Основни параметри наизменичне струје: период, фреквенција, фаза, амплитуда, хармонијске осцилације

Наизменична струја је електрична струја чији се смер и јачина периодично мењају. Пошто обично јачина наизменичне струје варира у складу са синусоидним законом, наизменична струја је синусна флуктуација напона и струје.

Дакле, све што важи за синусне електричне осцилације је применљиво на наизменичну струју. Синусоидне осцилације су осцилације код којих се осцилујућа вредност мења по синусном закону.У овом чланку ћемо говорити о параметрима наизменичне струје.

Промена ЕМФ-а и промена струје линеарног оптерећења повезаног са таквим извором пратиће синусни закон. У овом случају, наизменичне ЕМФ, наизменичне напоне и струје могу се окарактерисати са њихова главна четири параметра:

• раздобље;

• фреквенција;

• амплитуда;

• ефективна вредност.

Постоје и додатни параметри:

• угаона фреквенција;

• фаза;

• непосредна вредност.

Затим ћемо размотрити све ове параметре одвојено и заједно.

Период Т.

Период — време потребно да систем који осцилује да прође кроз сва међустања и поново се врати у своје почетно стање.

Период Т наизменичне струје је временски интервал током којег струја или напон прави један потпуни циклус промена.

Пошто је извор наизменичне струје генератор, период је везан за брзину ротације његовог ротора, а што је већа брзина ротације намотаја или ротора генератора, краћи је период генерисане наизменичне ЕМФ и, сходно томе, наизменична струја оптерећења, испоставља се.

Период се мери у секундама, милисекундама, микросекундама, наносекундама, у зависности од конкретне ситуације у којој се ова струја разматра. Слика изнад показује како се напон У мења током времена док има константан карактеристични период Т.

Учесталост ф

Фреквенција ф је реципрочна вредност периода и нумерички је једнака броју периода промене струје или ЕМФ у 1 секунди. То јест, ф = 1 / Т. Јединица за мерење фреквенције је херц (Хз), названа по немачком физичару Хајнриху Херцу, који је дао значајан допринос развоју електродинамике у 19. веку. Што је период краћи, то је већа фреквенција промене ЕМФ или струје.

Данас је у Русији стандардна фреквенција наизменичне струје у електричним мрежама 50 Хз, односно 50 флуктуација мрежног напона се појављује у 1 секунди.

У другим областима електродинамике користе се више фреквенције, на пример 20 кХз и више у савременим претварачима, а до неколико МХз у ужим областима електродинамике. На горњој слици можете видети да постоји 50 комплетних осцилација у једној секунди, од којих свака траје 0,02 секунде и 1/0,02 = 50.

Из графика промена синусоидалне наизменичне струје током времена може се видети да струје различитих фреквенција садрже различит број периода у истом временском интервалу.

Угаона фреквенција

Угаона фреквенција — број осцилација направљених у 2пи сец.

У једном периоду, фаза синусоидалне ЕМФ или синусоидалне струје мења се за 2пи радијана или 360°, тако да је угаона фреквенција наизменичне синусоидне струје једнака:

Користите број осцилација у 2пи секунди (не у 1 сек.) Погодно је јер у формулама које изражавају закон промене напона и струје при хармонијским осцилацијама, изражавају индуктивни или капацитивни отпор наизменичне струје, а у многим у другим случајевима фреквенција осциловања н се појављује заједно са множитељем 2пи.

Фаза

Фаза — стање, фаза периодичног процеса. Термин фаза има одређеније значење у случају синусоидних осцилација. У пракси, обично не игра улогу сама фаза, већ фазни помак између било која два периодична процеса.

У овом случају под појмом „фаза“ се подразумева фаза развоја процеса, ау овом случају, у односу на наизменичне струје и синусоидне напоне, фаза се назива стање наизменичне струје у одређеном тренутку у време.

Слике показују: подударност напона У1 и струје И1 у фази, напона У1 и У2 у антифази, као и фазни помак између струје И1 и напона У2. Фазни помак се мери у радијанима, деловима периода, у степенима.

Такође видети: Шта је фаза, фазни угао и фазни помак

Амплитуде Ум и Им

Говорећи о величини синусоидалне наизменичне струје или синусоидне наизменичне ЕМФ, највећа вредност ЕМФ или струје назива се амплитуда или амплитуда (максимална) вредност.

Амплитуда — највећа вредност величине која врши хармонијске осцилације (нпр. максимална вредност јачине струје у наизменичној струји, одступање осцилационог клатна од равнотежног положаја), највеће одступање осцилирајуће величине од одређене вредности, условно прихваћена као почетна нула.

Строго говорећи, термин амплитуда се односи само на синусоидне осцилације, али се обично (не сасвим исправно) примењује у горњем смислу на све осцилације.

Ако говоримо о алтернатору, онда ЕМФ његових терминала два пута по периоду достиже вредност амплитуде, од којих је прва + Ем, друга Ем, респективно, током позитивног и негативног полупериода. Слично се понаша и струја И и сходно томе се означава са Им.

Хармоничне вибрације — осцилације у којима се осцилујућа величина, као што је напон у електричном колу, мења током времена у складу са хармонијским синусоидалним или косинусним законом. Графички представљен синусоидном кривом.

Реални процеси могу само апроксимирати хармонијске осцилације. Међутим, ако осцилације одражавају најкарактеристичније карактеристике процеса, онда се такав процес сматра хармоничним, што у великој мери олакшава решавање многих физичких и техничких проблема.

Покрети блиски хармонијским осцилацијама јављају се у различитим системима: механичким (осцилације клатна), акустичним (осцилације ваздушног стуба у цеви органа), електромагнетним (осцилације у ЛЦ колу) итд.Теорија осцилација разматра ове појаве, различите по физичкој природи, са јединствене тачке гледишта и одређује њихова заједничка својства.

Погодно је графички представити хармонијске осцилације користећи вектор који ротира константном угаоном брзином око осе која је окомита на овај вектор и пролази кроз његов почетак. Угаона брзина ротације вектора одговара кружној фреквенцији хармонијског осциловања.

Векторски дијаграм хармонијске вибрације

Периодични процес било ког облика може се разложити у бесконачан низ једноставних хармонијских осцилација са различитим фреквенцијама, амплитудама и фазама.

Хармоничан — хармонијска вибрација чија је фреквенција читав број пута већа од фреквенције неке друге вибрације, која се назива основни тон. Број хармоника показује колико је пута његова фреквенција већа од фреквенције основног тона (на пример, трећи хармоник је хармонијска вибрација са фреквенцијом три пута већом од фреквенције основног тона).

Било које периодичне, али не хармонијске (тј. различите по облику од синусоидних) осцилације могу се представити као збир хармонијских осцилација — основног тона и одређеног броја хармоника. Што се разматрана осцилација по облику разликује од синусоидне, то више хармоника садржи.

Тренутна вредност у и и

Вредност ЕМФ или струје у одређеном тренутку назива се тренутна вредност, означавају се малим словима у и и. Али пошто се ове вредности стално мењају, незгодно је проценити наизменичне струје и ЕМФ из њих.

РМС вредности И, Е и У

Способност наизменичне струје да обавља користан рад, као што је механичко окретање ротора мотора или производња топлоте на уређају за грејање, погодно се процењује ефективним вредностима емфс и струја.

Тако, ефективна садашња вредност назива се вредност такве једносмерне струје која приликом проласка кроз проводник током једног периода разматране наизменичне струје производи исти механички рад или исту количину топлоте као ова наизменична струја.

РМС вредности напона, емфс и струја су означене великим словима И, Е и У. За синусоидну наизменичну струју и за синусни наизменични напон ефективне вредности су:

За описивање електричних мрежа погодно је користити ефективну вредност струје и напона. На пример, вредност од 220-240 волти је ефективна вредност напона у савременим кућним утичницама, а амплитуда је много већа - од 311 до 339 волти.

Исто и са струјом, на пример када кажу да кроз кућни грејни уређај протиче струја од 8 ампера, то значи ефективну вредност, док је амплитуда 11,3 ампера.

На овај или онај начин, механички рад и електрична енергија у електричним инсталацијама су пропорционални ефективним вредностима напона и струја. Значајан део мерних уређаја показује тачно ефективне вредности напона и струја.