Apakah itu arus ulang alik dan bagaimana ia berbeza daripada arus terus

Arus ulang alik, Sebaliknya arus DC, sentiasa berubah dalam kedua-dua magnitud dan arah, dan perubahan ini berlaku secara berkala, iaitu, mereka berulang pada selang masa yang sama.

Untuk mendorong arus sedemikian dalam litar, gunakan sumber arus ulang-alik yang mencipta EMF berselang-seli, berubah secara berkala dalam magnitud dan arah. Sumber sedemikian dipanggil alternator.

Dalam rajah. 1 menunjukkan gambar rajah peranti (model) yang paling ringkas alternator. 

Bingkai segi empat tepat yang diperbuat daripada dawai kuprum, dipasang pada paksi dan diputar dalam medan menggunakan pemacu tali pinggang magnet… Hujung bingkai dipateri pada gelang tembaga, yang, berputar dengan bingkai, meluncur pada plat kenalan (berus).

Rajah 1. Gambar rajah alternator termudah

Mari pastikan bahawa peranti sedemikian benar-benar merupakan sumber EMF boleh ubah.

Katakan magnet mencipta antara kutubnya medan magnet seragam, iaitu satu di mana ketumpatan garis medan magnet di setiap bahagian medan adalah sama.berputar, bingkai melintasi garisan daya medan magnet di setiap sisinya a dan b EMF disebabkan. 

Sisi c dan d bingkai tidak berfungsi, kerana apabila bingkai berputar, mereka tidak melintasi garisan daya medan magnet dan oleh itu tidak mengambil bahagian dalam penciptaan EMF.

Pada bila-bila masa, EMF yang berlaku di sisi a adalah bertentangan arah dengan EMF yang berlaku di sisi b, tetapi dalam bingkai kedua-dua EMF bertindak mengikut dan menambah jumlah EMF, iaitu, disebabkan oleh keseluruhan bingkai.

Ini mudah untuk menyemak sama ada kita menggunakan peraturan sebelah kanan yang kita tahu untuk menentukan arah EMF.

Untuk melakukan ini, letakkan tapak tangan kanan supaya ia menghadap kutub utara magnet, dan ibu jari yang dibengkokkan bertepatan dengan arah pergerakan sisi bingkai itu di mana kita ingin menentukan arah EMF. Kemudian arah EMF di dalamnya akan ditunjukkan oleh jari-jari tangan yang dihulurkan.

Untuk apa jua kedudukan bingkai yang kita tentukan arah EMF di sisi a dan b, ia sentiasa menjumlahkan dan membentuk jumlah EMF dalam bingkai. Pada masa yang sama, dengan setiap putaran bingkai, arah jumlah EMF di dalamnya berubah kepada sebaliknya, kerana setiap sisi kerja bingkai dalam satu revolusi melepasi di bawah kutub magnet yang berbeza.

Magnitud EMF teraruh dalam bingkai juga berubah apabila kadar di mana sisi bingkai melintasi garisan medan magnet berubah. Sesungguhnya, pada masa bingkai menghampiri kedudukan menegaknya dan melepasinya, kelajuan melintasi garis daya pada sisi bingkai adalah yang tertinggi, dan emf terbesar teraruh dalam bingkai.Pada saat-saat itu, apabila bingkai melepasi kedudukan mendatarnya, sisinya kelihatan meluncur di sepanjang garis medan magnet tanpa melintasinya, dan tiada EMF diinduksi.

Oleh itu, dengan putaran seragam bingkai, EMF akan teraruh di dalamnya, secara berkala menukar kedua-dua magnitud dan arah.

EMF yang berlaku dalam bingkai boleh diukur dengan peranti dan digunakan untuk mencipta arus dalam litar luaran.

menggunakan fenomena aruhan elektromagnet, anda boleh mendapatkan EMF berselang-seli dan oleh itu arus ulang-alik.

Arus ulang alik untuk tujuan perindustrian dan untuk pencahayaan dihasilkan oleh penjana berkuasa yang digerakkan oleh stim atau turbin air dan enjin pembakaran dalaman.

Perwakilan grafik arus AC dan DC

Kaedah grafik memungkinkan untuk menggambarkan proses menukar pembolehubah tertentu bergantung pada masa.

Memplot pembolehubah yang berubah dari semasa ke semasa bermula dengan memplot dua garis serenjang yang dipanggil paksi graf. Kemudian, pada paksi mendatar, pada skala tertentu, selang masa diplot, dan pada paksi menegak, juga pada skala tertentu, nilai kuantiti yang akan diplot (EMF, voltan atau arus).

Dalam rajah. 2 graf arus terus dan arus ulang alik ... Dalam kes ini kita melambatkan nilai semasa dan nilai semasa satu arah, yang biasanya dipanggil positif, ditangguhkan secara menegak dari titik persilangan paksi O , dan turun dari titik ini, arah yang bertentangan, yang biasanya dipanggil negatif.

Rajah 2. Perwakilan grafik DC dan AC

Titik O sendiri berfungsi sebagai asal nilai semasa (menegak ke bawah dan ke atas) dan masa (mendatar kanan).Dalam erti kata lain, titik ini sepadan dengan nilai sifar arus dan titik permulaan ini dalam masa yang mana kami berhasrat untuk mengesan bagaimana arus akan berubah pada masa hadapan.

Marilah kita sahkan ketepatan apa yang diplot dalam rajah. 2 dan plot arus DC 50 mA.

Oleh kerana arus ini adalah malar, iaitu, ia tidak mengubah magnitud dan arahnya dari semasa ke semasa, nilai arus yang sama akan sepadan dengan momen masa yang berbeza, iaitu, 50 mA. Oleh itu, pada masa yang sama dengan sifar, iaitu, pada saat awal pemerhatian kita terhadap arus, ia akan sama dengan 50 mA. Melukis segmen yang sama dengan nilai semasa 50 mA pada paksi menegak ke atas, kami memperoleh titik pertama graf kami.

Kita mesti melakukan perkara yang sama untuk momen seterusnya dalam masa yang sepadan dengan titik 1 pada paksi masa, iaitu, menangguhkan dari titik ini secara menegak ke atas segmen yang juga sama dengan 50 mA. Penghujung segmen akan menentukan titik kedua graf untuk kita.

Setelah membuat pembinaan yang serupa untuk beberapa titik berikutnya dalam masa, kami memperoleh satu siri mata, sambungannya akan memberikan garis lurus, yang merupakan perwakilan grafik nilai semasa malar 50 mA.

Memplot EMF berubah-ubah

Mari kita teruskan untuk mengkaji graf pembolehubah EMF... Dalam rajah. 3, bingkai berputar dalam medan magnet ditunjukkan di bahagian atas, dan perwakilan grafik pembolehubah EMF yang terhasil diberikan di bawah.

Rajah 3. Memplot pembolehubah EMF

Kami mula memusingkan bingkai secara seragam mengikut arah jam dan mengikuti perubahan EMF di dalamnya, mengambil kedudukan mendatar bingkai sebagai momen awal.

Pada saat awal ini, EMF akan menjadi sifar kerana sisi bingkai tidak melintasi garisan medan magnet.Pada graf, nilai sifar EMF yang sepadan dengan segera t = 0 ini diwakili oleh titik 1.

Dengan putaran lanjut bingkai, EMF akan mula muncul di dalamnya dan akan meningkat sehingga bingkai mencapai kedudukan menegaknya. Pada graf, peningkatan dalam EMF ini akan diwakili oleh keluk meningkat lancar yang mencapai kemuncaknya (titik 2).

Apabila bingkai menghampiri kedudukan mendatar, EMF di dalamnya akan berkurangan dan jatuh kepada sifar. Pada graf, ini akan digambarkan sebagai lengkung licin yang jatuh.

Oleh itu, pada masa yang sepadan dengan separuh revolusi bingkai, EMF di dalamnya dapat meningkat dari sifar kepada nilai maksimum dan menurun kepada sifar semula (titik 3).

Dengan putaran lanjut bingkai, EMF akan muncul semula di dalamnya dan secara beransur-ansur meningkat dalam magnitud, tetapi arahnya akan berubah kepada sebaliknya, seperti yang dapat dilihat dengan menggunakan peraturan tangan kanan.

Graf mengambil kira perubahan arah EMF, supaya lengkung yang mewakili EMF melintasi paksi masa dan kini terletak di bawah paksi itu. EMF meningkat semula sehingga bingkai mengambil kedudukan menegak.

Kemudian EMF akan mula berkurangan dan nilainya akan menjadi sama dengan sifar apabila bingkai kembali ke kedudukan asalnya selepas menyelesaikan satu revolusi lengkap. Pada graf, ini akan dinyatakan oleh fakta bahawa keluk EMF, mencapai kemuncaknya dalam arah yang bertentangan (titik 4), kemudian akan bertemu paksi masa (titik 5)

Ini melengkapkan satu kitaran menukar EMF, tetapi jika anda meneruskan putaran bingkai, kitaran kedua segera bermula, betul-betul mengulangi yang pertama, yang seterusnya akan diikuti oleh yang ketiga, kemudian yang keempat, dan seterusnya sehingga kita berhenti. bingkai putaran.

Oleh itu, untuk setiap putaran bingkai, EMF yang berlaku di dalamnya melengkapkan kitaran lengkap perubahannya.

Jika bingkai ditutup kepada beberapa litar luaran, maka arus ulang alik akan mengalir melalui litar, graf yang akan kelihatan sama dengan graf EMF.

Bentuk gelombang yang terhasil dipanggil gelombang sinus, dan arus, EMF, atau voltan yang berbeza-beza mengikut undang-undang ini dipanggil sinusoidal.

Lengkung itu sendiri dipanggil sinusoid kerana ia adalah perwakilan grafik kuantiti trigonometri berubah yang dipanggil sinus.

Sifat sinusoidal perubahan semasa adalah yang paling biasa dalam kejuruteraan elektrik, oleh itu, bercakap tentang arus ulang alik, dalam kebanyakan kes ia bermaksud arus sinusoidal.

Untuk membandingkan arus ulang alik yang berbeza (EMF dan voltan), terdapat nilai yang mencirikan arus tertentu. Ini dipanggil parameter AC.

Tempoh, Amplitud dan Kekerapan — Parameter AC

Arus ulang alik dicirikan oleh dua parameter — kitaran bulanan dan amplitud, mengetahui yang mana kita boleh menganggarkan jenis arus ulang alik itu dan membina graf arus.

Rajah 4. Lengkung arus sinusoidal

Tempoh masa di mana kitaran lengkap perubahan semasa berlaku dipanggil tempoh. Tempoh dilambangkan dengan huruf T dan diukur dalam saat.

Tempoh masa di mana separuh daripada kitaran lengkap perubahan arus berlaku dipanggil separuh kitaran.Oleh itu, tempoh perubahan arus (EMF atau voltan) terdiri daripada dua separuh tempoh. Agak jelas bahawa semua tempoh arus ulang-alik yang sama adalah sama antara satu sama lain.

Seperti yang dapat dilihat daripada graf, dalam satu tempoh perubahannya, arus mencapai dua kali ganda nilai maksimumnya.

Nilai maksimum arus ulang alik (EMF atau voltan) dipanggil amplitud atau nilai arus puncaknya.

Im, Em, dan Um ialah sebutan biasa untuk amplitud arus, EMF dan voltan.

Pertama sekali, kami memberi perhatian arus puncak, bagaimanapun, seperti yang dapat dilihat daripada graf, terdapat banyak nilai perantaraan yang lebih kecil daripada amplitud.

Nilai arus ulang alik (EMF, voltan) yang sepadan dengan mana-mana momen terpilih dalam masa dipanggil nilai serta-merta.

i, e dan u adalah sebutan yang lazim diterima bagi nilai serta-merta arus, emf dan voltan.

Nilai serta-merta arus, serta nilai puncaknya, mudah ditentukan dengan bantuan graf. Untuk melakukan ini, dari mana-mana titik pada paksi mendatar yang sepadan dengan titik masa yang kita minati, lukis garis menegak ke titik persilangan dengan lengkung semasa; segmen garisan menegak yang terhasil akan menentukan nilai arus pada masa tertentu, iaitu nilai serta-merta.

Jelas sekali, nilai serta-merta arus selepas masa T / 2 dari titik permulaan graf akan menjadi sifar, dan selepas masa T / 4 nilai amplitudnya. Arus juga mencapai nilai kemuncaknya; tetapi sudah dalam arah yang bertentangan, selepas masa yang sama dengan 3/4 T.

Jadi graf menunjukkan bagaimana arus dalam litar berubah dari semasa ke semasa dan hanya satu nilai tertentu bagi kedua-dua magnitud dan arah arus sepadan dengan setiap detik masa. Dalam kes ini, nilai arus pada titik masa tertentu pada satu titik dalam litar akan betul-betul sama di mana-mana titik lain dalam litar itu.

Ia dipanggil bilangan tempoh lengkap yang dipenuhi oleh arus dalam 1 saat frekuensi AC dan dilambangkan dengan huruf Latin f.

Untuk menentukan kekerapan arus ulang-alik, iaitu, untuk mengetahui berapa banyak tempoh perubahan arus yang dibuat dalam 1 saat, adalah perlu untuk membahagikan 1 saat dengan masa satu tempoh f = 1 / T. Mengetahui kekerapan daripada arus ulang alik, anda boleh menentukan tempoh: T = 1 / f

Kekerapan AC ia diukur dalam unit yang dipanggil hertz.

Jika kita mempunyai arus ulang-alik yang frekuensinya sama dengan 1 hertz, maka tempoh arus tersebut akan bersamaan dengan 1 saat. Sebaliknya, jika tempoh perubahan arus ialah 1 saat, maka frekuensi arus tersebut ialah 1 hertz.

Oleh itu, kami telah menentukan parameter AC—tempoh, amplitud dan kekerapan—yang membolehkan anda membezakan antara arus AC, EMF dan voltan yang berbeza serta memplot grafnya apabila perlu.

Apabila menentukan rintangan pelbagai litar kepada arus ulang alik, gunakan nilai tambahan lain yang mencirikan arus ulang alik, yang dipanggil frekuensi sudut atau sudut.

Kekerapan bulatan dilambangkan berkaitan dengan frekuensi f dengan nisbah 2 pif

Mari kita jelaskan pergantungan ini. Apabila memplot graf EMF pembolehubah, kami melihat bahawa satu putaran lengkap bingkai menghasilkan kitaran lengkap perubahan EMF. Dalam erti kata lain, untuk bingkai membuat satu revolusi, iaitu, berputar 360 °, ia mengambil masa yang sama dengan satu tempoh, iaitu, T saat. Kemudian, dalam 1 saat, bingkai membuat revolusi 360 ° / T. Oleh itu, 360 ° / T ialah sudut di mana bingkai berputar dalam 1 saat, dan menyatakan kelajuan putaran bingkai, yang biasanya dipanggil kelajuan sudut atau bulat.

Tetapi oleh kerana tempoh T berkaitan dengan frekuensi f dengan nisbah f = 1 / T, maka kelajuan bulat juga boleh dinyatakan sebagai frekuensi dan akan sama dengan 360 ° f.

Jadi kami membuat kesimpulan bahawa 360 ° f. Walau bagaimanapun, untuk kemudahan menggunakan frekuensi bulat untuk sebarang pengiraan, sudut 360 ° yang sepadan dengan satu pusingan digantikan dengan ungkapan jejari bersamaan dengan 2pi radian, di mana pi = 3.14. Jadi kami akhirnya mendapat 2pif. Oleh itu, untuk menentukan frekuensi sudut arus ulang alik (EMF atau voltan), anda mesti mendarabkan kekerapan dalam hertz dengan nombor malar 6.28.