyetik alanda dönen bir telde

Telin kuvvet çizgilerini α = 45 ° açıyla geçtiği 2 ve 4 ara noktalarında, indüklenen emf'nin değeri. vesaire. c. buna karşılık olarak 3 noktasından daha az olacaktır. Böylece, tel 1 noktasından 5 noktasına, yani 180 ° döndürüldüğünde, indüklenen e. vesaire. v. sıfırdan maksimuma değişir ve tekrar sıfıra döner.

A telinin 180 ° 'lik bir açıyla (6, 7, 8 ve 1 noktalarından) daha fazla döndürülmesinde, indüklenen e'deki değişikliğin doğası oldukça açıktır. vesaire. p. aynı olacaktır, ancak yönü tersine değişecektir, çünkü tel zaten diğer kutbun altındaki manyetik alan çizgilerini geçecektir, bu da onları ters birinci yönde geçmeye eşdeğerdir.

Bu nedenle tel 360° döndürüldüğünde indüklenen e. vesaire. v. sadece her zaman büyüklük olarak değişmez, aynı zamanda yönünü de iki kez değiştirir.

Tel bir miktar dirence kapatılırsa tel görünür elektrik, ayrıca boyut ve yön olarak da değişir.

Şiddeti ve yönü sürekli değişen elektrik akımına alternatif akım denir.

Sinüs dalgası nedir?

Değişimin doğası e. vesaire. (akım) daha fazla netlik için telin bir dönüşü için, bir eğri kullanılarak grafiksel olarak temsil edilirler. e'nin değerinden beri. vesaire. c. sina ile orantılı, daha sonra, belirli açıları ayarladıktan sonra, tabloların yardımıyla her açının sinüs değerini belirlemek ve uygun ölçekte e'nin değişimi için bir eğri oluşturmak mümkündür. vesaire. c. Bunu yapmak için, yatay eksende telin dönme açılarını ve dikey eksende uygun ölçekte indüklenen e'yi bir kenara koyacağız. vesaire. ile

Daha önce şek.1 noktaları düzgün bir eğri çizgi ile birleştirin, ardından indüklenen e'deki değişimin büyüklüğü ve doğası hakkında bir fikir verecektir. vesaire. (akım) manyetik alanda iletkenin herhangi bir konumunda. İndüklenen e'nin değeri nedeniyle. vesaire. p. herhangi bir anda, telin şekil 2'de gösterilen manyetik alanı geçtiği açının sinüsü tarafından belirlenir. 1 eğriye sinüzoidal denir ve e. vesaire. s. — sinüzoidal.

Pirinç. 2. Sinüzoid ve karakteristik değerleri

Baktığımız değişiklikler e. vesaire. c. sinüzoidal olarak telin manyetik bir alanda 360 ° açıyla dönmesine karşılık gelir. Tel bir sonraki 360 ° döndürüldüğünde, indüklenen e'deki değişiklikler. vesaire. s.(ve akım) tekrar sinüs dalgasında görünecek, yani periyodik olarak tekrar edecekler.

Buna göre, bunun neden olduğu e. vesaire. c. denir elektrik akımı sinüzoidal alternatif akım... Kapalı bir dış devre varlığında A telinin uçlarında tarafımızdan ölçebileceğimiz voltajın da sinüzoidal bir şekilde değişeceği oldukça açıktır.

Bir telin manyetik bir akı içinde döndürülmesiyle veya bir bobine bağlı bir tel sisteminden elde edilen alternatif akıma tek fazlı alternatif akım denir.

Sinüzoidal alternatif akımlar, teknolojide en yaygın kullanılanlardır. Ancak sinüs yasasına göre değişmeyen alternatif akımlar bulabilirsiniz. Bu tür alternatif akımlara sinüzoidal olmayan denir.

Ayrıca bakınız: Alternatif akım nedir ve doğru akımdan farkı nedir?

Tek fazlı alternatif akımın genliği, periyodu, frekansı

Mevcut güç, bir sinüzoidal boyunca değişen, sürekli değişir. Dolayısıyla, A noktasında (Şekil 2) akım 3a'ya eşitse, o zaman B noktasında zaten daha büyük olacaktır.Sinüzoid üzerindeki başka bir noktada, örneğin C noktasında, akım artık yeni bir değere sahip olacak ve bu böyle devam edecek.

Akımın bir sinüzoidal boyunca değiştiği belirli zamanlarda gösterdiği kuvvete anlık akım değerleri denir.

Tek fazlı bir alternatif akımın en büyük anlık değeri, sinüsoidal bir genlik boyunca değiştiğinde çağrılır... Telin bir dönüşü için akımın genlik değerine iki kez ulaştığını görmek kolaydır. aa' değerlerinden biri pozitiftir ve 001 ekseninden çekilir, diğer bv' negatiftir ve eksenden aşağıya doğru çekilir.

İndüklendiği süre e. vesaire. (veya mevcut kuvvet), aylık döngü T olarak adlandırılan tüm değişim döngüsünden geçer (Şekil 2). Periyot genellikle saniye cinsinden ölçülür.

Periyodun tersi frekans (f) olarak adlandırılır. Başka bir deyişle, alternatif akım frekansı birim zamandaki periyot sayısıdır, yani saniye içinde. Yani, örneğin, 1 saniye içinde bir alternatif akım on kez aynı değerleri ve yönü alırsa, o zaman böyle bir alternatif akımın frekansı saniyede 10 periyot olacaktır.

Frekansı ölçmek için saniyedeki periyot sayısı yerine hertz (hertz) adı verilen bir birim kullanılır. 1 hertz'lik bir frekans, 1 lps/sn'lik bir frekansa eşittir. Yüksek frekansları ölçerken, hertz'den 1000 kat daha büyük bir birim kullanmak daha uygundur, yani. kilohertz (kHz) veya hertz'den 1.000.000 kat daha büyük - megahertz (mhz).

Teknolojide kullanılan alternatif akımlar, frekansa bağlı olarak düşük frekanslı akımlar ve yüksek frekanslı akımlar olarak ayrılabilir.

AC rms değeri

Telden geçen doğru akım teli ısıtır. Telden alternatif akım geçirirseniz, tel de ısınır.Bu anlaşılabilir bir durumdur, çünkü alternatif akım her zaman yönünü değiştirse de, ısının salınması teldeki akımın yönüne hiç bağlı değildir.

Bir ampulden alternatif akım geçtiğinde, filamanı parlar. 50 Hz'lik standart bir alternatif akım frekansında, ışıkta titreme olmayacaktır, çünkü akkor ampulün termik ataletli filamanının devredeki akımın sıfır olduğu zamanlarda soğuma zamanı yoktur. Aydınlatma için 50 Hz'den daha düşük bir frekansa sahip alternatif akımın kullanılması, ampulün yoğunluğunda hoş olmayan, gözü yoran dalgalanmaların ortaya çıkması nedeniyle artık istenmez.

Doğru akım benzetmesine devam ederek, bir telin içinden akan bir alternatif akımın etrafında oluşmasını bekleyebiliriz. manyetik alan. Aslında nAlternatif akım bir manyetik alan oluşturmaz, ancak oluşturduğu manyetik alanın yönü ve büyüklüğü de değişken olacaktır.

Alternatif bir akım hem büyüklük hem de yön olarak her zaman değişir. Doğal olarak, T değişkeninin nasıl iyi ölçüleceği ve bir sinüzoid boyunca değişirken değerinin şu veya bu eyleme neden olarak alınması gerektiği sorusu ortaya çıkar.

C Bu amaçla, alternatif akım, ürettiği etki bakımından deney boyunca değeri değişmeyen doğru akım ile karşılaştırılır.

10 A sabit dirençli bir telden doğru akımın geçtiğini ve telin 50 ° C'ye kadar ısıtıldığını varsayalım.Şimdi aynı telden doğru akımı değil, alternatif akımı geçersek ve bu nedenle değerini (örneğin bir reosta ile hareket ederek) seçersek, böylece tel de 50 ° C'ye kadar ısıtılır. Bu durumda alternatif akımın eyleminin doğru akımın etkisine eşit olduğunu söyleyebiliriz.

Telin her iki durumda da aynı sıcaklığa ısıtılması, alternatif akımın telde doğru akımla aynı miktarda ısıyı birim zamanda verdiğini gösterir.

Birim zamanda belirli bir direnç için, doğru akıma eşdeğer bir doğru akımla aynı miktarda ısı yayan alternatif bir sinüzoidal akım... Bu akım değerine alternatif akımın etkin (Id) veya etkin değeri denir. Dolayısıyla örneğimiz için alternatif akımın efektif değeri 10 A olacaktır... Bu durumda maksimum (tepe) akım değerleri büyüklük olarak ortalama değerleri aşacaktır.

Deneyimler ve hesaplamalar, alternatif akımın efektif değerlerinin genlik değerlerinden √2 (1,41) kat daha küçük olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, akımın tepe değeri biliniyorsa, Ia akımının genliği √2'ye bölünerek Id akımının etkin değeri belirlenebilir, yani Id = Aza/√2

Tersine, akımın rms değeri biliniyorsa, akımın tepe değeri hesaplanabilir, yani Ia = Azd√2

Aynı ilişkiler e'nin genliği ve rms değerleri için de geçerli olacaktır. vesaire. v. ve gerilimler: Birim = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Ölçüm cihazları çoğunlukla gerçek değerleri gösterir, bu nedenle gösterimde "d" indeksi genellikle atlanır, ancak bunu unutmamalısınız.

AC devrelerinde empedans

Endüktans ve kapasitans tüketicileri AC devresine bağlandığında, hem aktif hem de reaktans dikkate alınmalıdır (reaktans, bir kapasitör açıkken veya bir AC devresinde boğulmalar). Bu nedenle, böyle bir tüketiciden geçen akımı belirlerken, besleme voltajını devrenin (tüketici) empedansına bölmek gerekir.

Tek fazlı bir AC devresinin empedansı (Z) aşağıdaki formülle belirlenir:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

burada R, devrenin ohm cinsinden aktif direncidir, L devrenin endüktansıdır, C devrenin (kapasitör) farad cinsinden kapasitansıdır, ω - alternatif akımın açısal frekansı.

Alternatif akım devrelerinde, R, L, C'nin üç değerini veya yalnızca bazılarını dikkate almanın gerekli olduğu farklı tüketiciler kullanılır. Aynı zamanda, alternatif akımın açısal frekansı da dikkate alınmalıdır.

Bazı kullanıcılar için karşılık gelen köşe frekans değerlerinde sadece R ve L değerleri dikkate alınabilir.Örneğin 50 Hz AC frekansında solenoid bobin veya jeneratör sargısının sadece aktif ve endüktif direnç içerdiği kabul edilebilir. Başka bir deyişle, bu durumda kapasitans ihmal edilebilir. Daha sonra böyle bir kullanıcının AC empedansı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

Z = √(R2 + ω2L2)

Böyle bir bobin veya alternatif akım çalışması için tasarlanmış bir bobin, aynı voltajdaki bir doğru akıma bağlanırsa, bobinden çok büyük bir akım akacak, bu da önemli miktarda ısı oluşumuna neden olabilir ve bobinin yalıtımı zarar görebilir. Aksine, bir doğru akım devresinde çalışacak şekilde tasarlanmış ve aynı gerilimdeki bir alternatif akım devresine bağlı bir bobinden küçük bir akım akacak ve bu bobinin kullanıldığı cihaz gerekli işlemi yapmayacaktır.

Direnç üçgeni, gerilim üçgeni ve güç üçgeni: