Alternatif akımın temel parametreleri: periyot, frekans, faz, genlik, harmonik salınımlar

Alternatif akım, yönü ve gücü periyodik olarak değişen bir elektrik akımıdır. Genellikle alternatif akımın gücü sinüzoidal bir yasaya göre değiştiğinden, alternatif akım, gerilim ve akımdaki sinüzoidal dalgalanmalardır.

Bu nedenle, sinüzoidal elektriksel salınımlar için geçerli olan her şey, alternatif akım için de geçerlidir. Sinüzoidal salınımlar sinüs yasasına göre salınım değerinin değiştiği salınımlardır.Bu yazımızda AC parametrelerinden bahsedeceğiz.

EMF'deki değişiklik ve böyle bir kaynağa bağlı doğrusal bir yükün akımındaki değişiklik sinüzoidal bir yasayı izleyecektir. Bu durumda, alternatif EMF'ler, alternatif gerilimler ve akımlar dört ana parametre ile karakterize edilebilir:

• dönem;

• sıklık;

• genlik;

• etkin değer.

Ek parametreler de vardır:

• açısal frekans;

• faz;

• anlık değer

Daha sonra, tüm bu parametrelere ayrı ayrı ve birlikte bakacağız.

Dönem T.

Dönem — salınan bir sistemin tüm ara durumlardan geçmesi ve tekrar ilk durumuna dönmesi için geçen süre.

Alternatif akımın T periyodu, akımın veya voltajın bir tam değişim döngüsü yaptığı zaman aralığıdır.

Alternatif akımın kaynağı bir jeneratör olduğundan, periyot rotorunun dönme hızı ile ilgilidir ve jeneratörün sargısının veya rotorunun dönme hızı ne kadar yüksek olursa, üretilen alternatif EMF'nin periyodu o kadar kısa olur ve, Buna göre, yükün alternatif akımı ortaya çıkıyor.

Periyot, bu akımın dikkate alındığı belirli duruma bağlı olarak saniye, milisaniye, mikrosaniye, nanosaniye cinsinden ölçülür. Yukarıdaki şekil, sabit bir T karakteristik periyoduna sahipken U voltajının zaman içinde nasıl değiştiğini göstermektedir.

Frekans f

Frekans f, periyodun tersidir ve 1 saniyedeki akım veya EMF değişimi periyotlarının sayısına sayısal olarak eşittir. Yani f = 1 / T. Frekans ölçü birimi, adını 19. yüzyılda elektrodinamiğin gelişimine önemli katkılarda bulunan Alman fizikçi Heinrich Hertz'den alan hertz'dir (Hz). Süre ne kadar kısa olursa, EMF'nin frekansı veya akım değişimi o kadar yüksek olur.

Bugün Rusya'da elektrik şebekelerinde alternatif akımın standart frekansı 50 Hz'dir, yani 1 saniyede şebeke voltajında ​​​​50 dalgalanma görülür.

Elektrodinamiğin diğer alanlarında, daha yüksek frekanslar kullanılır, örneğin modern invertörlerde 20 kHz ve daha fazlası ve elektrodinamiğin daha dar alanlarında birkaç MHz'e kadar. Yukarıdaki şekilde, bir saniyede her biri 0,02 saniye süren ve 1 / 0,02 = 50 olan 50 tam salınım olduğunu görebilirsiniz.

Sinüzoidal alternatif akımın zaman içindeki değişiminin grafiklerinden, farklı frekanslardaki akımların aynı zaman aralığında farklı sayıda periyot içerdiği görülebilir.

Açısal frekans

Açısal frekans — 2pi sn'de yapılan salınımların sayısı.

Bir periyotta, sinüzoidal EMF'nin veya sinüzoidal akımın fazı 2pi radyan veya 360 ° değişir, bu nedenle alternatif sinüzoidal akımın açısal frekansı şuna eşittir:

2pi saniyede salınım sayısını kullanın (1 saniyede değil) Uygundur çünkü harmonik salınımlar sırasında voltaj ve akım değişimi yasasını ifade eden formüllerde, alternatif akımın endüktif veya kapasitif direncini ifade eder ve birçok diğer durumlarda salınım frekansı n, çarpan 2pi ile birlikte görünür.

Faz

Aşama - durum, periyodik bir sürecin aşaması. Faz terimi, sinüzoidal salınımlar durumunda daha kesin bir anlama sahiptir. Uygulamada, genellikle rol oynayan fazın kendisi değil, herhangi iki periyodik süreç arasındaki faz kaymasıdır.

Bu durumda, "faz" terimi, sürecin gelişiminin bir aşaması olarak anlaşılır ve bu durumda, alternatif akımlar ve sinüzoidal gerilimlerle ilgili olarak, faz, alternatif akımın belirli bir andaki durumu olarak adlandırılır. zaman.

Şekiller şunları göstermektedir: fazda U1 gerilimi ile I1 akımının çakışması, antifazda U1 ve U2 gerilimi ve ayrıca I1 akımı ile U2 gerilimi arasındaki faz kayması. Faz kayması, bir periyodun bölümleri olan radyan cinsinden derece cinsinden ölçülür.

Ayrıca bakınız: Faz nedir, faz açısı ve faz kayması

Genlik Um ve Im

Sinüzoidal alternatif akımın veya sinüzoidal alternatif EMF'nin büyüklüğünden bahsetmişken, EMF'nin veya akımın en yüksek değerine genlik veya genlik (maksimum) değer denir.

Genlik - gerçekleştiren harmonik salınımların miktarının en büyük değeri (örneğin, alternatif akımdaki akım gücünün maksimum değeri, salınan sarkacın denge konumundan sapması), salınım miktarının belirli bir değerden koşullu olarak en büyük sapması ilk sıfır olarak kabul edilir.

Kesin olarak, genlik terimi yalnızca sinüzoidal salınımları ifade eder, ancak genellikle (tam olarak doğru değil) yukarıdaki anlamda tüm salınımlara uygulanır.

Bir alternatör hakkında konuşursak, o zaman terminallerinin EMF'si, pozitif ve negatif yarı döngüler sırasında sırasıyla birincisi + Em, ikincisi Em olan bir genlik değerine ulaşır. Akım I benzer şekilde davranır ve buna göre Im ile gösterilir.

Harmonik titreşimler - Bir elektrik devresindeki voltaj gibi salınımlı bir miktarın harmonik sinüzoidal veya kosinüs yasasına göre zamanla değiştiği salınımlar. Grafiksel olarak sinüzoidal bir eğri ile temsil edilir.

Gerçek süreçler yalnızca harmonik salınımlara yaklaşabilir. Ancak salınımlar sürecin en karakteristik özelliklerini yansıtıyorsa, o zaman böyle bir süreç harmonik olarak kabul edilir ve bu da birçok fiziksel ve teknik sorunun çözümünü büyük ölçüde kolaylaştırır.

Harmonik salınımlara yakın hareketler çeşitli sistemlerde meydana gelir: mekanik (bir sarkacın salınımları), akustik (bir org borusundaki bir hava sütununun salınımları), elektromanyetik (bir LC devresindeki salınımlar), vb.Salınım teorisi, fiziksel yapı bakımından farklı olan bu fenomenleri birleşik bir bakış açısıyla ele alır ve ortak özelliklerini belirler.

Harmonik salınımları, bu vektöre dik bir eksen etrafında sabit açısal hızla dönen ve orijinden geçen bir vektör kullanarak grafik olarak göstermek uygundur. Vektörün açısal dönüş hızı, harmonik salınımın dairesel frekansına karşılık gelir.

Harmonik bir titreşimin vektör diyagramı

Herhangi bir biçimdeki periyodik bir süreç, farklı frekanslara, genliklere ve fazlara sahip sonsuz bir dizi basit harmonik salınıma ayrıştırılabilir.

Uyumlu - frekansı, temel ton olarak adlandırılan başka bir titreşimin frekansından tam sayı kat daha büyük olan harmonik bir titreşim. Harmonik sayısı, frekansının temel tonun frekansından kaç kat daha büyük olduğunu gösterir (örneğin, üçüncü harmonik, frekansı temel tonun frekansından üç kat daha yüksek olan harmonik bir titreşimdir).

Periyodik fakat harmonik olmayan (yani şekil olarak sinüzoidalden farklı) salınımlar, harmonik salınımların toplamı olarak temsil edilebilir - temel ton ve bir dizi harmonik. Dikkate alınan salınım, sinüzoidal olandan biçim olarak ne kadar farklıysa, o kadar fazla harmonik içerir.

u ve i'nin anlık değeri

EMF'nin veya belirli bir andaki akımın değerine anlık değer denir, bunlar u ve i küçük harfleriyle gösterilir. Ancak bu değerler sürekli değiştiği için AC akımlarını ve EMF'leri bunlardan tahmin etmek sakıncalıdır.

I, E ve U'nun RMS değerleri

Alternatif akımın, bir motorun rotorunu mekanik olarak döndürmek veya bir ısıtma cihazında ısı üretmek gibi faydalı işler yapma yeteneği, emf ve akımların etkin değerleri ile uygun bir şekilde tahmin edilir.

Bu yüzden, efektif şimdiki değer söz konusu alternatif akımın bir periyodu boyunca bir iletkenden geçerken, bu alternatif akımla aynı mekanik işi veya aynı miktarda ısı üreten böyle bir doğru akımın değeri olarak adlandırılır.

Gerilimlerin, emflerin ve akımların RMS değerleri büyük harfler I, E ve U ile gösterilir. Sinüzoidal alternatif akım ve sinüzoidal alternatif gerilim için etkin değerler şunlardır:

Elektrik şebekelerini tanımlamak için akım ve voltajın etkin değerini kullanmak uygundur. Örneğin, 220-240 voltluk bir değer, modern ev prizlerindeki voltajın etkin değeridir ve genlik çok daha yüksektir - 311 ila 339 volt.

Akım için de aynı şey, örneğin bir ev tipi ısıtma cihazından 8 amperlik bir akım akıyor dediklerinde, bu etkin bir değer anlamına gelirken, genlik 11,3 amperdir.

Öyle ya da böyle, elektrik tesisatlarındaki mekanik iş ve elektrik enerjisi, gerilim ve akımların etkin değerleri ile orantılıdır. Ölçüm cihazlarının önemli bir kısmı gerilim ve akımların efektif değerlerini tam olarak göstermektedir.