זרם חילופין חד פאזי

רכישת זרם חילופין

אם חוט A מסובב בשטף המגנטי שנוצר על ידי שני הקטבים של המגנט בכיוון השעון (איור 1), אז כאשר החוט חוצה את קווי השדה המגנטי, הוא יגרום ל-e.d. s שערכו נקבע על ידי הביטוי

E = Blvsinα,

כאשר B הוא האינדוקציה המגנטית ב-T, l הוא אורך החוט ב-m, v היא מהירות החוט ב-m/s, α - הזווית שבה חוט החוט את קווי השדה המגנטי.

תן ל-B, I ו-v במקרה זה להישאר קבועים, ואז ה-e המושרה. וכו ' ג יהיה תלוי רק בזווית α שבה חוט החוט את השדה המגנטי. אז, בנקודה 1, כאשר החוט נע לאורך קווי השדה המגנטי, הערך של ה-emf המושרה. וכו ' p יהיה אפס כאשר החוט ינוע לנקודה 3 oe. וכו ' v' תהיה בעלת החשיבות הגדולה ביותר, שכן את קווי הכוח יחצה המוליך בכיוון הניצב אליהם, ולבסוף, למשל. וכו ' v. יגיע שוב לאפס אם החוט יועבר לנקודה 5.

אורז. 1. שינוי המושרה ה. וכו ' עמ' בחוט המסתובב בשדה מגנטי

בנקודות ביניים 2 ו-4, שבהן החוט חוצה את קווי הכוח בזווית α = 45°, הערך של ה-emf המושרה. וכו ' ג יהיה פחות בהתאמה מאשר בנקודה 3. לפיכך, כאשר החוט מסובב מנקודה 1 לנקודה 5, כלומר ב-180°, ה-e המושרה. וכו ' v. משתנה מאפס למקסימום וחזרה לאפס.

ברור למדי שבסיבוב נוסף של חוט A בזווית של 180 מעלות (דרך נקודות 6, 7, 8 ו-1), אופי השינוי ב-e המושרה. וכו ' p. יהיה זהה, אבל הכיוון שלו ישתנה להפוך, מאחר שהחוט יחצה את קווי השדה המגנטי כבר מתחת לקוטב השני, מה שקולה לחצייתם בכיוון הראשון ההפוך.

לכן, כאשר החוט מסובב 360 מעלות, ה-e. וכו ' v. לא רק משתנה בגודל כל הזמן, אלא גם משנה את הכיוון שלו פעמיים.

אם החוט סגור להתנגדות כלשהי, החוט יופיע חַשְׁמַל, גם משתנה בגודל ובכיוון.

זרם חשמלי, המשתנה ללא הרף בגודלו ובכיווןו, נקרא זרם חילופין.

מהו גל סינוס?

אופי השינוי ה. וכו ' (זרם) עבור סיבוב אחד של החוט לבהירות רבה יותר, הם מיוצגים בצורה גרפית באמצעות עקומה. מאז הערך של ה. וכו ' ג פרופורציונלי ל sinα, אם כן, לאחר קביעת זוויות מסוימות, ניתן, בעזרת טבלאות, לקבוע את ערך הסינוס של כל זווית, ובסולם המתאים לבנות עקומה לשינוי של e. וכו ' ג לשם כך, על הציר האופקי נשים בצד את זוויות הסיבוב של החוט, ועל הציר האנכי, בקנה מידה המתאים, את ה-e המושרה. וכו ' עם

אם צוין קודם לכן באיור.1 חבר את הנקודות בקו עקום חלק, ואז זה ייתן מושג על גודל ואופי השינוי ב-e המושרה. וכו ' (זרם) בכל מיקום של המוליך בשדה מגנטי. בשל העובדה שערך ה-e המושרה. וכו ' p. בכל רגע נקבע לפי הסינוס של הזווית שבה חוט החוט את השדה המגנטי המוצג באיור. עקומה 1 נקראת סינוסואיד, ו-e. וכו ' s. - סינוסואיד.

אורז. 2. הסינוסואיד וערכיו האופייניים

השינויים שבדקנו ה. וכו ' ג תואם סינוסואידית לסיבוב החוט בשדה מגנטי בזווית של 360 מעלות. כאשר החוט מסובב ב-360 מעלות הבאות, השינויים ב-e המושרה. וכו ' s.(וזרם) יופיעו שוב בגל סינוס, כלומר, הם יחזרו מדי פעם.

בהתאם לכך, נגרמת על ידי ה. וכו ' ג' נקרא זרם חילוף סינוסי של זרם חשמלי... די ברור שגם המתח שניתן למדוד על ידינו בקצוות חוט A, בנוכחות מעגל חיצוני סגור, ישתנה בצורה סינוסואידית.

זרם חילופין המתקבל על ידי סיבוב חוט בשטף מגנטי או מערכת של חוטים המחוברים בסליל נקרא זרם חילופין חד פאזי.

זרמי חילופין סינוסואידיים הם הנפוצים ביותר בטכנולוגיה. עם זאת, ניתן למצוא זרמים מתחלפים שאינם משתנים לפי חוק הסינוס. זרמי חילופין כאלה נקראים לא-סינוסואידיים.

ראה גם: מהו זרם חילופין וכיצד הוא שונה מזרם ישר

משרעת, תקופה, תדירות של זרם חילופין חד פאזי

חוזק נוכחי, משתנה לאורך סינוסואיד, משתנה ברציפות. לכן, אם בנקודה A (איור 2) הזרם שווה ל-3a, אז בנקודה B הוא כבר יהיה גדול יותר.בנקודה אחרת כלשהי על הסינוסואיד, למשל בנקודה C, לזרם יהיה כעת ערך חדש, וכן הלאה.

חוזק הזרם בזמנים מסוימים בהם הוא משתנה לאורך סינוסואיד נקרא ערכי זרם מיידי.

הערך המיידי הגדול ביותר של זרם חילופין חד פאזי נקרא כאשר הוא משתנה לאורך משרעת סינוסואידלית... קל לראות שבסיבוב אחד של החוט הזרם מגיע לערך המשרעת שלו פעמיים. אחד הערכים של aa 'הוא חיובי ונמשך מציר 001 והשני bv' הוא שלילי ונמשך למטה מהציר.

הזמן שבו המושרה ה. וכו ' (או הכוח הנוכחי) עובר את כל מחזור השינויים, מה שנקרא מחזור חודשי T (איור 2). התקופה נמדדת בדרך כלל בשניות.

ההדדיות של התקופה נקראת התדר (ו). במילים אחרות, תדר זרם חילופין הוא מספר התקופות ליחידת זמן, כלומר. תוך שניות דו. כך, למשל, אם זרם חילופין תוך שנייה אחת מניח את אותם ערכים וכיוון עשר פעמים, אזי התדירות של זרם חילופין כזה תהיה 10 תקופות בשנייה.

כדי למדוד תדר, במקום מספר התקופות בשנייה, משתמשים ביחידה הנקראת הרץ (הרץ). תדר של 1 הרץ שווה לתדר של 1 lps/sek. כאשר מודדים תדרים גבוהים, נוח יותר להשתמש ביחידה גדולה פי 1000 מההרץ, כלומר. קילו-הרץ (kHz), או פי 1,000,000 גדול מהרץ - מגה-הרץ (mhz).

ניתן לחלק זרמי חילופין המשמשים בטכנולוגיה, בהתאם לתדר, לזרמים בתדר נמוך ולזרמים בתדר גבוה.

ערך AC rms

זרם ישר העובר דרך החוט מחמם אותו. אם תעביר זרם חילופין דרך החוט, החוט גם יתחמם.זה מובן, כי למרות שזרם החילופין משנה את כיוונו כל הזמן, שחרור החום אינו תלוי כלל בכיוון הזרם בחוט.

כאשר מעבירים זרם חילופין דרך נורה, החוט שלה יאיר. בתדר זרם חילופין סטנדרטי של 50 הרץ, לא יהיה הבהוב של האור, מכיוון שלחוט הנימה של נורת הליבון, בעל אינרציה תרמית, אין זמן להתקרר באותם זמנים שבהם הזרם במעגל הוא אפס. השימוש בזרם חילופין בתדר של פחות מ-50 הרץ לתאורה אינו רצוי כיום, בשל העובדה שמופיעות תנודות לא נעימות ומעייפות עיניים בעוצמת הנורה.

בהמשך לאנלוגיית הזרם הישר, אנו יכולים לצפות שזרם חילופין הזורם דרך חוט יוצר סביבו שדה מגנטי. למעשה nזרם חילופין אינו יוצר שדה מגנטי, אלא בגלל שהשדה המגנטי שהוא יוצר יהיה משתנה גם בכיוון ובגודל.

זרם חילופין משתנה כל הזמן בגודל ובכיוון NS. מטבע הדברים, נשאלת השאלה כיצד מודדים היטב את המשתנה T, ומה ערכו בעת שינוי לאורך סינוסואיד כגורם לפעולה זו או אחרת.

ג לצורך כך מושווה זרם חילופין מבחינת הפעולה שהוא מייצר עם זרם ישר, שערכו נשאר ללא שינוי במהלך הניסוי.

נניח שזרם ישר זורם דרך חוט בעל התנגדות קבועה 10 A ונמצא שהחוט מחומם לטמפרטורה של 50 מעלות.אם כעת אנו עוברים דרך אותו חוט לא זרם ישר, אלא זרם חילופין, וכך אנו בוחרים את ערכו (פועלים, למשל, עם ריאוסטט) כך שגם החוט יחומם לטמפרטורה של 50 מעלות, אז ב במקרה זה אנו יכולים לומר שהפעולה של זרם חילופין שווה לפעולת זרם ישר.

חימום החוט בשני המקרים לאותה טמפרטורה מראה שביחידת זמן זרם החילופין פולט בחוט את אותה כמות חום כמו הזרם הישר.

זרם סינוסואידי לסירוגין הפולט עבור התנגדות נתונה ליחידת זמן את אותה כמות חום כמו זרם ישר המקביל בגודלו לזרם ישר... ערך זרם זה נקרא הערך האפקטיבי (Id) או הערך האפקטיבי של זרם חילופין .. לכן, לדוגמא שלנו, הערך האפקטיבי של זרם חילופין יהיה 10 A... במקרה זה, ערכי הזרם המקסימליים (שיא) יעלו על הערכים הממוצעים בגודלם.

ניסיון וחישובים מראים שהערכים האפקטיביים של זרם חילופין קטנים מערכי המשרעת שלו ב-√2 (1.41) פעמים. לכן, אם ערך השיא של הזרם ידוע, אזי ניתן לקבוע את הערך האפקטיבי של הזרם Id על ידי חלוקת משרעת הזרם Ia ב-√2, כלומר Id = Aza/√2

לעומת זאת, אם ערך ה-rms של הזרם ידוע, אזי ניתן לחשב את ערך השיא של הזרם, כלומר Ia = Azd√2

אותם יחסים יתקיימו עבור המשרעת וערכי ה-rms של e. וכו ' v. ומתחים: יחידה = Ea /√2, Ud = Uа/√2

מכשירי מדידה מראים לרוב את הערכים האמיתיים, לכן, בעת סימון, המדד «d» מושמט בדרך כלל, אבל אסור לשכוח את זה.

עכבה במעגלי AC

כאשר צרכני השראות וקיבול מחוברים למעגל AC, יש להתייחס גם לפעילות וגם לתגובתיות (תגובתיות מתרחשת כאשר קבל פועל או משנקים במעגל AC). לכן, בעת קביעת הזרם העובר דרך צרכן כזה, יש צורך לחלק את מתח האספקה ​​בעכבה של המעגל (צרכן).

העכבה (Z) של מעגל AC חד פאזי נקבעת על ידי הנוסחה הבאה:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

כאשר R היא ההתנגדות הפעילה של המעגל באוהם, L היא השראות המעגל בהנריס, C היא הקיבול של המעגל (קבלים) בפאראדים, ω - תדר זוויתי של זרם חילופין.

צרכנים שונים משמשים במעגלי זרם חילופין שבהם יש צורך לשקול את שלושת הערכים של R, L, C או רק חלק מהם. יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון את התדר הזוויתי של זרם החילופין.

עבור חלק מהמשתמשים, ניתן לקחת בחשבון רק את הערכים של R ו-L בערכי תדר הפינה המתאימים. לדוגמה, בתדר AC של 50 הרץ סליל סולנואיד או שפיתול הגנרטור יכול להיחשב רק כמכיל התנגדות אקטיבית ואינדוקטיבית. במילים אחרות, ניתן להזניח את הקיבול במקרה זה. אז ניתן לחשב את עכבת ה-AC של משתמש כזה על ידי הנוסחה:

Z = √(R2 + ω2L2)

אם סליל כזה או סליל המיועד לפעולת זרם חילופין מחוברים לזרם ישר באותו מתח, יזרום בסליל זרם גדול מאוד, מה שעלול להוביל לייצור חום משמעותי, והבידוד של הסליל עלול להיפגע. להיפך, זרם קטן יזרום דרך סליל המיועד לפעול במעגל זרם ישר ומחובר למעגל זרם חילופין באותו מתח, והמכשיר בו נעשה שימוש בסליל זה לא יבצע את הפעולה הנדרשת.

משולש התנגדות, משולש מתח ומשולש כוח: