Parameter asas arus ulang alik: tempoh, kekerapan, fasa, amplitud, ayunan harmonik

Arus ulang alik ialah arus elektrik yang arah dan kekuatannya berubah secara berkala. Oleh kerana biasanya kekuatan arus ulang alik berbeza mengikut undang-undang sinusoidal, arus ulang alik ialah turun naik sinusoidal dalam voltan dan arus.

Oleh itu, semua yang digunakan untuk ayunan elektrik sinusoidal boleh digunakan untuk arus ulang alik. Ayunan sinusoidal ialah ayunan di mana nilai ayunan berubah mengikut hukum sinus.Dalam artikel ini kita akan bercakap tentang parameter AC.

Perubahan dalam EMF dan perubahan arus beban linear yang disambungkan kepada sumber sedemikian akan mengikut hukum sinusoidal. Dalam kes ini, EMF berselang-seli, voltan dan arus berselang-seli boleh dicirikan oleh empat parameter utamanya:

• tempoh;

• kekerapan;

• amplitud;

• nilai berkesan.

Terdapat juga parameter tambahan:

• kekerapan sudut;

• fasa;

• nilai segera.

Seterusnya, kita akan melihat semua parameter ini secara berasingan dan bersama-sama.

Tempoh T.

Tempoh — masa yang diperlukan untuk sistem yang berayun melalui semua keadaan perantaraan dan kembali ke keadaan asalnya semula.

Tempoh T arus ulang alik ialah selang masa semasa arus atau voltan membuat satu kitaran lengkap perubahan.

Oleh kerana sumber arus ulang alik adalah penjana, tempoh itu berkaitan dengan kelajuan putaran pemutarnya, dan semakin tinggi kelajuan putaran penggulungan atau pemutar penjana, semakin pendek tempoh EMF berselang-seli yang dihasilkan dan, sewajarnya, arus ulang alik beban, ternyata.

Tempoh diukur dalam saat, milisaat, mikrosaat, nanosaat, bergantung pada situasi tertentu di mana arus ini dipertimbangkan. Rajah di atas menunjukkan bagaimana voltan U berubah dari semasa ke semasa sambil mempunyai tempoh ciri malar T.

Kekerapan f

Kekerapan f ialah timbal balik tempoh dan secara berangka sama dengan bilangan tempoh perubahan semasa atau EMF dalam 1 saat. Iaitu, f = 1 / T. Unit pengukuran frekuensi ialah hertz (Hz), dinamakan sempena ahli fizik Jerman Heinrich Hertz, yang memberi sumbangan besar kepada pembangunan elektrodinamik pada abad ke-19. Lebih pendek tempoh, lebih tinggi kekerapan EMF atau perubahan semasa.

Hari ini di Rusia, kekerapan standard arus ulang-alik dalam rangkaian elektrik ialah 50 Hz, iaitu, 50 turun naik voltan rangkaian muncul dalam 1 saat.

Dalam bidang elektrodinamik yang lain, frekuensi yang lebih tinggi digunakan, contohnya 20 kHz dan lebih banyak dalam penyongsang moden, dan sehingga beberapa MHz dalam kawasan elektrodinamik yang lebih sempit. Dalam rajah di atas anda boleh melihat bahawa terdapat 50 ayunan lengkap dalam satu saat, setiap satu berlangsung 0.02 saat dan 1 / 0.02 = 50.

Daripada graf perubahan arus ulang alik sinusoidal dari semasa ke semasa, dapat dilihat bahawa arus frekuensi yang berbeza mengandungi bilangan tempoh yang berbeza dalam selang masa yang sama.

Kekerapan sudut

Kekerapan sudut — bilangan ayunan yang dibuat dalam 2pi saat.

Dalam satu tempoh, fasa EMF sinusoidal atau arus sinusoidal berubah sebanyak 2pi radian atau 360 °, oleh itu frekuensi sudut arus sinusoidal berselang-seli adalah sama dengan:

Gunakan bilangan ayunan dalam 2pi saat. (bukan dalam 1 saat.) Ia adalah mudah kerana dalam formula menyatakan undang-undang perubahan voltan dan arus semasa ayunan harmonik, menyatakan rintangan induktif atau kapasitif arus ulang-alik, dan dalam banyak lagi. kes lain kekerapan ayunan n muncul bersama dengan pengganda 2pi.

fasa

Fasa — keadaan, peringkat proses berkala. Istilah fasa mempunyai makna yang lebih pasti dalam kes ayunan sinusoidal. Dalam amalan, biasanya bukan fasa itu sendiri yang memainkan peranan, tetapi peralihan fasa antara mana-mana dua proses berkala.

Dalam kes ini, istilah «fasa» difahami sebagai peringkat perkembangan proses, dan dalam kes ini, berhubung dengan arus ulang-alik dan voltan sinusoidal, fasa itu dipanggil keadaan arus ulang-alik pada masa tertentu dalam masa.

Angka-angka menunjukkan: kebetulan voltan U1 dan arus I1 dalam fasa, voltan U1 dan U2 dalam antifasa, serta peralihan fasa antara arus I1 dan voltan U2. Anjakan fasa diukur dalam radian, bahagian tempoh, dalam darjah.

Lihat juga: Apakah fasa, sudut fasa dan anjakan fasa

Amplitud Um dan Im

Bercakap tentang magnitud arus ulang alik sinusoidal atau EMF ulang alik sinusoidal, nilai tertinggi EMF atau arus dipanggil nilai amplitud atau amplitud (maksimum).

Amplitud — nilai terbesar bagi kuantiti yang melakukan ayunan harmonik (contohnya, nilai maksimum kekuatan semasa dalam arus ulang-alik, sisihan bandul berayun dari kedudukan keseimbangan), sisihan terbesar kuantiti berayun daripada nilai tertentu, secara bersyarat diterima sebagai sifar awal.

Tegasnya, istilah amplitud hanya merujuk kepada ayunan sinusoidal, tetapi ia biasanya (tidak betul) digunakan dalam pengertian di atas untuk semua ayunan.

Jika kita bercakap tentang alternator, maka EMF terminalnya dua kali setiap tempoh mencapai nilai amplitud, yang pertama ialah + Em, yang kedua ialah Em, masing-masing, semasa separuh kitaran positif dan negatif. Arus I berkelakuan serupa dan dilambangkan oleh Im dengan sewajarnya.

Getaran harmonik — ayunan di mana kuantiti berayun, seperti voltan dalam litar elektrik, berubah mengikut masa mengikut hukum sinusoidal harmonik atau kosinus. Diwakili secara grafik oleh lengkung sinusoidal.

Proses sebenar hanya boleh menghampiri ayunan harmonik. Walau bagaimanapun, jika ayunan mencerminkan ciri-ciri yang paling ciri proses, maka proses sedemikian dianggap harmonik, yang sangat memudahkan penyelesaian banyak masalah fizikal dan teknikal.

Pergerakan yang hampir dengan ayunan harmonik berlaku dalam pelbagai sistem: mekanikal (ayunan bandul), akustik (ayunan lajur udara dalam paip organ), elektromagnet (ayunan dalam litar LC), dsb.Teori ayunan menganggap fenomena ini, berbeza dalam sifat fizikal, dari sudut pandangan bersatu dan menentukan sifat sepunya mereka.

Adalah mudah untuk mewakili ayunan harmonik secara grafik menggunakan vektor yang berputar pada halaju sudut malar mengenai paksi yang berserenjang dengan vektor ini dan melalui asalnya. Halaju sudut putaran vektor sepadan dengan kekerapan bulatan ayunan harmonik.

Gambar rajah vektor getaran harmonik

Proses berkala dalam sebarang bentuk boleh diuraikan kepada siri tak terhingga ayunan harmonik ringkas dengan frekuensi, amplitud dan fasa yang berbeza.

Harmoni — getaran harmonik yang frekuensinya adalah beberapa kali lebih besar daripada frekuensi beberapa getaran lain, dipanggil nada asas. Bilangan harmonik menunjukkan berapa kali kekerapannya lebih besar daripada kekerapan nada asas (contohnya, harmonik ketiga ialah getaran harmonik dengan frekuensi tiga kali lebih tinggi daripada frekuensi nada asas).

Mana-mana ayunan berkala tetapi tidak harmonik (iaitu, berbeza dalam bentuk daripada sinusoidal) boleh diwakili sebagai jumlah ayunan harmonik—nada asas dan beberapa harmonik. Lebih banyak ayunan yang dianggap berbeza dalam bentuk daripada sinusoidal, lebih banyak harmonik yang terkandung di dalamnya.

Nilai segera u dan i

Nilai EMF atau arus pada masa tertentu dipanggil nilai serta-merta, ia dilambangkan dengan huruf kecil u dan i. Tetapi oleh kerana nilai ini berubah sepanjang masa, adalah menyusahkan untuk menganggarkan arus AC dan EMF daripadanya.

Nilai RMS I, E dan U

Keupayaan arus ulang alik untuk melakukan kerja yang berguna, seperti memutarkan pemutar motor secara mekanikal atau menghasilkan haba pada peranti pemanasan, dianggarkan dengan mudah oleh nilai berkesan emf dan arus.

Jadi, nilai semasa yang berkesan dipanggil nilai arus terus sedemikian yang, apabila melalui konduktor semasa satu tempoh arus ulang alik yang sedang dipertimbangkan, menghasilkan kerja mekanikal yang sama atau jumlah haba yang sama seperti arus ulang alik ini.

Nilai RMS voltan, emf dan arus ditunjukkan dengan huruf besar I, E dan U. Untuk arus ulang alik sinusoidal dan untuk voltan ulang alik sinusoidal, nilai berkesan ialah:

Untuk menerangkan rangkaian elektrik, adalah mudah untuk menggunakan nilai berkesan arus dan voltan. Sebagai contoh, nilai 220-240 volt ialah nilai efektif voltan dalam soket isi rumah moden, dan amplitudnya jauh lebih tinggi - dari 311 hingga 339 volt.

Begitu juga dengan arus, sebagai contoh apabila mereka mengatakan bahawa arus 8 ampere mengalir melalui peranti pemanasan domestik, ia bermakna nilai berkesan, manakala amplitud ialah 11.3 ampere.

Dalam satu cara atau yang lain, kerja mekanikal dan tenaga elektrik dalam pemasangan elektrik adalah berkadar dengan nilai berkesan voltan dan arus. Sebahagian besar peranti pengukur menunjukkan dengan tepat nilai berkesan voltan dan arus.