Heren, we hebben de belangrijkste punten met betrekking tot gelijkstroom besproken. Nu is het tijd om te praten over wisselstroom. Dit onderwerp is iets complexer dan DC, en tegelijkertijd veel interessanter. Vandaag zullen we kort ingaan op de kwesties die verband houden met wisselstroom: wat het is, hoe het eruit ziet, waardoor het wordt gekenmerkt en dat soort dingen.

Om te beginnen zullen we, na een beroep te hebben gedaan op onze geliefde Captain Obviousness om ons allemaal te helpen, een definitie introduceren. Zoals hij ons vertelt, is een wisselstroom een ​​stroom die in de loop van de tijd verandert. Het kan in grootte, richting of beide tegelijk veranderen. Toen we gelijkstroom beschouwden, gingen we ervan uit dat de waarde ervan constant is gedurende de hele tijd: als er nu 10 Ampère stroomt, dan stroomde een half uur geleden 10 Ampère en een uur zal 10 Ampère stromen. Als de sterkte van de stroom verandert (nu 10 Ampère in de ene richting, en na een tijdje 5 Ampère in de andere richting), dan hebben we al te maken met een wisselstroom. Dat wil zeggen, wisselstroom kan worden beschouwd als een bepaalde afhankelijkheid (functie) van stroom op tijd:L (t). Op elk moment t inst is er een bepaalde waarde I inst = I (t inst).

Wisselstroom is onlosmakelijk verbonden met wisselspanning. En als ze bij constante stroom eenvoudig waren verbonden door de wet van Ohm, dan is hier, in het algemeen, alles een beetje ingewikkelder. Hoe precies is moeilijker - we zullen het ontdekken in de loop van nieuwe artikelen. Nee, nee, maak je geen zorgen, als het gaat om gewone weerstanden, wordt nog steeds aan de wet van Ohm voldaan. Voor de zekerheid gebruiken we in dit artikel de term "wisselstroom", maar alles wat hier gezegd wordt geldt ook voor wisselspanning: we veranderen gewoon I (t) in U (t) en alles blijft correct.

Wisselstroom kan zijn: periodiek en niet-periodiek... Periodiek is er een die na een tijdje wordt genoemd punt uit, herhaalt zijn vorm volledig. Het zal duidelijk te zien zijn op de onderstaande foto's. De niet-periodieke, respectievelijk, worsten zoals het wil en we kunnen er geen periode in onderscheiden, althans tijdens de observatieperiode.

Figuur 1-4 toont de verschillende soorten variabele signalen. Een aantal van hen zullen we later nader leren kennen.

Figuur 1 - Sinusvormige stroom

Figuur 2 - Rechthoekige stroom

Figuur 3 - Driehoekige stroom

Afbeelding 4 - Ruis

In al deze afbeeldingen hebben we op de X-as tijd, en op de Y-as - de hoeveelheid stroom in Ampère.

Figuur 2 toont een stroom, waarvan de vorm wordt genoemd sinus... Deze vorm van stroom is een van de belangrijkste en we zullen er in de toekomst uitgebreid op ingaan. En laten we het in dit artikel beginnen te bestuderen.

Figuur 3 toont: rechthoekige stroom... Het is ook erg belangrijk en we zullen er later ook in detail op ingaan.

Figuur 4 toont: driehoekige stroom... En deze vorm van stroom is niet ongewoon.

In figuur 5 heb ik de stroom weergegeven: chaotisch (lawaai)... Hij heeft constant te maken met radiotechniek. Ik ben niet van plan om er in de nabije toekomst op in te gaan, maar na verloop van tijd is het heel goed mogelijk.

Dit is slechts een deel van de mogelijke vormen van stromen, die elk als variabel kunnen worden beschouwd. Natuurlijk zijn er andere vormen, het belangrijkste is dat deze stroom in de loop van de tijd verandert.

We beginnen onze kennismaking met wisselstroom met sinusvormig huidig. In het algemeen kan de variatiewet van deze stroom worden beschreven met zo'n sluwe uitdrukking

Laten we uitzoeken wat wat is. Kijk hiervoor op Figuur 5. Alles is daar duidelijk getekend.

Figuur 5 - Sinusvormige stroom

Ben genaamd amplitude huidig. Het laat zien welke maximale waarde de sinusvormige stroom heeft, namelijk de grootte van de "piek" die de sinus bereikt. Dit wordt mogelijk doordat: zuivere "wiskundige" sinus zonder enige factor Am bereikt eenheid op zijn hoogtepunt... Het is duidelijk dat als we ons getal A m met één vermenigvuldigen, we precies dit getal A m op het hoogtepunt krijgen. Het is duidelijk dat hoe meer Am, hoe hoger de stroom reikt.

Er is geen ω-waarde in figuur 5. Maar in figuur 5 is er een waarde van f en T. Wat is het?

T is punt uit huidig. Dit is de tijd in seconden waarin het signaal een volledige cyclus van veranderingen voltooit. Kijk eens naar figuur 5. Bij punt A kruist de stroom de tijdas, begint te groeien, gaat omhoog naar punt B, waar hij stopt met groeien en begint af te nemen, kruist opnieuw de tijdas bij punt C, gaat naar de negatieve halfvlak naar punt D, daar stopt het met groeien en begint het af te nemen en wordt gelijk aan nul in punt E. Het is te zien dat, beginnend bij punt E, de aard van de huidige verandering precies hetzelfde zal zijn alsof het begon vanaf punt E punt A. Daarom is de tijd waarin de stroom verandert van punt A naar punt E de periode T ...

Frequentief is het omgekeerde van de periode:

Het laat zien hoeveel perioden (volgens figuur 5 - veranderingen van punt A naar punt E) in één seconde passen. Dienovereenkomstig, hoe hoger de frequentie, hoe lager de pyriode en vice versa.

De frequentie verandert in hertz. Als de frequentie 1 Hz is, betekent dit dat de tijd van de stroomverandering van punt A naar punt E 1 seconde is. Als de frequentie bijvoorbeeld 50 Hz is (zoals in onze stopcontacten bij u), betekent dit dat er in 1 seconde 50 volledige cycli van stroomverandering van punt A naar punt E kunnen optreden.Als de frequentie 2,4 GHz is (zoals in sommige processors, en bovendien werkt onze geliefde wifi op deze frequentie), wat betekent dat het signaal in 1 seconde maar liefst 2,4 miljard iteraties van punt A naar punt E ondergaat!

Met de periode T (en dus met de frequentie f) is een andere grootheid nauw verwant - precies dezelfde ω die in onze formule onder de sinus staat. Het heet circulaire frequentie en het is als volgt aangesloten:

Heren, ik hoop dat u zich van de wiskundecursus herinnert dat de sinus zelf een periodieke functie is en dat de periode van de sinus slechts 2 · π radialen is. Of 360°, dat is hetzelfde, maar ik reken meestal liever in radialen. Dat wil zeggen, voor een eenvoudige klassieke wiskundige sinus, de afstand van punt A tot punt E is 2 · π = 6,28 radialen. Hoe kunnen deze radialen gecorreleerd worden met de tijd en met onze periode? In onze huidige grafiek hebben we inderdaad tijd op de X-as, geen radialen. Erg makkelijk. We nemen aan dat onze periode T overeenkomt met 2 · π radialen Om te berekenen met hoeveel radialen een willekeurige tijd t 1 overeenkomt, moet de volgende transformatie worden uitgevoerd:. Ik weet dat het verwarrend klinkt, dus laten we een voorbeeld nemen. Laten we de stroom tegen de tijd opschrijven voor een periode van T = 4 seconden. Hoe zou de getransformeerde sinusformule eruit zien voor dit geval? Iets zoals dit

We geven dit weer in figuur 6.

Figuur 6 - Sinusvormige stroom met een periode van 4 seconden

Zie je, alles is eerlijk, de grafiek laat duidelijk zien dat de sinusperiode, zoals we wilden, vier seconden is.

Dus we hebben de amplitude berekend, ook met de cirkelvormige frequentie. Het laatste wat over is - φ 0 - beginfase. Wat is het? Het is eenvoudig, heren. De fase hier is slechts een verschuiving van de huidige grafiek langs de tijdas... Dat wil zeggen, de huidige grafiek begint niet bij nul, maar bij een andere waarde. Inderdaad, als we tijd gelijk aan nul in onze formule vervangen door de afhankelijkheid van de stroom op tijd, dan krijgen we

Uit deze uitdrukking blijkt ook duidelijk dat de fase wordt gemeten in graden of radialen: alleen graden of radialen hebben het recht om onder de sinus te staan.

Laten we onze huidige grafiek nemen met een periode van T = 4 seconden en aannemen dat de beginfase 30 ° is of, wat hetzelfde is, 0,52 radin. Wij hebben

Laten we voor dit geval een grafiek maken in figuur 7.

Figuur 7 - Sinusvormige stroom met een periode van 4 seconden en een beginfase van 30 °

Een oplettende lezer, die de grafiek in figuur 7 nader bekijkt, zal zeggen: dus de fase is over het algemeen een soort van glibberig ding. Nou, het hangt ervan af waar zullen we nul zetten?, dat wil zeggen, wanneer we het signaal beginnen te observeren. En over het algemeen kan het bijna iedereen zijn. Heren, de opmerking is absoluut waar! Op zichzelf is de fase als zodanig zelden interessant. Veel interessanter faseverschil tussen meerdere signalen. Kijk eens naar figuur 9. Het toont twee grafieken: de ene groene heeft een beginfase van φ 0_green = 90 °, en de andere blauwe heeft een fase van φ 0_syn = 90 °. Faseverschil tussen hen

Afbeelding 8 - Twee signalen, in fase verschoven

En let op, heren, dit het faseverschil is hetzelfde en altijd voor elk punt deze grafieken... Zonder verwijzing naar nul en naar het begin. Dit is nu veel interessanter en kan op veel plaatsen nuttig zijn.

Over het algemeen is de fase zo'n ding dat er op de een of andere manier traditioneel niet veel aandacht aan wordt besteed, terwijl het in feite een zeer belangrijke waarde is. Fasemodulatie, driefasige circuits, phased array-antennes, phase-locked loop-systemen, coherente signaalverwerking - dit zijn slechts een klein deel van systemen waar de signaalfase een van de belangrijkste factoren is. Probeer daarom, heren, vrienden met haar te maken.

Laten we eindigen met Shoonya, heren. Vandaag was een inleidend artikel in de wereld van wisselstroom. Verder zullen we het in meer detail begrijpen. Sterkte voor jullie allemaal, en tot ziens!

Kom bij onze

ALTERNATIEVE ELEKTRISCHE STROOM

Wisselstroom Is een elektrische stroom die in de loop van de tijd verandert. Wisselstroom omvat verschillende soorten pulserende, pulserende periodieke en quasi-periodieke stromen. In de techniek wordt onder wisselstroom doorgaans verstaan ​​periodieke stromen in wisselrichting. Meestal wordt een wisselstroom gebruikt, waarvan de sterkte in de loop van de tijd verandert volgens een harmonische wet ( harmonische, of sinusvormig wisselstroom).

Beschouw de processen die plaatsvinden in circuits waardoor een harmonische wisselstroom vloeit. Laten we aannemen dat de huidige stroommodus is vastgesteld, d.w.z. natuurlijke oscillaties in het circuit worden gedempt en de fysieke processen in het circuit zijn geforceerde oscillaties. Dergelijke veronderstellingen maken het mogelijk om de wiskundige problemen die gepaard gaan met het oplossen van differentiaalvergelijkingen te vermijden en de analyse van de processen die plaatsvinden in wisselstroomcircuits aanzienlijk te vereenvoudigen.

Overweeg speciale gevallen wanneer de wisselspanning u(t) = u 0 cosw t geleverd of op weerstand R, of op een container C, of tot inductie L.

Weerstand R

Als actieve weerstand als een belasting werkt R, dan wordt de stroom in het circuit bepaald door de verhouding:

Capaciteit MET

Als het circuit alleen uit capaciteit bestaat: C, dan wordt de verandering in stroom met de tijd bepaald door de snelheid van verandering in de lading van de condensator l= d Q/ NS t... Omdat Q = C· u(t), dan

,

(15)

waar l 0 = w C· u 0.

Dat wil zeggen, de stroom in een circuit dat alleen uit een capaciteit bestaat, verandert in de loop van de tijd, net als de spanning, op een sinusvormige manier, maar vóór de spanning door. De tijdsafhankelijkheid van spanning en stroom in zo'n circuit wordt getoond in Fig. 15.

Bovendien is te zien dat als we het concept introduceren: capacitieve weerstand:, dan de amplitudewaarden van de spanning u 0 en huidige l 0 gekoppeld De wet van Ohm

.

(16)

De faseverschuiving kan als volgt worden verklaard. Neem een ​​opgeladen condensator die begint te ontladen. Dit betekent dat de spanning begint af te nemen en de stroom in absolute waarde toeneemt. Wanneer de spanning over de condensatorplaten nul is, zal de stroom zijn maximum bereiken. Verder verandert het spanningsteken, wat overeenkomt met het opladen van de condensator. Daarna begint de spanning in absolute waarde te stijgen en neemt de stroom af. De beschreven processen illustreren het optreden van een faseverschuiving tussen spanning en stroom aan.

Inductie L

Laat door de spoel (solenoïde), gekenmerkt door constante zelfinductie(of inductie) L, wisselstroom vloeit l(t) = l 0 cosw t.

Door de wet van elektromagnetische inductie (Faraday - Lenz) in elke gesloten lus, wanneer de magnetische flux verandert door het oppervlak (gebied) dat wordt begrensd door deze lus, is er EMF-inductie E evenredig met de veranderingssnelheid van magnetische flux

,

waar Φ - magnetische flux, k- coëfficiënt (in SI k= 1). Het minteken betekent dat de richting van de inductiestroom zodanig is dat het magnetische veld dat het creëert een verandering in de primaire magnetische flux voorkomt.

Een bijzonder geval van de manifestatie van dit effect is het optreden van zelfinductie voor eventuele veranderingen in de stroom in het circuit. In het eenvoudigste geval (bij afwezigheid van ferromagneten) Φ = L· l, waar L- de inductantie van de geleider, afhankelijk van de grootte, vorm en eigenschappen van het medium. Veranderingen in de stroom veroorzaken veranderingen in de magnetische flux die erdoor wordt gecreëerd, wat op zijn beurt leidt tot het uiterlijk EMF van zelfinductie E gelijk aan

Volgens (14), (16) en (19) is de wet van Ohm geldig voor de amplitudewaarden van spanning en stroom.

De wet van Ohm voor momentane waarden van wisselstroom kan alleen worden gebruikt in het geval van actieve weerstand R.

De grootte van een wisselstroom kan worden gekenmerkt door de amplitudewaarden van een stroom of spanning. Het is raadzaam om dit te doen, bijvoorbeeld, bij het selecteren van de isolatie van elektrische onderdelen, aangezien "storingen" precies optreden op het moment dat de wisselspanning zijn maximale waarden bereikt.

In de praktijk introduceren ze meestal het concept effectief (werkend) waarden van de grootheden van de stroom l eff en spanning u eff, zodat de formule voor het opgenomen (gegeven aan weerstand) vermogen dezelfde vorm heeft als voor DC-circuits:

Het is gemakkelijk om dat te laten zien effectieve waarde van wisselstroom l eff is gelijk aan deze constante stroomwaarde l die toewijst op

weerstand R tegelijkertijd t dezelfde hoeveelheid warmte Q als de gegeven wisselstroom.

In AC-spanningsnotatie u en huidige sterkte l, onder u en l meestal begrijpen effectief stroom- en spanningswaarden. De spanning van de wisselstroom "220V" is precies de effectieve spanning, en het zijn de effectieve waarden van stroom en spanning die worden gemeten door ampèremeters en voltmeters.

CONCEPT VAN VECTORDIAGRAMMEN

Echte elektrische circuits vertegenwoordigen elke combinatie van de eenvoudigste elementen. R, C en L.

Om de relatie tussen stroom en spanning te bepalen in een circuit dat meerdere verschillende elementen bevat, is het noodzakelijk om harmonische oscillaties van dezelfde frequentie toe te voegen, maar met verschillende amplitudes en fasen... Het kan moeilijk zijn om zo'n probleem analytisch op te lossen, maar er is een grafische methode die het mogelijk maakt om dit vrij eenvoudig en duidelijk te doen. vector diagram methode:.

Deze methode is gebaseerd op het feit dat de waarde varieert volgens de harmonische wet, bijvoorbeeld, een(t) = EEN 0 zonde (w t + j) (of een(t) = EEN 0 cos (w t + J)) , kan worden weergegeven als een projectie op de ordinaat (of abscis) as van de straalvector die tegen de klok in roteert met hoeksnelheid w (Fig. 16) - een 1 = EEN 0 zonde t 1 , een 2 = EEN 0 zonde t 2 .

De lengte van zo'n vector moet gelijk zijn aan de amplitude van de oscillaties, d.w.z. in dit geval is gelijk aan EEN 0 1. Zijn beginpositie bij t= 0 moet een hoek j maken met de X-as (j is de beginfase van oscillaties). Een verzameling van verschillende vectoren die harmonisch variërende hoeveelheden van dezelfde frequentie weergeven, wordt genoemd vectordiagram.

De onderlinge oriëntatie van de vectoren blijft op elk moment behouden als de toegevoegde oscillaties dezelfde frequentie hebben, daarom volstaat het om vectordiagrammen van stromen en spanningen te construeren om hun fasehoeken op dit moment aan te geven t = 0.

Bij het construeren van vectordiagrammen wordt een wiskundige stelling gebruikt, volgens welke: de projectie van de geometrische som van vectoren op een as is gelijk aan de algebraïsche som van hun projecties op dezelfde as... Daarom is de taak om uitdrukkingen toe te voegen zoals u(t) = u 0 zonde (w t+ j) wordt gereduceerd tot een eenvoudig grafisch probleem van het optellen van vectoren (Fig. 17 - jij 1 = u 10 sinφ 1, jij 2 = u 20 sinφ 2, jij = jij 1 + jij 2 = u 0 sinφ).

Seriële verbinding van elementen

Overweeg een serieschakeling van capaciteit, inductantie en actieve weerstand, waarop een wisselspanning wordt toegepast u(t) = u 0 cosw t(afb. 18).

In het geval van een serieschakeling op elk moment in de tijd, is de stroomsterkte in alle secties van de schakeling hetzelfde en is de som van de momentane spanningsdalingen over de elementen gelijk aan de waarde van de spanning die op de schakeling op de hetzelfde moment in de tijd:

U R in fase is met de stroom, wat betekent dat de vector u 0R op dezelfde manier gericht als de vector l 0 , U C blijft met p / 2 achter op de stroom, wat betekent dat u 0C ingezet p / 2 "achteruit" ten opzichte van u 0R, een u 0L, respectievelijk "vooruit" (Fig. 19, een). Aangezien deze vectoren met dezelfde frequentie w tegen de klok in draaien, verandert hun relatieve positie ten opzichte van elkaar niet, en vind je de totale spanning u 0 is altijd mogelijk (afb. 19, B).

Van afb. 19, B het is duidelijk dat

De magnitude genaamd circuitimpedantie: of impedantie, en formule (26) - gegeneraliseerde wet van Ohm... Naar analogie met de driehoek gevormd door de amplitudewaarden van spanningsdalingen, kunt u een driehoek van weerstanden bouwen (Fig. 20). Grafisch zal de totale weerstand de hypotenusa van een rechthoekige driehoek vertegenwoordigen. Een been van zo'n driehoek is R- hij is gebeld actieve weerstand... Het andere been is (w L-), dit onderdeel van de impedantie heet reactantie en meestal duiden x:

onder de voorwaarde w L= de totale weerstand van het circuit is minimaal en is gelijk aan de actieve weerstand R 0. Formule (26) laat zien dat de grootte van de wisselstroom in het circuit sterk afhangt van de frequentie. Bij frequentie w = nemen de amplitudewaarden van de stroom maximale waarden aan l 0max = u 0 /R... Dit fenomeen wordt spanningsresonantie genoemd en de frequentie w = wordt genoemd resonantiefrequentie van een elektrisch circuit... De grootte van de stroom bij resonantie is hoe groter, hoe lager de actieve weerstand van het circuit.

Parallelle verbinding van elementen

Overweeg een wisselstroomcircuit met elementen die parallel zijn geschakeld R, L en C(afb. 21).

laten zijn u(t) = u 0 cosw t... De spanning over alle elementen van het circuit is hetzelfde en gelijk u(t). Onmiddellijke waarde van de stroom in het onvertakte deel van het circuit l(t) is gelijk aan de som van de stromen in parallelle secties:

l(t) = ik R(t) + ik C(t) + ik L(t).

(29)

In dit geval is het handig om een ​​vectordiagram voor stromen te construeren.

Rekening houdend met het feit dat de stroom door de weerstand in fase is met de aangelegde spanning, is de stroom door het gedeelte met MET, leidt de spanning door, en door de sectie met L, achterloopt op de spanning door, kan het vectordiagram als volgt worden weergegeven (Fig. 22).

Het diagram laat zien dat:

Met behulp van het vectordiagram en de formule (31) is het gemakkelijk om uitdrukkingen te verkrijgen voor de amplitude van de stroom door het onvertakte deel van het circuit en voor de faseverschuiving tussen de aangelegde spanning en stroom

op voorwaarde dat w L=, de faseverschuiving tussen de stroom in het onvertakte deel van het circuit en de spanning is nul (j = 0). In dit geval zijn de stromen ik L en ik C zijn in tegenfase en zijn numeriek gelijk. Deze stromen kunnen de stroom in de geleidingsdraden overschrijden, wat bijzonder zorgvuldige naleving van veiligheidsregels vereist.... Deze situatie heet resonantiestromen... In dit geval is er een periodieke uitwisseling van energie tussen de elektrische en magnetische velden in de capaciteit en inductantie, en de stroombron compenseert alleen de energieverliezen voor het verwarmen van de weerstand R.

Resonantie van stromen in een circuit met parallelle aansluiting van elementen leidt ertoe dat de stroom in het externe circuit de laagste waarde heeft.

Als we de weerstand wegnemen R, dan is de stroom in de voedingsdraden nul, hoewel in een circuit bestaande uit L en C, kan de stroom erg groot zijn. Dit apparaat wordt gebruikt in resonantieversterkers, waarbij de oscillatiekring wordt afgestemd op de frequentie van het te versterken signaal.

AC-VERMOGEN

Herhaal dat stroom is een fysieke hoeveelheid die numeriek gelijk is aan arbeid per tijdseenheid. Basiswerk d EEN lading overdracht d Q op tijd klaar d t op het gedeelte van het circuit met een spanningsval u, wordt bepaald door de uitdrukking

NS EEN = u NS Q.

Dan het momentane vermogen:

AC ogenblikkelijk vermogen is ook een variabele hoeveelheid. Om de energetische eigenschappen van elektrische installaties te beoordelen, wordt de gemiddelde vermogenswaarde gebruikt.

voor het bepalen van gemiddeld vermogen P het is voldoende om het werk van de stroom voor één oscillatieperiode te berekenen t:

De integraal van de eerste term tussen vierkante haken is de gemiddelde waarde van de cosinus over de periode en verdwijnt daarom. Dus we hebben

.

(41)

De waarde P = l· u Cos wordt genoemd actieve kracht of gemiddeld vermogen, of gewoon wisselstroom... Het actieve vermogen van SI wordt gemeten in watt (1 W = 1 V ´ 1 A). Het apparaat dat is ontworpen om actief vermogen te registreren, wordt genoemd: wattmeter(voor meer details over het apparaat en het werkingsprincipe van de wattmeter, zie de paragraaf "Wattmeter" in het hoofdstuk "Elektrische meetapparatuur").

Naast actief vermogen, in de theorie van wisselstromen, compleet(schijnbaar) stroom S = l· u en reactief vermogen Q = l· u Sinj.

Om de betekenis van reactief vermogen te begrijpen, moet u rekening houden met de energieprocessen in een wisselstroomcircuit dat inductantie bevat L... In zo'n circuit is het stroomverbruik op elk moment niet beperkt tot warmteopwekking. In dat deel van de periode waarin de stroom stijgt, in de spoel L een magnetisch veld wordt opgewekt, dat de energie van de bron verbruikt. Wanneer de stroom begint af te nemen, keert de energie die is opgeslagen in het magnetische veld van de spoel terug naar de bron. De inductantie is dus ofwel een verbruiker of een generator van energie, en gemiddeld over een periode is het energieverbruik in de inductantie nul.

Soortgelijke oscillaties treden op in een wisselstroomcircuit met een capaciteit C... In dit geval wordt energie opgeslagen in het elektrische veld van de condensator. Reactief vermogen Q voert geen nuttig werk uit, maar heeft een aanzienlijk effect op de werking van elektrische circuits. Daarom wordt de berekening van draden en andere elementen van AC-circuits uitgevoerd op basis van het totale vermogen, waarbij rekening wordt gehouden met de actieve en reactieve componenten.

Het is duidelijk dat de actieve P, reactief Q en voltooi S machten hebben dezelfde dimensie. In de elektrotechniek is het echter, in tegenstelling tot eenheden van actief vermogen, voor het gemak gebruikelijk om het totale vermogen in . te meten volt-ampère(VA), en de maateenheid voor blindvermogen Q – volt-ampère reactief(VAR).

Hoe werkt de omvang? P, S en Q verwant?

Overweeg voor de duidelijkheid een vectorspanningsdiagram voor een serie AC-circuit met: R, L en C getoond in afb. 23.

De zijden van de vectorspanningsdriehoek delen door de stroomsterkte l, we krijgen weerstandsdriehoek A′0′B ′ (afb. 23, B), die niet langer vector zal zijn. De zijden van de spanningsdriehoek vermenigvuldigen met l, we krijgen capaciteitsdriehoek A ″ 0 ″ B ″, ook niet vector (fig. 23, v). Het is duidelijk dat deze drie driehoeken vergelijkbaar zijn. Als we de zijden van de vermogensdriehoek en de spanningsdriehoek vergelijken, concluderen we:

En, zoals blijkt uit driehoek A ″ 0 ″ B ″, is de volgende relatie waar:

waar R- actieve weerstand van het circuit, x- reactantie, X L= met L- inductieve weerstand, X C= - capacitieve weerstand, - de impedantie (impedantie) van het wisselstroomcircuit.

Als de inductieve Q L ik en capacitief Q C i componenten van blindvermogen en actieve P ik kracht van elk l de verbruiker, dan is het totale vermogen waarvoor de bron moet worden berekend

.

(50)

De waarde van cosj, die staat in de uitdrukking voor actief vermogen (zie formule (44)), laat zien hoeveel van het totale vermogen van het circuit valt op het aandeel actief vermogen, daarom wordt cosj genoemd krachtfactor.

Uit formule (50) blijkt dat de arbeidsfactor kan worden verhoogd door de tweede term onder de wortel te verkleinen. De meeste industriële verbruikers (transformatoren, elektromotoren) verbruiken inductief blindvermogen. Om dit blindvermogen te verminderen, wordt de capaciteit parallel geschakeld met de inductieve belasting.

Meer over de wenselijkheid van de introductie effectieve waarden van stroom en spanning zie het gedeelte Wisselstroom.

1 Bij het maken van een vectordiagram kunt u effectieve waarden gebruiken in plaats van amplitudewaarden (zie het vorige gedeelte).

Voor details, zie de sectie "Toepassingen. Constructie van vectordiagrammen ".

Wisselstroom is een soort stroom waarvan de stroomrichting voortdurend verandert. Het wordt mogelijk door de aanwezigheid van een potentiaalverschil dat de wet gehoorzaamt. In alledaagse termen lijkt de vorm van een wisselstroom op een sinusoïde. De constante kan in amplitude veranderen, de richting is hetzelfde. Anders krijgen we wisselstroom. De interpretatie van radiotechnici is het tegenovergestelde van de school. Studenten krijgen te horen - constante stroom van dezelfde amplitude.

Hoe wordt wisselstroom opgewekt?

Het begin van wisselstroom werd gelegd door Michael Faraday, lezers zullen hieronder in de tekst meer lezen. Afgebeeld: elektrische en magnetische velden zijn verbonden. De stroom wordt een gevolg van de interactie. Moderne generatoren werken door de grootte van de magnetische flux door het gebied dat wordt bedekt door de koperdraadlus te veranderen. Elke dirigent kan dat zijn. Koper wordt geselecteerd uit de criteria van maximale geschiktheid tegen minimale kosten.

Statische lading wordt voornamelijk gevormd door wrijving (niet de enige manier), wisselstroom ontstaat als gevolg van voor het oog niet waarneembare processen. De waarde is evenredig met de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het gebied dat door de contour wordt bestreken.

De geschiedenis van de ontdekking van wisselstroom

Voor het eerst werd aandacht besteed aan wisselstromen vanwege de commerciële waarde ervan nadat de uitvindingen van Nikola Tesla waren geboren. Het materiële conflict met Edison markeerde de sterke indruk van het lot van beiden. Toen de Amerikaanse zakenman zijn beloften aan Nikola Tesla terugnam, verloor hij veel winst. De uitstekende wetenschapper hield niet van de gratis behandeling, de Serviër vond een industriële AC-motor uit (hij maakte de uitvinding veel eerder). Bedrijven hebben genoten uitsluitend permanent. Edison promootte de gespecificeerde look.

Tesla toonde voor het eerst aan dat met wisselspanning veel grotere resultaten behaald kunnen worden. Zeker als energie over lange afstanden moet worden getransporteerd. Het gebruik van transformatoren kan de spanning gemakkelijk verhogen, waardoor het weerstandsverlies sterk wordt verminderd. De ontvangende kant zet de parameters terug naar hun oorspronkelijke waarden. Bespaar veel op draaddikte.

Vandaag blijkt: gelijkstroomtransmissie is economisch rendabeler. Tesla heeft de loop van de geschiedenis veranderd. Als een wetenschapper met DC/DC-converters was gekomen, zou de wereld er anders hebben uitgezien.

Het actieve gebruik van wisselstroom werd geïnitieerd door Nikola Tesla, die een tweefasenmotor creëerde. Experimenten met de overdracht van energie over lange afstanden hebben de feiten op hun plaats gezet: het is onhandig om de productie naar het Niagara Falls-gebied te verplaatsen, het is veel gemakkelijker om een ​​streep naar de bestemming te leggen.

Schoolversie van de interpretatie van wissel- en gelijkstroom

Wisselstroom vertoont een aantal eigenschappen die het fenomeen onderscheiden van gelijkstroom. Laten we eerst kijken naar de geschiedenis van de ontdekking van het fenomeen. Otto von Guericke wordt beschouwd als de voorouder van wisselstroom in het dagelijks leven van de mensheid. Hij was de eerste die het opmerkte: natuurlijke ladingen van twee tekens. De stroom kan in verschillende richtingen stromen. Wat Tesla betreft, was de ingenieur meer geïnteresseerd in het praktische deel, de lezingen van de auteur vermelden twee onderzoekers van Britse afkomst:

1. William Spottiswood is verstoken van de Russischtalige Wikipedia-pagina, het nationale deel zwijgt over werken met wisselstroom. Net als Georg Ohm, is een wetenschapper een getalenteerde wiskundige, het blijft te betreuren dat het moeilijk is om erachter te komen wat de echtgenoot van de wetenschap precies aan het doen was.
2. James Edward Henry Gordon staat veel dichter bij het praktische deel van de kwestie van het gebruik van elektriciteit. Hij experimenteerde veel met generatoren, ontwikkelde een apparaat naar eigen ontwerp met een vermogen van 350 kW. Hij besteedde veel aandacht aan verlichting, stroomvoorziening van fabrieken en fabrieken.

Er wordt aangenomen dat de eerste dynamo's werden gemaakt in de jaren '30 van de 19e eeuw. Michael Faraday deed experimenteel onderzoek naar magnetische velden. De experimenten wekten de jaloezie van Sir Humphrey Davy, die de student bekritiseerde wegens plagiaat. Het is voor de nazaten moeilijk om de juistheid te achterhalen, feit blijft: de wisselstroom bestaat al een halve eeuw onopgeëist. In de eerste helft van de 19e eeuw werd een elektromotor uitgevonden (door Michael Faraday). Werkte aangedreven door gelijkstroom.

Nikola Tesla vermoedde eerst dat hij Arago's theorie van een roterend magnetisch veld realiseerde. Er waren twee AC-fasen nodig (90 graden offset). Onderweg merkte Tesla op: complexere configuraties zijn mogelijk (patenttekst). Later probeerde de uitvinder van de driefasenmotor, Dolivo-Dobrovolsky, tevergeefs het geesteskind van een vruchtbare geest te patenteren.

Lange tijd bleef wisselstroom onbenut. Edison verzette zich tegen de introductie van het fenomeen in het dagelijks leven. De industrieel was bang voor grote financiële verliezen.

Nikola Tesla studeerde elektrische machines

Waarom wordt wisselstroom vaker gebruikt dan gelijkstroom?

Wetenschappers hebben onlangs bewezen dat het winstgevender is om gelijkstroom te transporteren. Verliezen aan lijnstraling worden verminderd. Nikola Tesla veranderde de loop van de ontwikkeling van de geschiedenis, de waarheid zegevierde.

Nikola Tesla: veiligheids- en efficiëntieproblemen

Nikola Tesla bezocht een concurrerend Edison-bedrijf dat een nieuw fenomeen promoot. Ik liet me meeslepen, experimenteerde vaak op mezelf. In tegenstelling tot Sir Humphrey Davy, die zijn leven verkortte door verschillende gassen in te ademen, boekte Tesla aanzienlijk succes: hij bereikte de mijlpaal van 86 jaar. De wetenschapper ontdekte dat het veranderen van de richting van de stroom met een snelheid van meer dan 700 keer per seconde het proces veilig maakt voor mensen.

Tijdens de lezingen nam Tesla een gloeilamp met een platina-gloeidraad met zijn handen, demonstreerde de gloed van het apparaat en liet hoogfrequente stromen door zijn eigen lichaam gaan. Hij voerde aan dat het fenomeen onschadelijk is, zelfs gunstig voor de gezondheid. De stroom die over het huidoppervlak stroomt, reinigt tegelijkertijd. Tesla zei dat de onderzoekers van vroeger (zie hierboven) verbazingwekkende verschijnselen misten om de aangegeven redenen:

• Onvolmaakte mechanische generatoren. Het draaiveld werd letterlijk gebruikt: met behulp van de motor werd de rotor rondgedraaid. Een soortgelijk principe is machteloos om hoogfrequente stromen te produceren. Vandaag de dag is het problematisch, ondanks het huidige niveau van technologische ontwikkeling.
• In het eenvoudigste geval werden handmatige brekers gebruikt. Over hoge frequenties valt niets te zeggen.

Tesla gebruikte zelf het fenomeen laden en ontladen van een condensator. We bedoelen RC-keten. Wanneer opgeladen tot een bepaald niveau, begint de condensator te ontladen door de weerstand. De parameters van de elementen bepalen de snelheid van het proces volgens de exponentiële wet. Tesla wordt de mogelijkheid ontnomen om methoden te gebruiken voor het besturen van circuits met halfgeleiderschakelaars. Thermionische diodes zijn bekend. Laten we het wagen te suggereren dat Tesla producten zou kunnen gebruiken door zenerdiodes te imiteren, die werken met een omkeerbare storing.

Veiligheidskwesties worden echter van de eervolle eerste plaats beroofd. De frequentie van 60 Hz (algemeen geaccepteerd door de VS) werd door Nikola Tesla voorgesteld als optimaal voor de werking van motoren van zijn eigen ontwerp. Heel anders dan het veilige bereik. Het is gemakkelijker om een ​​generator te bouwen. Wisselstroom presteert in beide opzichten beter dan gelijkstroom.

Door de lucht

Tot op de dag van vandaag zijn er mislukte geschillen over de ontdekker van de radio. De passage van een golf door de ether werd ontdekt door Hertz, die de bewegingswetten beschreef en een optische affiniteit vertoonde. Tegenwoordig is het bekend: het wisselveld doorgraaft de ruimte. Popov (1895) gebruikte het fenomeen bij het verzenden van de eerste aardse boodschap "Heinrich Hertz".

We zien dat experts bevriend met elkaar zijn. Hoeveel respect toont het eerste bericht. De datum blijft controversieel, elke staat wil het primaat onverdeeld toekennen. De wisselstroom creëert een veld dat zich voortplant door de ether.

Tegenwoordig zijn omroepbanden, ramen, muren van de atmosfeer, verschillende media (water, gassen) bekend. Frequentie speelt een belangrijke rol. Er is vastgesteld dat elk signaal kan worden weergegeven door de som van elementaire sinusoïdale oscillaties (volgens de stellingen van Fourier). Spectrale analyse werkt met de eenvoudigste harmonischen. Het totale effect wordt beschouwd als de resultante van de elementaire componenten. Een willekeurig signaal wordt ontleed door de Fourier-transformatie.

Sfeervensters worden op een vergelijkbare manier gedefinieerd. We zullen de frequenties door de dikte zien gaan, goed en slecht. Dat laatste blijkt niet altijd een negatief effect te zijn. Microgolven gebruiken 2,4 GHz-frequenties, die schokken worden geabsorbeerd door waterdamp. Golven zijn nutteloos voor communicatie, maar ze zijn goed voor culinaire vaardigheden!

Nieuwkomers maken zich zorgen over de voortplanting van de golf door de lucht. Laten we in meer detail het raadsel bespreken dat niet door wetenschappers is opgelost.

Hertz vibrator, ether, elektromagnetische golf

De relatie tussen elektrische en magnetische velden werd voor het eerst aangetoond in 1821 door Michael Faraday. Even later bleek: de condensator is geschikt om oscillaties op te wekken. Het kan niet gezegd worden dat het verband tussen de twee gebeurtenissen onmiddellijk werd gerealiseerd. Felix Savary ontlaadde de Leidse pot door een smoorspoel, waarvan de kern een stalen naald was.

Het is niet met zekerheid bekend wat de astronoom probeerde te bereiken, het resultaat was merkwaardig. Soms bleek de naald in de ene richting gemagnetiseerd te zijn, soms in de tegenovergestelde richting. Generatorstroom van hetzelfde teken. De wetenschapper concludeerde terecht: een gedempt oscillerend proces. Ik ken de inductieve, capacitieve reactantie niet echt.

De theorie van het proces werd later samengevat. De experimenten werden herhaald door Joseph Henry, William Thompson, die de resonantiefrequentie bepaalde: waar het proces een maximale periode duurde. Het fenomeen maakte het mogelijk om de afhankelijkheid van de kenmerken van het circuit van de samenstellende elementen (inductantie en capaciteit) kwantitatief te beschrijven. In 1861 leidde Maxwell de beroemde vergelijkingen af, één consequentie is vooral belangrijk: "Een wisselend elektrisch veld genereert een magnetisch veld en vice versa."

Er verschijnt een golf, de inductievectoren staan ​​onderling loodrecht. Herhaal ruimtelijk de vorm van het genererende proces. De golf surft door de ether. Het fenomeen werd gebruikt door Heinrich Hertz, die de condensatorplaten in de ruimte ontvouwde, de vliegtuigen werden emitters. Popov vermoedde om informatie in een elektromagnetische golf (moduleren) te stoppen, die tegenwoordig overal wordt gebruikt. Bovendien, on the air en inside halfgeleidertechnologie.

Waar wordt wisselstroom gebruikt?

Wisselstroom is de basis van het werkingsprincipe van de meeste apparaten die tegenwoordig bekend zijn. Het is gemakkelijker om te zeggen waar constante wordt toegepast, lezers zullen conclusies trekken:

1. In batterijen wordt gelijkstroom gebruikt. Variabele genereert beweging - kan niet worden opgeslagen door moderne apparaten. Vervolgens wordt in het apparaat elektriciteit omgezet in de gewenste vorm.
2. Het rendement van geborstelde gelijkstroommotoren is hoger. Om deze reden is het voordelig om deze rassen te gebruiken.
3. Magneten werken met gelijkstroom. Bijvoorbeeld intercoms.
4. De constante spanning wordt aangelegd door de elektronica. De verbruikte stroom varieert binnen bepaalde grenzen. In de industrie wordt het permanent genoemd.
5. Constante spanning wordt toegepast door CRT's om potentiaal te creëren en de kathode-emissie te verhogen. We zullen de gevallen analoog noemen aan voedingen voor halfgeleidertechnologie, hoewel het verschil soms aanzienlijk is.

In andere gevallen heeft wisselstroom een ​​belangrijk voordeel. Transformatoren zijn een integraal onderdeel van de technologie. Zelfs bij het lassen domineert gelijkstroom niet altijd, maar alle moderne apparatuur van dit type heeft een omvormer. Het is veel gemakkelijker en handiger om fatsoenlijke technische kenmerken te krijgen.

Hoewel historisch gezien, statische ladingen de eerste waren die werden verkregen. Laten we ons de wol en barnsteen herinneren waarmee Thales van Miletsky werkte.

Constante elektrische stroom is de beweging van geladen deeltjes in een bepaalde richting. Dat wil zeggen, de spanning of kracht (kenmerkende grootheden) hebben dezelfde betekenis en richting. Dit is hoe gelijkstroom verschilt van wisselstroom. Maar laten we alles in volgorde bekijken.

De geschiedenis van de opkomst en "oorlog van stromingen"

Gelijkstroom werd vroeger galvanisch genoemd omdat het werd ontdekt als gevolg van een galvanische reactie. probeerde het via elektrische transmissielijnen te verzenden. In die tijd waren er ernstige geschillen tussen wetenschappers over dit onderwerp. Ze kregen zelfs de naam "oorlog van stromingen". De kwestie van de keuze als de belangrijkste, variabele of constante werd beslist. Het "gevecht" werd gewonnen door een alternatieve vorm, omdat de permanente aanzienlijke verliezen lijdt en op afstand wordt uitgezonden. Maar het transformeren van de wisselstroom is niet moeilijk, zo verschilt gelijkstroom van wisselstroom. Daarom is deze laatste gemakkelijk te verzenden, zelfs over grote afstanden.

Bronnen van gelijkstroom

Batterijen of andere apparaten kunnen als bron dienen, waar het ontstaat door een chemische reactie.

Dit zijn generatoren, waar het als resultaat wordt verkregen en daarna wordt verholpen op kosten van de collector.

Sollicitatie

In verschillende apparaten wordt vrij vaak gelijkstroom gebruikt. Zo werken veel huishoudelijke apparaten, opladers en autogeneratoren ermee. Elk draagbaar apparaat wordt aangedreven door een bron die een permanent beeld produceert.

Het wordt commercieel gebruikt in motoren en batterijen. En in sommige landen zijn ze uitgerust met hoogspanningsleidingen.

In de geneeskunde worden gezondheidsprocedures uitgevoerd met behulp van gelijkstroom.

Op het spoor (voor vervoer) worden zowel variabele als vaste typen gebruikt.

Wisselstroom

Meestal wordt het echter gebruikt. Hier is de gemiddelde waarde van kracht en spanning voor een bepaalde periode gelijk aan nul. In grootte en richting verandert het voortdurend, en met gelijke tijdsintervallen.

Om wisselstroom op te wekken worden generatoren gebruikt waarin dit bij elektromagnetische inductie gebeurt. Dit gebeurt met behulp van een in een cilinder draaiende magneet (rotor) en een stator in de vorm van een vaste kern met een wikkeling.

Wisselstroom wordt gebruikt in radio, televisie, telefonie en vele andere systemen vanwege het feit dat de spanning en het vermogen kunnen worden omgezet zonder energie te verliezen.

Het wordt veel gebruikt in de industrie, maar ook voor verlichtingsdoeleinden.

Het kan eenfasig en meerfasig zijn.

Wat verandert volgens de sinusoïdale wet, is eenfasig. Het verandert over een bepaalde tijdsperiode (periode) in grootte en richting. De AC-frequentie is het aantal cycli per seconde.

In het tweede geval is de driefasige variant de meest voorkomende. Dit is een systeem van drie elektrische circuits met dezelfde frequentie en EMF, 120 graden uit fase. Het wordt gebruikt om elektrische motoren, ovens, verlichtingsarmaturen aan te drijven.

De mensheid heeft veel ontwikkelingen op het gebied van elektriciteit en hun praktische toepassing, evenals de impact op hoogfrequente wisselstroom, te danken aan de grote wetenschapper Nikola Tesla. Tot nu toe zijn niet al zijn werken, overgelaten aan het nageslacht, bekend.

Hoe verschilt gelijkstroom van wisselstroom en wat is het pad van bron naar verbruiker?

Een wisselstroom wordt dus een stroom genoemd die gedurende een bepaalde tijd van richting en grootte kan veranderen. De parameters waar op gelet wordt zijn frequentie en spanning. In Rusland wordt in huishoudelijke elektrische netwerken wisselstroom geleverd met een spanning van 220 V en een frequentie van 50 Hz. De frequentie van een wisselstroom is het aantal richtingsveranderingen van deeltjes met een bepaalde lading per seconde. Het blijkt dat hij bij 50 Hz vijftig keer van richting verandert, in welk opzicht de gelijkstroom verschilt van de wisselstroom.

De bron zijn stopcontacten waarop huishoudelijke apparaten onder verschillende spanningen zijn aangesloten.

Wisselstroom begint zijn beweging van krachtcentrales, waar krachtige generatoren zijn, van waaruit het naar buiten komt met een spanning van 220 tot 330 kV. Vervolgens gaat het in op welke zich in de buurt van huizen, bedrijven en andere structuren bevinden.

In het onderstation vloeit de stroom onder een spanning van 10 kV. Daar wordt het omgezet in een driefasige spanning van 380 V. Soms gaat met zo'n indicator de stroom rechtstreeks naar objecten (waar krachtige productie wordt georganiseerd). Maar in principe wordt het teruggebracht tot 220 V.

transformatie

Het is duidelijk dat we wisselstroom krijgen in de stopcontacten. Maar vaak hebben elektrische apparaten een constante look nodig. Hiervoor worden speciale gelijkrichters gebruikt. Het proces bestaat uit de volgende stappen:

• het aansluiten van een brug met vier diodes met het vereiste vermogen;
• een filter of condensator aansluiten op de uitgang van de brug;
• aansluiting van spanningsstabilisatoren om rimpel te verminderen.

Omzetting kan zowel plaatsvinden van AC naar DC, en vice versa. Maar het laatste geval zal veel moeilijker te implementeren zijn. Je hebt omvormers nodig, die onder andere helemaal niet goedkoop zijn.