Tegelik vool. Voolu ja pinge efektiivsed väärtused

2. lehekülg

Voolu I praegust väärtust nimetatakse jõuks alalisvool, vabastades juhis sama palju soojust kui vahelduvvool.

Nagu jooniselt näha, omandavad pinge ja voolu väärtused igal ajahetkel erineva väärtuse. Seetõttu, et hinnata voolu ja pinge suurust vahelduvvoolu, kasutage voolu ja pinge praegust väärtust. Vahelduvvoolu efektiivse väärtuse määramiseks võrdsustatakse see alalisvooluga, mis eraldaks juhis sama palju soojust kui vahelduvvool.

Primaarmähises 300 pööret sisaldav trafo on ühendatud vahelduvvooluvõrku, mille efektiivne pinge on 220 V. Trafo sekundaarahel toidab koormust, mille aktiivtakistus on 50 oomi. Leidke pingelanguse korral sekundaarahela voolu efektiivne väärtus sekundaarmähis 165 pööret sisaldav trafo on 50 V.

Seega, kui asendada juure eraldamise operatsioon võrdlusega, on aeg, mille jooksul CLAY integreeritud signaal võrdub mõõdetud voolutugevuse ruudu integraaliga, võrdeline voolutugevuse efektiivse väärtusega. Enne seda oli K2 avatud aja t ja edastas impulsse GTI kella generaatorist SI loendurile. Keskvahemikus salvestatud TV / GIT impulsside arv on võrdeline voolu praeguse väärtusega. See number salvestatakse / 77 ja mõõtmistsükli lõpus kuvatakse DIG-l.

Nagu mehaaniliste vibratsioonide puhul, ei huvita meid ka elektrivibratsiooni puhul tavaliselt voolu, pinge ja muude suuruste väärtused igal ajahetkel. Tähtis Üldised omadused kõikumised, nagu amplituud, periood, sagedus, voolu ja pinge efektiivsed väärtused ning keskmine võimsus. See on voolu ja pinge efektiivsed väärtused, mis registreeritakse vahelduvvoolu ampermeetrite ja voltmeetritega.

Рх o jjFr t - n - DRY lampide puhul kasutatakse generaatorlambi lähedusse riputatud termomeetri meetodit ja märgitakse selle näit. Seejärel, katkestades generaatori võnkeahela ahela, annavad nad generaatori lambi võrgule positiivse potentsiaali, kuni termomeeter on sisse lülitatud. Viimasel juhul, võttes algväärtusteks väärtused 1a ja Ea, määrame Px seose Px1a Ea põhjal. Antenni võimsuse määrab f-le Px - / /, kus PY on võimsus eW, ra on antenni aktiivtakistus Q-s ja 1a on antenni voolu efektiivne väärtus A-s. , tänapäevaste rahvusvaheliste standardite järgi mõistetakse saatja võimsuse all tavaliselt antennis olevat võimsust, siis eelpool mainitud f-la määrab samaaegselt saatja võimsuse.

Soojusmõõturitel on kõige laiem praktiline. Soojusarvestite ülesanne on pikendada õhukest traati, kui seda kuumutatakse seda läbiva kõrgsagedusliku vahelduvvooluga. Mõju ise piirab selliste arvestite kasutuspiire vooludele mõnest mA kuni 1–3 A, olenevalt arvestis kasutatava õhukese traadi materjalist. Kasutatakse hõbeda sulameid plaatinaga, plaatina iriidiumiga jne. Kui sulamit kasutatakse traadi kujul, siis selle läbimõõt on sajandikmm. Teibiga on paksus 0 01 mm, laius 3 mm ja pikkus 25 - 30 mm. Keerme pikenemine kuumutatud vooluga on võrdeline voolu efektiivse väärtuse ruuduga. Spetsiaalse liigutatava süsteemiga sama juhtmega ühendatud noole liikumine meetri skaalal on tavaliselt võrdeline ruutjuurega. tegutsev jõud praegune. Seetõttu on soojusarvestite skaaladel jaotuste vahed ebaühtlased.

Sel juhul on voolu kõikumised harmoonilised (võnkegraafik on sinusoid) ja sunnitud, kuna võnkeparameetrid (sagedus, amplituud) määrab väline allikas - generaator. Mõned elektriseadmed (näiteks võnkeahel) on võimelised tekitama elektrivoolu vabu harmoonilisi võnkumisi. Raami vasakul harul - meist ja kuna sel juhul voolab vool läbi klemmi a vastupidises suunas, kui on näidatud joonisel fig. 12.1, selle polaarsus on miinus. Kuna ahela antud asendis on voolutugevus suurim väärtus, võib võnkumiste faas olla r / 2 või 3 / 2ir, olenevalt sellest, millise voolu suuna ahelas positiivseks võtame. Võrreldes valemit (12.1) ja antud sõltuvust, on lihtne näha, et 1m 10 A ja w 4tgrad / s. Lisaks määrame valemi (12.2) abil võnkesageduse (res. Joule-Lenzi seaduse (Q I2Rt) abil määrame voolutugevuse efektiivse väärtuse (res.

Vahelduvvoolu tugevust (pinget) saab iseloomustada amplituudi abil. Voolu amplituudi väärtust pole aga lihtne katseliselt mõõta. Mugav on seostada vahelduvvoolu tugevust mis tahes tegevusega, mille tekitab vool, mis ei sõltu selle suunast. Selline on näiteks voolu termiline efekt. Vahelduvvoolu mõõtva ampermeetri nõela pöörlemise põhjustab hõõgniidi pikenemine, mis voolu läbimisel kuumeneb.

praegune või tõhus vahelduvvoolu (pinge) väärtus on selline alalisvoolu väärtus, mille korral eraldub aktiivsele takistusele perioodi jooksul sama palju soojust kui vahelduvvoolu korral.

Seostagem voolu efektiivne väärtus selle amplituudi väärtusega. Selleks arvutame vahelduvvoolu toimel aktiivtakistusest vabaneva soojushulga võnkeperioodiga võrdse aja jooksul. Tuletame meelde, et Joule-Lenzi seaduse kohaselt vabaneb soojushulk vooluahela selles osas, mille takistus on püsiv praegune ajal , määratakse valemiga

. Vahelduvvoolu võib pidada konstantseks ainult väga lühikest aega

. Jagage võnkeperiood väga suure hulga väikeste ajavahemike jaoks

. Soojuse kogus

, vabastati vastupanu ajal

:

. Perioodi jooksul eralduva soojuse koguhulk leitakse eraldi väikeste ajaperioodide jooksul eraldunud soojuste summeerimisel ehk teisisõnu integreerides:

.

Voolu vooluring vooluringis muutub vastavalt sinusoidaalsele seadusele

,

.

Jättes välja integreerimisega seotud arvutused, kirjutame lõpptulemuse

.

Kui ahelat läbiks mingi alalisvool , siis aja jooksul, mis on võrdne , oleks soe

. Definitsiooni järgi alalisvool , millel on muutujaga sama termiline efekt, on võrdne vahelduvvoolu efektiivse väärtusega

. Leiame voolutugevuse efektiivse väärtuse, võrdsustades perioodi jooksul eralduva soojuse alalis- ja vahelduvvoolu korral

(4.28)

Ilmselt on täpselt sama seos seotud siinuselise vahelduvvooluga ahela pinge efektiivsete ja amplituudiväärtustega:

(4.29)

Näiteks standardne võrgupinge 220 V on efektiivne pinge. Valemi (4.29) järgi on lihtne arvutada, et pinge amplituudi väärtus on sel juhul 311 V.

4.4.5. Vahelduvvool

Olgu mõnes vahelduvvooluga vooluringi osas voolu ja pinge vaheline faasinihe võrdne , st. voolu ja pinge muutused vastavalt seadustele:

,

.

Seejärel vooluringi sektsioonis vabaneva võimsuse hetkeväärtus,

Võimsus muutub aja jooksul. Seetõttu saame rääkida ainult selle keskmisest väärtusest. Määrame keskmise võimsuse, mis vabaneb piisavalt pika aja jooksul (võnkeperioodist mitu korda suurem):

Kasutades tuntud trigonomeetrilist valemit

.

väärtust

keskmist pole vaja, kuna see ei sõltu ajast, seega:

.

Pika aja jooksul on koosinuse väärtusel aega mitu korda muutuda, võttes nii negatiivseid kui ka positiivseid väärtusi vahemikus (1) kuni 1. On selge, et koosinuse ajakeskväärtus on null

, sellepärast

(4.30)

Väljendades voolu ja pinge amplituudid nende efektiivsete väärtustena valemite (4.28) ja (4.29) abil saame

. (4.31)

Ahela vahelduvvooluga sektsioonis vabanev võimsus sõltub voolu ja pinge efektiivsetest väärtustest ning faasinihe voolu ja pinge vahel. Näiteks kui vooluringi sektsioon koosneb ainult aktiivtakistusest, siis

ja

. Kui ahela osa sisaldab ainult induktiivsust või ainult mahtuvust, siis

ja

.

Induktiivsusele ja mahtuvusele eraldatud võimsuse keskmist nullväärtust saab seletada järgmiselt. Induktiivsus ja mahtuvus laenavad generaatorilt energiat ja tagastavad selle siis tagasi. Kondensaator laetakse ja seejärel tühjeneb. Voolutugevus mähises suureneb, siis langeb tagasi nullini jne. Sel põhjusel, et generaatori keskmine energiakulu induktiiv- ja mahtuvustakistustel on null, neid nimetati reaktiivseteks. Aktiivsel takistusel erineb keskmine võimsus nullist. Ehk siis takistusega traat kui vool läbib seda, siis see soojeneb. Ja soojuse kujul vabanenud energiat ei tagastata enam generaatorisse.

Kui vooluringi sektsioon sisaldab mitut elementi, siis faasinihe võib olla erinev. Näiteks joonisel fig. 4.5, määratakse faasinihe voolu ja pinge vahel valemiga (4.27).

Näide 4.7. Generaatori siinusvooluga on ühendatud takistusega takisti . Mitu korda muutub generaatori keskmine tarbitav võimsus, kui takistiga on ühendatud induktiivse takistusega mähis

a) järjestikku, b) paralleelselt (joon. 4.10)? Ignoreeri mähise aktiivset takistust.

Lahendus. Kui generaatoriga on ühendatud ainult üks aktiivne takistus , energiatarve

(vt valem (4.30)).

Mõelge joonisel fig. 4.10, a. Näites 4.6 määrati generaatori voolu amplituudi väärtus:

. Joonisel fig. 4.11, kuid määrame faasinihke generaatori voolu ja pinge vahel

.

Selle tulemusena generaatori keskmine tarbitav võimsus

.

Vastus: induktiivahelaga järjestikku ühendamisel väheneb generaatori keskmine tarbitav võimsus 2 korda.

Mõelge joonisel fig. 4.10b. Näites 4.6 määrati generaatori voolu amplituudi väärtus

. Joonisel fig. 4.11, b määrame faasinihke generaatori voolu ja pinge vahel

.

Siis generaatori keskmine tarbitav võimsus

Vastus: kui induktiivsus on ühendatud paralleelselt, siis generaatori keskmine tarbitav võimsus ei muutu.

Nagu teada, on muutuja emf. induktsioon tekitab ahelas vahelduvvoolu. Kell kõrgeim väärtus emf vool on maksimaalne ja vastupidi. Seda nähtust nimetatakse faasi sobitamiseks. Kuigi vooluväärtused võivad varieeruda nullist kuni teatud maksimumväärtuseni, on olemas mõõteriistad, millega saab vahelduvvoolu tugevust mõõta.

Vahelduvvoolu karakteristikuks võivad olla tegevused, mis ei sõltu voolu suunast ja võivad olla samad, mis alalisvoolu puhul. Sellised toimingud hõlmavad termilist. Näiteks läbib etteantud takistusega juhti vahelduvvool. Teatud aja möödudes eraldub selles juhis teatud kogus soojust. Võimalik on valida selline alalisvoolu tugevuse väärtus, et samal juhil eralduks sama aja jooksul selle vooluga sama palju soojust kui vahelduvvooluga. Seda alalisvoolu väärtust nimetatakse vahelduvvoolu efektiivseks väärtuseks.

Praegu kasutatakse seda maailma tööstuspraktikas laialdaselt kolmefaasiline vahelduvvool, millel on ühefaasilise voolu ees palju eeliseid. Kolmefaasilist süsteemi nimetatakse süsteemiks, millel on kolm elektriahelat oma emf-muutujatega. samade amplituudide ja sagedusega, kuid faasis nihutatud üksteise suhtes 120 ° või 1/3 perioodist. Iga sellist vooluringi nimetatakse faas.

Kolmefaasilise süsteemi saamiseks peate võtma kolm identset ühefaasilist vahelduvvoolu generaatorit, ühendama nende rootorid üksteisega nii, et need ei muudaks pöörlemise ajal oma asendit. Nende generaatorite staatorimähiseid tuleb rootori pöörlemissuunas üksteise suhtes pöörata 120 °. Sellise süsteemi näide on näidatud joonisel fig. 3.4.b.

Ülaltoodud tingimuste kohaselt selgub, et teises generaatoris esineval emf-il ei ole aega emfiga võrreldes muutuda. esimene generaator, st see hilineb 120 ° võrra. emf ka kolmas generaator hilineb teise suhtes 120°.

See kolmefaasilise vahelduvvoolu saamise meetod on aga väga tülikas ja majanduslikult kahjumlik. Ülesande lihtsustamiseks peate ühendama kõik generaatorite staatorimähised ühes korpuses. Sellist generaatorit nimetatakse kolmefaasiliseks voolugeneraatoriks (joonis 3.4.a). Kui rootor hakkab pöörlema, on igas mähises

a) b)

Riis. 3.4. Kolmefaasilise vahelduvvoolusüsteemi näide

a) kolmefaasiline voolugeneraator; b) kolme generaatoriga;

emf muutmine induktsioon. Tulenevalt asjaolust, et mähised on ruumis nihutatud, nihkuvad ka neis olevate võnkumiste faasid üksteise suhtes 120 ° võrra.

Kolmefaasilise generaatori vooluahelaga ühendamiseks peab teil olema 6 juhtmest. Juhtmete arvu vähendamiseks tuleb generaatori ja vastuvõtjate mähised omavahel ühendada, moodustades kolmefaasilise süsteemi. Ühendusi on kaks: täht ja kolmnurk. Mõlema meetodi kasutamisel saate juhtmestikku säästa.

Täheühendus

Tavaliselt on kolmefaasiline voolugeneraator kujutatud 3 staatorimähisena, mis asuvad üksteise suhtes 120 ° nurga all. Mähiste algust tähistatakse tavaliselt tähtedega A, B, C, ja otsad X, Y, Z. Juhul, kui staatori mähiste otsad on ühendatud ühe ühise punktiga (generaatori nullpunkt), nimetatakse ühendusmeetodit "täheks". Sel juhul ühendatakse mähiste algusosadega juhtmed, mida nimetatakse lineaarseteks juhtmeteks (joonis 3.5 vasakul).

Vastuvõtjaid saab ühendada samal viisil (joonis 3.5., paremal). Sel juhul nimetatakse traati, mis ühendab generaatori ja vastuvõtjate nullpunkti, nulliks. Sellel kolmefaasilisel voolusüsteemil on kaks erinevad pinged: lineaar- ja nulljuhtmete vahel või samaväärselt mis tahes staatori mähise alguse ja lõpu vahel. Seda väärtust nimetatakse faasipingeks ( Ul). Kuna ahel on kolmefaasiline, on liini pinge sees v3 korda rohkem faasi, st: Ul = v3Uf.

Delta ühendus.

Joonis 3.6. Delta ühenduse näide

Selle ühendusviisi kasutamisel lõpp X generaatori esimene mähis on ühendatud algusega AT teine ​​tema mähis, lõpp Y teine ​​mähis - algusesse FROM kolmas mähis, ots Z kolmas mähis - algusesse AGA esimene mähis. Ühenduse näide on näidatud joonisel fig. 3.6. Selle faasimähiste ühendamise ja kolmefaasilise generaatori kolmejuhtmelise liiniga ühendamise meetodiga võrreldakse lineaarpinget selle väärtuses esimese faasiga: Üles = Ul

testi küsimused

1. Loetlege peamised vahelduvvoolu iseloomustavad parameetrid.

2. Esitage sageduse määratlus ja selle mõõtühik.

3. Määratlege amplituud ja selle mõõtühik.

4. Esitage perioodi definitsioon ja selle mõõtühikud.

5. Erinevus kõige lihtsama kolmefaasilise voolugeneraatori ja ühefaasilise voolugeneraatori vahel.

6. Mis on faas?

7. Mis on kolmefaasiline voolugeneraatori rootor?

8. Miks on kolmefaasilise voolugeneraatori staatorimähised faasinihked?

9. Kolmefaasilise sümmeetrilise süsteemi tunnus.

10. Kolmefaasiliste generaatorite ja trafode faasimähiste ühendamise põhimõte vastavalt "tähe" skeemile.

11. Kolmefaasiliste generaatorite ja trafode faasimähiste ühendamise põhimõte vastavalt "kolmnurga" skeemile.

3.2. Vahelduvvooluahelate takistuse tüübid

Vahelduvvooluahelates jagatakse takistused aktiivseteks ja reaktiivseteks.

AT aktiivne vastupanu , mis sisaldub vahelduvvooluahelas, muundatakse elektrienergia soojuseks. aktiivne vastupanu R on näiteks juhtmed elektriliinid, elektrimasinate mähised jne.

AT reaktsioonid allika toodetud elektrienergiat ei tarbita. Kui vahelduvvooluahelas on reaktiiv, toimub selle ja elektrienergia allika vahel ainult energiavahetus. Reaktiivtaksus tekib induktiivsuste ja mahtuvustega.

Kui me ei võta arvesse üksikute elementide vastastikust mõju elektriahel, siis üldiselt saab siinusvoolu elektriahelat kujutada kolme passiivse elemendiga: aktiivtakistus R, induktiivsus L ja mahtuvus C.

Aktiivne takistus vahelduvvooluahelas.

Kui vahelduvvooluahelasse on ühendatud aktiivtakistus, langevad vool ja pinge faasis kokku (joonis 3.7) ja muutuvad sama siinuse seaduse järgi: u=U m sinωt. Need saavutavad samaaegselt oma maksimumväärtused ja läbivad samaaegselt nulli (joonis 3.7.b).

Vahelduvvooluahela puhul, mis sisaldab ainult aktiivtakistust, on Ohmi seadusel sama kuju kui alalisvooluahelal: I=U/R.

Elektrienergia R aktiivse takistusega vooluringis igal ajal on võrdne hetkevoolu väärtuste korrutisega i ja stress u: p=ui.

Joonis 3.7. Aktiivtakistuse R (a) vahelduvvooluahelasse kaasamise skeem, voolukõverad i, Pinge u ja võim lk(b) ja vektordiagramm.

Graafikult on näha, et võimsuse muutus toimub voolu ja pinge muutuse suhtes topeltsagedusel, s.o. üks võimsuse muutumise periood vastab poolele voolu ja pinge muutumise perioodist. Kõik võimsuse väärtused on positiivsed, mis tähendab, et energia kantakse allikast tarbijale.

Keskmine võimsus Рcp, tarbib aktiivne vastupanu, P=UI=I 2 R- Seda see on aktiivne jõud.

Induktiivsuse all L mõistame elektriahela elementi (induktiivpool, mille kaod võib tähelepanuta jätta), mis on võimeline salvestama energiat oma magnetväljas, millel puudub aktiivtakistus ja mahtuvus FROM ( Joon.3.8).

Kui vahelduvvooluahelasse on kaasatud induktiivsus, indutseerib muutuv vool selles pidevalt emf-i. eneseinduktsioon e L = LΔi/Δt, kus ∆i/∆t on praeguse muutuse kiirus.

Kui nurk ωt võrdne voolu muutumise kiirusega 90° ja 270° ∆i/∆t=0, seega emf. e L=0.

Voolu muutuse kiirus on suurim, kui nurk ωt on 0°, 180° ja 360°. Nendel minutitel on emf. on suurima tähtsusega.

Võimsuskõver on sinusoid, mis muutub kahekordse voolu ja pinge muutuste sagedusega. Võimul on positiivsed ja negatiivsed väärtused, s.t. allika ja induktiivsuse vahel toimub pidev võnkuv energiavahetuse protsess.

Joonis 3.8. Induktiivsuse (a) vahelduvvooluahelasse kaasamise skeem, voolukõverad i, Pinge u, emf e L(b) ja vektorskeem (c)

emf iseinduktsioon vastavalt Lenzi reeglile on suunatud nii, et vältida voolu muutumist. Perioodi I kvartalis, kui vool suureneb, emf. on negatiivse väärtusega (suunatud voolu vastu).

Perioodi teises kvartalis, kui vool väheneb, emf. on positiivse väärtusega (suunalt ühtib vooluga).

Perioodi kolmandas kvartalis muudab vool oma suunda ja suureneb, nii et emf. on suunatud vastuvoolu ja on positiivse väärtusega.

Perioodi neljandas kvartalis vool väheneb ja emf. eneseinduktsioon kipub säilitama hetkepositsiooni ja sellel on negatiivne väärtus. Selle tulemusena jääb vool faasipingest maha 90 O nurga võrra.

Mähise või juhi takistus vahelduvvoolule, mis on põhjustatud emf. nimetatakse eneseinduktsiooniks induktiivne reaktiivsus X L[Ohm]. Induktiivne reaktants ei sõltu mähise materjalist ega juhi ristlõike pindalast.

Vahelduvvooluahelates on induktiivpoolid ühendatud järjestikku ja paralleelselt.

Kui mähised on järjestikku ühendatud, on samaväärne induktiivsus Le ja samaväärne induktiivne reaktiivsus X L e on võrdne:

Le \u003d L 1 + L 2 + ... X L e \u003d X L 1 + X L 2 + ...

Kui mähised on paralleelselt ühendatud:

1 / Le \u003d 1 / L 1 + 1 / L 2 + ... 1 / X L e \u003d 1 / X L 1 + 1 / X L 2 + ...

testi küsimused

1. Milliseid takistuse liike te teate vahelduvvooluahelates?

2. Mida tähendab aktiivne vastupanu?

3. Mis on reaktsioonivõime?

4. Millised vooluahela elemendid tekitavad reaktantsi?

5. Mis on aktiivvõimsus?

1. Defineeri induktiivsus.

2. Mis juhtub allika ja induktiivsuse vahelise energiavahetuse võnkeprotsessi perioodi esimeses kvartalis?

3. Mis juhtub allika ja induktiivsuse vahelise energiavahetuse võnkeprotsessi perioodi teises kvartalis?

4. Defineeri induktiivne reaktiivtakistus.

3.3. Kondensaatorid. Mahtuvus vahelduvvooluahelas

Kondensaator - seade, mis on võimeline salvestama elektrilaenguid.

Lihtsaim kondensaator koosneb kahest metallplaadist (elektroodist), mis on eraldatud dielektrikuga.

Iga kondensaatorit iseloomustab nimimahtuvus ja lubatud pinge. Kondensaatori pinge on märgitud korpusele ja seda ei tohi ületada. Kondensaatorid erinevad elektroodide kuju (lamedad), dielektriku tüübi ja mahtuvuse (konstantse ja muutuva) poolest.