Какво е променлив ток и как се различава от тока на константа

Променлив ток, за разлика от постоянен ток, се променя непрекъснато както в магнитуд, така и в посока, като тези конфигурации се появяват понякога, т.е. точно се повтарят на редовни интервали.

За да се индуцира ток във веригата, се използват източници на променлив ток, които създават променлива EMF, която варира в зависимост от величината и посоката от време на време.
Такива източници се наричат ​​генератори на променлив ток.

На фиг. 1 показва диаграма на устройство (модел) на прост алтернатор.

Върху вала се монтира правоъгълна рамка, изработена от медна тел, която се завърта с ремъчно задвижване в областта на магнита. Краищата на рамката са залепени към медните контактни пръстени, които, въртящи се заедно с рамката, се плъзгат върху контактните пластини (четки).

Начертаване 1. Диаграма на обикновен алтернатор

Уверяваме се, че такова устройство наистина е
източник на променлива ем.

Нека си представим, че един магнит прави еднородно магнитно поле между неговите полюси, тоест в която плътността на магнитните линии на сила във всяка част на полето е монотонен.
въртящ се, рамката пресича линиите на силата на магнитното поле и във всяка от страните му се предизвикват a и b emfs.

Страните в кадрите d и d не работят, защото при въртенето на рамката не пресичат линиите на силата на магнитното поле и следователно не участват в разработването на ЕМП.

Във всеки момент от време EMF, която се проявява като страничен, в посока обратна електродвижеща сила срещащи се в б-страна, но в рамка, както работят съгласно EMF и EMF obshuyu обобщим, т.е.. Е. цялата конструкция индуцируемия.

Лесно е да проверим това, ако използваме дясното правило, което ни е известно, за да определим посоката на еф.

За да направите това, трябва да поставите дланта на дясната си ръка, така че тя да е обърната към северния полюс на магнита, а големият извит пръст съвпада с посоката на движението
откъм рамката, в която желаем да намерим посоката на ЕМП. Тогава посоката на ЕМП в него ще показва продълговати пръсти на ръката.

За каквато и да е позиция на рамката ние определяме посоката на ЕМФ в страните а и б, те винаги се събират и образуват общ EMF в рамката. С всичко това, при всяко завъртане на рамката, посоката на общото електромагнитно поле се променя в обратната посока, тъй като всяка една от работните страни на рамката минава под различни полюси на магнита в една революция.

Размерът на индуцираната в рамката ЕМП също се променя, тъй като скоростта, с която се променят силите на напречното поле на рамката на рамката, се променя. Наистина, по времето, когато рамката се доближава до собствената си вертикална позиция и минава през нея, скоростта на пресичане на силовите линии по страните на рамката е по-голяма и в рамката се предизвиква голям EMF. В онези моменти, когато рамката преминава в хоризонталното си положение, нейните страни изглежда се плъзгат по линиите на магнитното поле, без да ги пресичат, и EMF не се индуцира.

По този начин, при еднакво въртене на рамката, EMF ще се индуцира в нея, което понякога се променя както в мащаб, така и в посока.

EMF възникващи в рамката могат да бъдат измерени от устройството и използвани за създаване на ток във външната верига.

Използвайки явлението електрическа индукция, е възможно да се получи променлива емф и, както трябва, променлив ток.

Алтернативният ток за промишлени цели и за осветление се произвежда от силни генератори, задвижвани от парни или водни турбини и двигатели с вътрешно горене.

Графично представяне на непроменени и променливи токове

Графичният метод позволява да се визуализира процесът на конфигуриране на определена променлива в зависимост от времето.

Изграждането на графики на променливи, променящи се с времето, започва с изграждането на две взаимно перпендикулярни линии, наречени оси на графиката. След това на хоризонталната ос в определен мащаб определят периоди от време, а вертикалната ос, и в определен мащаб, - стойности на количеството, което се събира, за да се построи крива (EMF, напрежение или ток).

На фиг. 2 графично изобразява постоянните и променливите токове. В този случай ще се постави стойността на тока, вертикално нагоре от пункт О на осите текущи стойности са депозирани първото направление, което обикновено се нарича положителен и надолу от тази точка - обратна посока, което обикновено се нарича отрицателен.

Скица 2. Графично представяне на непроменените и променливи
ток

Точката O служи като начална точка за текущите стойности (вертикално надолу и нагоре) и време (хоризонтално на дясно). С други думи, тази точка съответства на нула
стойността на текущия и този начален момент от времето, от който възнамеряваме да проследим как токът ще се промени в бъдеще.

Нека проверим верността на конструкцията на фиг. 2 и графиката на непроменената
ток от 50 mA.

Тъй като този ток е непроменен, т.е. не променя собствената си величина и посока с времето, различните стойности на тока ще съответстват на различни моменти от времето,
50 mA. Както следва, в момента на времето, равен на нула, т.е. в началния момент на наблюдението на тока, той ще бъде равен на 50 mA. Поставяйки на вертикалната ос сегмент нагоре, равен на текущата стойност от 50 mA, получаваме първата точка от нашата графика.

Същото нещо, което трябва да направим за следващия миг
времето, съответстващо на точка 1 по времевата ос, т.е. да се освободи от тази точка вертикално нагоре сегмент, също равен на 50 mA. Краят на сегмента ще ни даде втората точка на графиката.

След като направихме подобна конструкция за следващите няколко момента, получихме серия от точки, чиято връзка ще даде права линия, която е графично представяне на постоянен ток от 50 mA.

Изграждане на графика на променливата emf

Нека сега да се обърнем към изучаването на графиката на променливата emf. На фиг. 3 в горната част
част показва рамка, въртяща се в магнитно поле, и под него се дава графика
образ на нововъзникващата променлива на ЕМП.

Да започнем умерено усукване на рамката по часовниковата стрелка и да следваме конфигурацията на ЕМП в нея, като хоризонталната позиция на рамката като начален момент.

В този начален момент EMF ще бъде нула, защото страните на рамката не пресичат магнитните линии на сила. На графиката това е нулевата стойност на ЕМП, съответстваща на момента
t = 0, се представя с точка 1.

При предстоящото завъртане на рамката EMF ще започне да се появява в нея и ще се увеличи по размер, докато рамката достигне своето вертикално положение. На графиката това увеличение на ЕМП
Тя ще бъде представена от гладка нагоре нарастваща крива, която постига свой собствен връх
(точка 2).

Докато рамката се доближава до хоризонталното положение, ЕМП в нея ще намалее и ще намалее до нула. На графиката това е показано като падаща гладка крива.

Както е посочено по-долу, за време, което съответства на половината оборот на рамката, EMF в него има време да се увеличи от нула до по-голяма стойност и отново да се понижи до нула (точка 3).

С предстоящото въртене на рамката EMF отново ще се появи в нея и ще се увеличи равномерно, но посоката му вече ще се промени на обратната, както може да се провери чрез прилагане на правилото на дясната ръка.

Графиката отчита промяната в посоката на ЕМФ, тъй като кривата, изобразяваща ЕМФ, пресича времевата ос и се намира сега под тази ос. ЕМП нараства отново, докато рамката заема вертикална позиция. След това emf ще започне да намалява и неговата величина ще бъде нула, когато рамката се върне в първоначалното си положение, след като завърши една пълна революция. В графиката това ще бъде изразено от факта, че кривата на ЕМФ, достигнали върха си в обратна посока (точка 4), ще се сравни с времевата ос (точка 5).

С това завършва един цикъл конфигурация EMF, но ако продължим рамката на въртене веднага започва втория цикъл, точно повторение на първата, за която, от своя страна, е последван от третата, а след четвъртия, и така нататък докато не спрем завъртането на рамката.

По този начин, за всяка революция на рамката на ЕМП, която възниква в нея, тя завършва пълен цикъл на собствената си конфигурация.

Ако рамката е затворена за някаква външна верига, ще протича променлив ток по веригата, чиято графика ще бъде същата като графиката на ЕМФ.

Получената от нас вълнообразна крива се нарича синусоида, а токът, ЕМП или напрежението, които се различават в съответствие с този закон, се наричат
синусоидална.

Самата крива се нарича синусоида, следователно, че е графично представяне на променлива от тригонометрично количество, наречено задължително.

Синусоидният характер на настоящата конфигурация - често се среща в електротехниката, защото, говорейки за променлив ток,
почти винаги означава синусоидален ток.

За сравняване на различни променливи в момента (ЕМП и напрежения) са количествата, характеризиращи един или друг ток. Те се наричат
параметри на променлив ток.

Период, амплитуда и честота - характеристики на променлив ток

Променлив ток се характеризира с два параметъра: периода и
амплитуда, знаейки кой може да прецени кой е променлив ток и да начертаете настоящата графика.

Скица 4. Крива на синусоидалния ток

Изтичането на времето, през което
целият цикъл на текущата конфигурация се нарича период. Периодът се определя с писмо
T и се измерва в секунди.

Времето, през което се осъществява половината от пълния цикъл на текущата конфигурация, се нарича полупериод.
Както следва, текущият период на конфигурация (EMF или напрежение) се състои от 2 половин цикъла.
От само себе си се разбира, че всички периоди на първия и същият променлив ток са еднакви.

Както може да се види от графиката, през първия период на собствената си конфигурация токът достига два пъти максималната стойност.

Най-голямата стойност на променливия ток (EMF или напрежение) се нарича неговата амплитуда или амплитудна стойност на тока.

Im, Em и Um са приетите обозначения на настоящите амплитуди, ЕМП и напрежения.

За първи път фокусирахме вниманието си върху амплитудната стойност на тока, но, както може да се види от графиката, има безбройни междинни стойности, най-малките амплитудни стойности.

Стойността на променливия ток (ЕМП, напрежение), съответстваща на всеки избран момент във времето, се нарича моментна стойност.

i, e и u са приетите обозначения на моментните стойности на тока, ЕМП и напрежението.

Втората стойност на тока, подобно на неговата стойност на амплитудата, се намира просто чрез графика. За тази цел най-малко някои от точките, по хоризонталната ос, съответната точка по време на интерес за нас, начертайте вертикална линия до точката на пресичане с кривата electricity- придобити вертикална отсечка ще определи текущата стойност в този момент, т. Е. Неговата моментно стойност.

Разбира се, че секундите стойност на тока след време
T / 2 от началната точка на графиката ще бъде нула и след изтичането на времето -
T / 4 до стойността на амплитудата. Токът също така постига своя собствена стойност на амплитудата, но вече на обратното
след време, равно на 3/4 T.

Така че графиката показва как токът в схемата се променя във времето и че във всяка точка от времето там съответства само една конкретна стойност както на величината, така и на посоката на тока. За всичко това токът в този момент в дадена точка във веригата ще бъде точно еднакво във всяка друга точка на веригата.

Извиква се броят на пълните периоди, изпълнени с ток за 1 секунда
честота на променлив ток и се обозначава с латинската буква
е.

За да откриете честотата на променливия ток, т.е. да разберете колко периоди от неговата собствена конфигурация е направила токът в рамките на 1 секунда, е необходимо да разделите 1 секунда на времето от първия период
f = 1 / Т. Познавайки честотата на променливия ток, можете да намерите периода:
T = 1 / f

Честотата на променливия ток се измерва от единицата, наречена херц.

Ако имаме променлив ток, чиято честота на конфигуриране
равен на 1 херц, тогава периодът на този ток ще бъде 1 секунда. И, напротив, ако
текущият период на конфигурация е 1 секунда, тогава честотата на този ток е 1 херц.

Така че ние определихме характеристиките на променливия ток - период, амплитуда и честота - които ни позволяват да правим разграничение между различни променливи токове, ЕМП и напрежения и да градим, когато е необходимо, техните графики.

При определяне на съпротивлението на различните схеми на променлив ток, използвайте още едно допълнително количество, характеризиращо променливия ток, така наречената ъглова или радиална честота.

Радиалната честота се обозначава с буква
ω и е свързано с честотата
f от отношението ω
= 2πf

Нека обясним тази зависимост. При начертаването на променливата emf, видяхме, че по време на първата пълна революция на рамката се осъществява пълен цикъл на конфигурация EMF. С други думи, за да може рамката да направи една революция, т.е. да се обърне на 360 °, трябва да имате време, равно на
един период, т.е. T секунди. След това за 1 секунда рамката прави 360 ° / T
оборот. Както трябва, 360 ° / T е ъгълът, към който
рамката се върти за 1 секунда и представлява скоростта на въртене на рамката, която обикновено се нарича ъглова или радиална скорост.

Но тъй като периодът Т е свързан с честотата f от отношението f = 1 / T,
тогава радиалната скорост може да бъде изразена и като честота и ще бъде равна на
ω = 360 ° f.

Така че, заключихме това
ω = 360 ° f. Но за удобство при използване на радиалната честота за различни изчисления, ъгълът от 360 °, съответстващ на една оборота, се замества с кръгов израз, равен на 2π радиани, където π = 3,14.
Така че, ние ще получим
ω = 2πf.
Следователно, за да намерите радиална честота на променлив ток (EMF или напрежение), трябва да умножете честотата в Hertz с непроменен брой 6.28.