Eenfasige wisselstroom

Wisselstroom verkrijgen

Als de draad A wordt geroteerd in de magnetische flux die wordt gevormd door de twee polen van de magneet in de richting van de wijzers van de klok (Fig. 1), dan zal wanneer de draad de magnetische veldlijnen kruist, e.d. s waarvan de waarde wordt bepaald door de uitdrukking

E = Blvsina,

waar B is de magnetische inductie in T, l is de lengte van de draad in m, v is de snelheid van de draad in m / s, α — de hoek waaronder de draad de magnetische veldlijnen kruist.

Laat B, I en v voor dit geval constant blijven, dan is de geïnduceerde e. enz. c) zal alleen afhangen van de hoek α waaronder de draad het magnetische veld kruist. Dus, op punt 1, wanneer de draad langs de magnetische veldlijnen beweegt, de waarde van de geïnduceerde emf. enz. p zal nul zijn wanneer de draad naar punt 3 oe gaat. enz. v. zal van het grootste belang zijn, aangezien de krachtlijnen door de geleider zullen worden gekruist in de richting loodrecht daarop, en ten slotte, b.v. enz. v. zal weer nul bereiken als de draad naar punt 5 wordt verplaatst.

Rijst. 1. Veranderen van de geïnduceerde e. enz. pp. in een draad die roteert in een magnetisch veld

Op tussenpunten 2 en 4, waar de draad de krachtlijnen kruist onder een hoek α = 45 °, de waarde van de geïnduceerde emf. enz. c. zal dienovereenkomstig kleiner zijn dan op punt 3. Dus wanneer de draad van punt 1 naar punt 5 wordt gedraaid, dat wil zeggen met 180 °, wordt de geïnduceerde e. enz. v. verandert van nul naar maximum en terug naar nul.

Het is vrij duidelijk dat bij een verdere rotatie van draad A over een hoek van 180 ° (door punten 6, 7, 8 en 1), de aard van de verandering in de geïnduceerde e. enz. p. zal hetzelfde zijn, maar de richting zal in de tegenovergestelde richting veranderen, aangezien de draad de magnetische veldlijnen zal kruisen die zich al onder de andere pool bevinden, wat overeenkomt met het kruisen ervan in de tegenovergestelde eerste richting.

Daarom, wanneer de draad 360 ° wordt gedraaid, wordt de geïnduceerde e. enz. v. verandert niet alleen voortdurend van grootte, maar verandert ook twee keer van richting.

Als de draad tot enige weerstand gesloten is, zal de draad verschijnen elektriciteit, ook variërend in grootte en richting.

Elektrische stroom, die continu van grootte en richting verandert, wordt wisselstroom genoemd.

Wat is een sinusgolf?

De aard van de wijziging e. enz. (stroom) voor één winding van de draad voor meer duidelijkheid, ze worden grafisch weergegeven met behulp van een curve. Aangezien de waarde van e. enz. c.evenredig met sinα, dan is het, nadat bepaalde hoeken zijn ingesteld, mogelijk om met behulp van tabellen de waarde van de sinus van elke hoek te bepalen en op de juiste schaal een curve te construeren voor de verandering van e. enz. c) Om dit te doen, laten we op de horizontale as de rotatiehoeken van de draad buiten beschouwing en op de verticale as, op de juiste schaal, de geïnduceerde e. enz. met

Indien eerder aangegeven in afb.1 verbind de punten met een gladde gebogen lijn, dan geeft het een idee van de grootte en aard van de verandering in de geïnduceerde e. enz. (stroom) op elke positie van de geleider in een magnetisch veld. Vanwege het feit dat de waarde van de geïnduceerde e. enz. p. op elk moment wordt bepaald door de sinus van de hoek waaronder de draad het in fig. 2 getoonde magnetische veld kruist. 1 curve wordt een sinusoïde genoemd, en e. enz. s. - sinusvormig.

Rijst. 2. De sinusoïde en zijn karakteristieke waarden

De veranderingen die we hebben bekeken e. enz. c.sinusvormig komt overeen met de rotatie van de draad in een magnetisch veld onder een hoek van 360°. Wanneer de draad de volgende 360 ​​° wordt gedraaid, veranderen de veranderingen in de geïnduceerde e. enz. s.(en stroom) verschijnen opnieuw in een sinusgolf, dat wil zeggen, ze zullen periodiek worden herhaald.

Dienovereenkomstig veroorzaakt door deze e. enz. c. heet elektrische stroom sinusvormige wisselstroom... Het ligt voor de hand dat de spanning die door ons gemeten kan worden aan de uiteinden van draad A, in aanwezigheid van een gesloten extern circuit, ook sinusvormig zal veranderen.

Wisselstroom die wordt verkregen door een draad in een magnetische flux te laten draaien of een systeem van draden die in een spoel zijn verbonden, wordt enkelfasige wisselstroom genoemd.

Sinusvormige wisselstromen worden het meest gebruikt in de technologie. U kunt echter wisselstromen vinden die niet veranderen volgens de sinuswet. Dergelijke wisselstromen worden niet-sinusvormig genoemd.

Zie ook: Wat is wisselstroom en hoe verschilt het van gelijkstroom

Amplitude, periode, frequentie van enkelfasige wisselstroom

Huidige sterkte, veranderend langs een sinusoïde, verandert continu. Dus als op punt A (Fig. 2) de stroom gelijk is aan 3a, dan zal deze op punt B al groter zijn.Op een ander punt op de sinusoïde, bijvoorbeeld bij punt C, krijgt de stroom nu een nieuwe waarde, enzovoort.

De sterkte van de stroom op bepaalde momenten wanneer deze langs een sinusoïde verandert, wordt momentane stroomwaarden genoemd.

De grootste momentane waarde van een enkelfasige wisselstroom wordt genoemd wanneer deze verandert langs een sinusvormige amplitude... Het is gemakkelijk in te zien dat voor één winding van de draad de stroom tweemaal zijn amplitudewaarde bereikt. Een van de waarden van aa' is positief en wordt opgemaakt vanaf de 001-as en de andere bv' is negatief en wordt neerwaarts getrokken vanaf de as.

De tijd gedurende welke de geïnduceerde e. enz. (of de huidige kracht) doorloopt de hele cyclus van veranderingen, de zogenaamde maandelijkse cyclus T (fig. 2). De periode wordt meestal gemeten in seconden.

Het omgekeerde van de periode wordt de frequentie (f) genoemd. Met andere woorden, wisselstroom frequentie is het aantal perioden per tijdseenheid, d.w.z. in secondendoo. Dus als bijvoorbeeld een wisselstroom binnen 1 seconde tien keer dezelfde waarden en richting aanneemt, dan is de frequentie van zo'n wisselstroom 10 perioden per seconde.

Om de frequentie te meten, wordt in plaats van het aantal perioden per seconde een eenheid genaamd hertz (hertz) gebruikt. Een frequentie van 1 hertz is gelijk aan een frequentie van 1 lps/sec. Bij het meten van hoge frequenties is het handiger om een ​​eenheid te gebruiken die 1000 keer groter is dan de hertz, d.w.z. kilohertz (kHz), of 1.000.000 keer groter dan hertz - megahertz (mhz).

Wisselstromen die in de technologie worden gebruikt, kunnen, afhankelijk van de frequentie, worden onderverdeeld in laagfrequente stromen en hoogfrequente stromen.

AC rms-waarde

Gelijkstroom die door de draad gaat, verwarmt deze. Als je wisselstroom door de draad laat lopen, zal de draad ook opwarmen.Dit is begrijpelijk, want hoewel de wisselstroom steeds van richting verandert, is het vrijkomen van warmte helemaal niet afhankelijk van de richting van de stroom in de draad.

Wanneer wisselstroom door een gloeilamp wordt geleid, zal de gloeidraad ervan gloeien. Bij een standaard wisselstroomfrequentie van 50 Hz zal er geen flikkering van het licht zijn, omdat de gloeidraad van de gloeilamp, die thermische traagheid heeft, geen tijd heeft om af te koelen op de momenten dat de stroom in het circuit nul is. Het gebruik van wisselstroom met een frequentie van minder dan 50 Hz voor verlichting is nu ongewenst vanwege het feit dat er onaangename, vermoeiende schommelingen in de intensiteit van de lamp optreden.

Als we de gelijkstroomanalogie voortzetten, kunnen we verwachten dat een wisselstroom die door een draad stroomt, er omheen ontstaat magnetisch veld. Eigenlijk creëert nwisselstroom geen magnetisch veld, maar omdat het magnetische veld dat het creëert ook variabel is in richting en grootte.

Een wisselstroom verandert de hele tijd in zowel grootte als richtingNS. Natuurlijk rijst de vraag hoe de variabele T goed moet worden gemeten en wat de waarde ervan bij het wisselen langs een sinusoïde moet worden opgevat als de oorzaak van deze of die actie.

C Hiertoe wordt wisselstroom qua werking vergeleken met gelijkstroom, waarvan de waarde tijdens het experiment ongewijzigd blijft.

Stel dat er een gelijkstroom door een draad vloeit met een constante weerstand van 10 A en blijkt dat de draad wordt verwarmd tot een temperatuur van 50°.Als we nu door dezelfde draad gaan, geen gelijkstroom, maar wisselstroom, en dus kiezen we de waarde ervan (bijvoorbeeld werkend met een reostaat) zodat de draad ook wordt verwarmd tot een temperatuur van 50 °, dan in in dit geval kunnen we zeggen dat de werking van wisselstroom gelijk is aan de werking van gelijkstroom.

Door de draad in beide gevallen op dezelfde temperatuur te brengen, blijkt dat in een tijdseenheid de wisselstroom in de draad dezelfde hoeveelheid warmte afgeeft als de gelijkstroom.

Een sinusvormige wisselstroom die bij een bepaalde weerstand per tijdseenheid dezelfde hoeveelheid warmte afgeeft als een gelijkstroom die in grootte equivalent is aan een gelijkstroom... Deze stroomwaarde wordt de effectieve (Id) of effectieve waarde van wisselstroom genoemd.. Daarom is voor ons voorbeeld de effectieve waarde van wisselstroom 10 A... In dit geval zullen de maximale (piek) stroomwaarden de gemiddelde waarden in grootte overschrijden.

Ervaring en berekeningen leren dat de effectieve waarden van wisselstroom kleiner zijn dan de amplitudewaarden in √2 (1,41) keer. Daarom, als de piekwaarde van de stroom bekend is, kan de effectieve waarde van de stroom Id worden bepaald door de amplitude van de stroom Ia te delen door √2, d.w.z. Id = Aza/√2

Omgekeerd, als de rms-waarde van de stroom bekend is, kan de piekwaarde van de stroom worden berekend, d.w.z. Ia = Azd√2

Dezelfde relaties zullen gelden voor de amplitude en de rms-waarden van e. enz. v. en spanningen: Eenheid = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Meetinstrumenten geven meestal de werkelijke waarden weer, daarom wordt bij notatie de index «d» meestal weggelaten, maar u moet deze niet vergeten.

Impedantie in wisselstroomcircuits

Wanneer inductantie- en capaciteitsconsumenten zijn aangesloten op het AC-circuit, moet zowel actief als reactantie worden overwogen (reactantie treedt op wanneer een condensator aan of uit is). smoorspoelen in een wisselstroomcircuit). Daarom is het bij het bepalen van de stroom die door een dergelijke verbruiker gaat noodzakelijk om de voedingsspanning te delen door de impedantie van het circuit (verbruiker).

De impedantie (Z) van een enkelfasig wisselstroomcircuit wordt bepaald door de volgende formule:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

waar R is de actieve weerstand van het circuit in ohm, L is de inductantie van het circuit in henries, C is de capaciteit van het circuit (condensator) in farads, ω — hoekfrequentie van wisselstroom.

Verschillende consumenten worden gebruikt in wisselstroomcircuits waar het nodig is om ofwel de drie waarden van R, L, C of slechts enkele daarvan in overweging te nemen. Tegelijkertijd moet rekening worden gehouden met de hoekfrequentie van de wisselstroom.

Voor sommige gebruikers kan alleen rekening worden gehouden met de waarden van R en L bij de overeenkomstige hoekfrequentiewaarden, bijvoorbeeld bij een AC-frequentie van 50 Hz solenoïde spoel of de generatorwikkeling kan alleen worden beschouwd als een actieve en inductieve weerstand. Met andere woorden, de capaciteit kan in dit geval worden verwaarloosd. Dan kan de AC-impedantie van zo'n gebruiker worden berekend met de formule:

Z = √(R2 + ω2L2)

Als een dergelijke spoel of een voor wisselstroom ontworpen spoel wordt aangesloten op een gelijkstroom van dezelfde spanning, zal er een zeer grote stroom door de spoel lopen, wat kan leiden tot een aanzienlijke warmteontwikkeling en de isolatie van de spoel kan worden beschadigd Integendeel, er zal een kleine stroom vloeien door een spoel die is ontworpen om te werken in een gelijkstroomcircuit en is aangesloten op een wisselstroomcircuit met dezelfde spanning, en het apparaat waarin deze spoel wordt gebruikt, zal niet de vereiste actie uitvoeren.

Weerstandsdriehoek, spanningsdriehoek en vermogensdriehoek: