Какви са ефективните стойности на тока на напрежението. Голяма енциклопедия на нефт и газ

Страница 2

Ефективната стойност на тока I се нарича сила постоянен ток, излъчващ в проводника за същото време същото количество топлина като променливия ток.

Както се вижда от фигурата, във всеки момент от времето величините на напрежението и тока приемат различни стойности. Следователно, за да се прецени големината на тока и напрежението променлив ток, използвайте ефективната стойност на тока и напрежението. За да се определи ефективната стойност на променливия ток, тя се приравнява на постоянния ток, който би генерирал същото количество топлина в проводника като променливия ток.

Трансформатор, съдържащ в първична намотка 300 оборота, включени в AC мрежа с работно напрежение 220 V. Вторичната верига на трансформатора захранва товара с активно съпротивление от 50 ома. Намерете ефективната стойност на тока в вторична веригаако напрежението падне вторична намотка трансформатор, съдържащ 165 оборота, е 50 V.

По този начин, когато се замества операцията за извличане на корена чрез сравнение, времето, през което интегрираният сигнал от CLAY става равен на интеграла на квадрата на измерения ток, е пропорционално на ефективната стойност на тока. Преди това K2 беше отворен за време t и предаваше импулси от тактовия импулсен генератор GTI към SI брояча. Броят на импулсите TV / gmt, записани в средния диапазон, е пропорционален на ефективната стойност на текущата сила. Този номер се съхранява в / 77 и в края на цикъла на измерване се показва на DRO.

Както при механичните вибрации, в случай на електрически вибрации, ние обикновено не се интересуваме от стойностите на силата на тока, напрежението и други величини във всеки момент от времето. Са важни основни характеристики колебания като амплитуда, период, честота, ефективни стойности на тока и напрежението и средната мощност. Това са ефективните стойности на тока и напрежението, които се записват от амперметри и волтметри на променлив ток.

Px o jjFr В случай на лампа t - n - DRY, използвайте метода на термометър, окачен близо до лампата на генератора, и отбележете неговото отчитане. След това, прекъсвайки веригата на осцилаторната верига на генератора, дайте положителен потенциал на решетката на осцилаторната лампа, докато термометърът се включи. Вземайки в последния случай стойностите 1a и Ea като начални, ние определяме Px от съотношението Px1a Ea. Мощността в антената се определя от f-le Рх - / /, където РЯ - мощност eW, ra - активна съпротива антени в Q и 1а - ефективната стойност на тока в антената в А. Тъй като според съвременните международни стандарти мощността на предавателя обикновено се разбира като мощност в антената, гореспоменатата f-la едновременно определя мощността на предавателя.

Топломерите имат най-широката практика. Действието на термомерите е да удължат тънък проводник при нагряване от променлив ток с висока честота, преминаващ през него. Самият ефект ограничава обхвата на приложимост на такива измервателни уреди до токове от няколко tA до 1 - 3 A, в зависимост от материала на тънкия проводник, използван в измервателния уред. Използват се сребърни сплави с платина, платина с иридий и др. Ако сплавта се използва под формата на тел, тя има диаметър от стотни от mm. С лента дебелината е 0 01 mm, ширината е 3 mm, а дължината е 25 - 30 mm. Удължаването на нишката от нагрятия ток е пропорционално на квадрата на ефективната стойност на тока. Придвижването по скалата на метъра на стрелката, свързана към същия проводник, използвайки специална движеща се система, обикновено е пропорционално на квадратния корен на действаща сила текущ. Поради това везните на топломерите имат неравномерно разстояние между разделенията.

В този случай текущите трептения са хармонични (графика на трептенията - синусоидални) и принудителни, тъй като параметрите на трептене (честота, амплитуда) се определят от външен източник - генератор. Някои електрически устройства (например трептяща верига) могат да генерират безплатно хармонични вибрации електрически ток... На левия клон на рамката - от нас и тъй като в този случай ток тече през терминал а в посоката, обратна на показаната на фиг. 12.1, полярността му е минус. Тъй като при дадено положение на рамката силата на тока има най-голяма стойност, фазата на трептенията може да бъде g / 2 или 3 / 2ir, в зависимост от посоката на тока в рамката, която приемаме за положителна. Сравнявайки формула (12.1) и дадената зависимост, е лесно да се види, че 1m 10 A и w 4tgrad / s. Освен това, използвайки формула (12.2), определяме честотата на трептенията (дупка. Използвайки закона на Джоул-Ленц (Q I2Rt), определяме ефективната стойност на силата на тока (дупка.

Силата на променлив ток (напрежение) може да се характеризира с помощта на амплитуда. Пиковата стойност на тока обаче не е лесно да се измери експериментално. Удобно е да се свърже променливотоковото захранване с някакво действие, произведено от тока, което не зависи от неговата посока. Това е например топлинният ефект на тока. Въртенето на иглата на амперметър, който измерва променлив ток, се дължи на удължаването на нажежаемата жичка, която се загрява, когато токът преминава през нея.

Действащили ефективностойността на променлив ток (напрежение) е такава стойност на постоянен ток, при която се отделя същото количество топлина върху активното съпротивление за период, както при променлив ток.

Нека свържем ефективната стойност на тока с неговата амплитудна стойност. За целта изчисляваме количеството топлина, отделено върху активното съпротивление чрез променлив ток за време, равно на периода на трептене. Спомнете си, че според закона на Джоул-Ленц количеството топлина, отделено в участък от веригата със съпротивление при постоянентекущ по време на , се определя по формулата

... Променливият ток може да се счита за постоянен само за много кратки периоди от време

... Разделете периода на трептене за много голям брой малки интервали от време

... Количество топлина

пуснати на съпротива по време на

:

... Общото количество топлина, отделено през периода, се намира чрез сумиране на отделените топлини през отделни малки интервали от време или, с други думи, чрез интегриране на:

.

Токът във веригата се променя съгласно синусоидален закон

,

.

Пропускайки изчисленията, свързани с интегрирането, ние записваме крайния резултат

.

Ако през веригата е протичал някакъв постоянен ток , след това за време, равно на , би било топло

... По дефиниция, постоянен ток , който има същия топлинен ефект като променливия, ще бъде равен на ефективната стойност на променливия ток

... Намираме ефективната стойност на силата на тока, приравнявайки топлините, отделяни през периода, в случаите на постоянен и променлив ток

(4.28)

Очевидно точно същото съотношение свързва ефективните и пиковите стойности на напрежението във веригата със синусоидален променлив ток:

(4.29)

Например, стандартното напрежение от 220 V е ефективното напрежение. Съгласно формулата (4.29) е лесно да се изчисли, че амплитудната стойност на напрежението в този случай ще бъде равна на 311 V.

4.4.5. Променливотоково захранване

Нека в някой участък от веригата с променлив ток фазовото изместване между ток и напрежение е , т.е. сила на тока и промяна на напрежението съгласно законите:

,

.

Тогава моментната стойност на мощността, разпределена в секцията на веригата, е

Мощността се променя с течение на времето. Следователно можем да говорим само за средната му стойност. Нека определим средната мощност, освободена за достатъчно дълъг период от време (многократно надвишаващ периода на трептене):

Използвайки добре познатата тригонометрична формула

.

Количеството

няма нужда да се осреднява, тъй като това не зависи от времето, следователно:

.

В продължение на дълго време стойността на косинуса има време да се променя многократно, като приема както отрицателни, така и положителни стойности в диапазона от (1) до 1. Ясно е, че средната стойност за времето на косинуса е нула

, така

(4.30)

Изразявайки амплитудите на тока и напрежението чрез техните ефективни стойности, използвайки формули (4.28) и (4.29), получаваме

. (4.31)

Мощността, освободена в участъка на веригата за променлив ток, зависи от ефективните стойности на тока и напрежението и фазово изместване между ток и напрежение... Например, ако верижната секция се състои само от едно активно съпротивление, тогава

и

... Ако секцията на веригата съдържа само индуктивност или само капацитет, тогава

и

.

Средната нулева стойност на мощността, разпределена за индуктивност и капацитет, може да бъде обяснена по следния начин. Индуктивността и капацитетът само заемат енергия от генератора и след това я връщат обратно. Кондензаторът се зарежда и след това се разрежда. Силата на тока в бобината се увеличава, след това отново спада до нула и т. Н. Точно поради причината, че средната консумирана от генератора енергия върху индуктивните и капацитивните съпротивления е нула, те бяха наречени реактивни. За активното съпротивление средната мощност е ненулева. С други думи, тел със съпротивление когато през него протича ток, той се загрява. И енергията, отделена под формата на топлина, не се връща обратно в генератора.

Ако секцията на веригата съдържа няколко елемента, тогава фазовото изместване може да са различни. Например, в случая на верижния участък, показан на фиг. 4.5, фазовото изместване между ток и напрежение се определя по формулата (4.27).

Пример 4.7.Към алтернатор синусоидален ток е свързан резистор със съпротивление ... Колко пъти ще се промени средната мощност, консумирана от генератора, ако към резистора е свързана намотка с индуктивно съпротивление

а) последователно, б) паралелно (Фигура 4.10)? Пренебрегвайте съпротивлението на бобината.

Решение.Когато към генератора е свързано само едно съпротивление , консумирана мощност

(виж формула (4.30)).

Помислете за веригата на фиг. 4.10, а. В пример 4.6 беше определена амплитудната стойност на тока на генератора:

... От векторната диаграма на фиг. 4.11 и определяме фазовото изместване между тока и напрежението на генератора

.

В резултат на това средната консумирана мощност от генератора е

.

Отговор: когато индукторът е свързан последователно във веригата, средната консумирана мощност от генератора ще намалее 2 пъти.

Помислете за веригата на фиг. 4.10, б. В пример 4.6 беше определена амплитудната стойност на тока на генератора

... От векторната диаграма на фиг. 4.11, b определяме фазовото изместване между тока и напрежението на генератора

.

Тогава средната консумирана мощност от генератора

Отговор: когато индуктивността е свързана паралелно, средната мощност, консумирана от генератора, не се променя.

Както знаете, променливата emf индукцията индуцира променлив ток във веригата. Кога най-голямата стойност emf токът ще има максимална стойност и обратно. Това явление се нарича фазово съвпадение. Въпреки факта, че текущите стойности могат да варират от нула до определена максимална стойност, има устройства, с които можете да измервате променливия ток.

AC характеристиките могат да бъдат действия, които не зависят от посоката на тока и могат да бъдат същите като при постоянния ток. Тези действия включват топлина. Например, през проводник с дадено съпротивление протича променлив ток. След определен период от време в този проводник ще се отдели определено количество топлина. Можете да изберете такава стойност на постояннотоковия ток, така че същото количество топлина да се отделя от този ток върху същия проводник за същото време, както при променлив ток. Тази постоянна стойност се нарича RMS променлив ток.

По това време в световната индустриална практика е широко разпространена трифазен променлив ток, който има много предимства пред еднофазния ток. Трифазна система се нарича система, която има три електрически вериги със собствена променлива едс. със същите амплитуди и честота, но извън фаза един спрямо друг на 120 ° или 1/3 от периода. Всяка такава верига се нарича фаза.

За да получите трифазна система, трябва да вземете три еднакви редуващи се генератора еднофазен ток, свържете роторите си един с друг, така че да не променят позицията си при въртене. Намотките на статора на тези генератори трябва да се завъртят един спрямо друг на 120 ° по посока на въртенето на ротора. Пример за такава система е показан на фиг. 3.4.б.

Съгласно горните условия се оказва, че ЕМП, възникваща във втория генератор, няма да има време да се промени в сравнение с ЕДС. първият генератор, тоест ще закъснее 120 °. E.m.s. третият генератор също ще закъснее със 120 ° спрямо втория.

Този метод за производство на променлив трифазен ток обаче е много тромав и икономически неизгоден. За да опростите задачата, трябва да комбинирате всички намотки на статора на генераторите в един корпус. Такъв генератор се нарича трифазен генератор на ток (фиг. 3.4.а). Когато роторът започне да се върти, във всяка намотка има

а) б)

Фигура: 3.4. Пример за трифазна AC система

а) генератор трифазен ток; б) с три генератора;

варираща emf индукция. Поради факта, че има изместване на намотките в пространството, фазите на трептенията в тях също се изместват една спрямо друга със 120 °.

За да свържете трифазен алтернатор към веригата, имате нужда от 6 проводника. За да се намали броят на проводниците, намотките на генератора и приемниците трябва да бъдат свързани помежду си, образувайки трифазна система. Има две връзки за данни: звезда и триъгълник. Използвайки двата метода, можете да спестите окабеляване.

Връзка звезда

Обикновено трифазен генератор на ток е изобразен под формата на 3 намотки на статора, които са разположени под ъгъл от 120 ° един към друг. Началото на намотките обикновено се обозначава с букви A, B, Cа краищата са X, Y, Z... В случая, когато краищата на намотките на статора са свързани към една обща точка (нулева точка на генератора), методът на свързване се нарича "звезда". В този случай проводниците, наречени линейни, са свързани към началото на намотките (Фигура 3.5 вляво).

Приемниците могат да бъдат свързани по същия начин (фиг. 3.5., Вдясно). В този случай проводникът, който свързва нулевата точка на генератора и приемниците, се нарича нула. Тази трифазна токова система има две различни напрежения: между линейни и нулеви проводници или, еквивалентно, между началото и края на всяка намотка на статора. Тази стойност се нарича фазово напрежение ( Ул). Тъй като веригата е трифазна, линейното напрежение ще бъде в v3 пъти повече от фаза, т.е.: Ul \u003d v3Uph.

Делта връзка.

Фигура 3.6. Пример за връзка с триъгълник

Когато използвате този метод на свързване, край х първата намотка на генератора е свързана с началото IN втората му намотка, край Y.втора намотка - до началото ОТ трета намотка, край Z. трета намотка - до началото Ипърва намотка. Пример за връзка е показан на фиг. 3.6. При този метод за свързване на фазовите намотки и свързване на трифазен генератор към трипроводна линия, линейното напрежение по отношение на неговата стойност се сравнява с фазовото напрежение: Uf \u003d Ul

тестови въпроси

1. Избройте основните параметри, характеризиращи променлив ток.

2. Дайте дефиницията на честотата и мерните единици за нейното измерване.

3. Дайте дефиницията на амплитудата и единицата за нейното измерване.

4. Дайте дефиницията на периода и мерната единица за неговото измерване.

5. Разликата между най-простия трифазен генератор на ток и еднофазен генератор на ток.

6. Какво е фаза?

7. Какво представлява роторът на трифазен генератор на ток?

8. Защо статорните намотки на трифазния токов генератор са извън фаза?

9. Характеристика на симетричната система от три фази.

10. Принципът на свързване на фазовите намотки на трифазни генератори и трансформатори съгласно схемата "звезда".

11. Принципът на свързване на фазовите намотки на трифазни генератори и трансформатори съгласно схемата "триъгълник".

3.2. Видове съпротивления в AC вериги

В променливотоковите вериги съпротивленията се разделят на активни и реактивни.

IN активни съпротивления свързан към веригата на променлив ток, електрическата енергия се преобразува в топлина. Активно съпротивление R притежават например проводници на електрически линии, намотки електрически автомобили и т.н.

IN реактации електрическата енергия, генерирана от източника, не се консумира. Когато реактивното съпротивление е включено във веригата на променлив ток, между него и източника се осъществява само обмен на енергия електрическа енергия... Реактивността се създава от индуктивност и капацитет.

Ако не вземете предвид взаимното влияние на отделни елементи електрическа верига, тогава в общия случай електрическата верига на синусоидалния ток може да бъде представена от три пасивни елемента: активно съпротивление R, индуктивност L и капацитет C.

Активно съпротивление в променливотоковата верига.

Когато активното съпротивление е включено във веригата на променлив ток, токът и напрежението съвпадат по фаза (фиг. 3.7) и се променят съгласно същия синусоидален закон: u \u003d U m sinωt... Те едновременно достигат своите максимални стойности и едновременно преминават през нула (фиг. 3.7.б).

За верига с променлив ток, съдържаща само активно съпротивление, законът на Ом има същата форма като за верига с постоянен ток: I \u003d U / R.

Електроенергия r във верига с активно съпротивление по всяко време е равно на произведението на моментните стойности на тока iи напрежение u: p \u003d ui.

Фигура 3.7. Схема на превключване на активно съпротивление R (a) в променлив токов кръг, токови криви i, волтаж u и мощност стр (б) и векторна диаграма.

Графиката показва, че промяната в мощността настъпва с двойна честота спрямо промяната в тока и напрежението, т.е. един период на нарастване съответства на половината от периода на нарастване на тока и напрежението. Всички стойности на мощността са положителни, което означава, че енергията се прехвърля от източника към потребителя.

Средна мощност Pcpконсумирана от активна съпротива, P \u003d UI \u003d I 2 R - Това е активна мощност.

Под индуктивност Lимаме предвид елемент от електрическа верига (индуктивна намотка, чиито загуби могат да бъдат пренебрегнати), способен да съхранява енергия в своето магнитно поле, който няма активно съпротивление и капацитет ОТ ((Вижте фигура 3.8)

Когато в променливотоковата верига е включена индуктивност, променящият се ток непрекъснато индуцира ЕДС в нея. самоиндукция e L \u003d LΔi / Δt,където Δi / Δt - скорост на текущата промяна.

Когато ъгълът ωtравна на 90 ° и 270 ° текуща скорост на промяна Δi / Δt \u003d 0, следователно emf e L=0.

Скоростта на текущата промяна ще бъде най-голяма при ъгъла ωtе равно на 0 °, 180 ° и 360 °. В тези минути от времето, емф има най-голямо значение.

Кривата на мощността е синусоида, която се променя с двойна честота на тока и напрежението. Мощността има положителни и отрицателни стойности, т.е. има непрекъснат трептящ процес на енергиен обмен между източника и индуктивността.

Фигура 3.8. Схема на превключване на индуктивността във верига на променлив ток (а), криви на тока i, волтаж u, emf e L (b) и векторна диаграма (c)

E.m.s. самоиндукцията, според правилото на Ленц, е насочена така, че да предотврати промяна в тока. През първото тримесечие на периода, когато токът се увеличава, едс има отрицателна стойност (насочена срещу тока).

През второто тримесечие на периода, когато токът намалява, едс. има положителна стойност (съвпада по посока с тока).

През третото тримесечие на периода течението променя посоката си и се увеличава, следователно ЕДС. насочена срещу тока и има положителна стойност.

През четвъртото тримесечие на периода токът намалява и едс. самоиндукцията има тенденция да поддържа предишното положение на тока и има отрицателна стойност. В резултат токът изостава от напрежението във фаза с ъгъл от 90 O.

Устойчивост на намотка или проводник на променлив ток, причинена от действието на ЕДС нарича се самоиндукция индуктивно съпротивление X L [Ом]. Индуктивното съпротивление е независимо от материала на бобината и площта на напречното сечение на проводника.

В променливотоковите вериги индукторите са свързани последователно и паралелно.

Кога серийна връзка еквивалентна индуктивност на бобини Le и еквивалентното индуктивно съпротивление X L e ще бъде равно:

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

Кога паралелна връзка бобини:

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

тестови въпроси

1. Какви видове съпротивление в променливотокови вериги познавате?

2. Какво означава активна съпротива?

3. Какво е реактивно съпротивление?

4. Какви елементи на веригата създават реактивно съпротивление?

5. Какво е активна мощност?

1. Дайте определението за индуктивност.

2. Какво се случва през първата четвърт от периода на трептящия процес на енергиен обмен между източника и индуктивността?

3. Какво се случва през втората четвърт от периода на трептящия процес на енергиен обмен между източника и индуктивността?

4. Дайте определението за индуктивно съпротивление.

3.3. Кондензатори. Капацитет в променливотоковата верига

Кондензатор - устройство, способно да съхранява електрически заряди.

Най-простият кондензатор се състои от две метални пластини (електроди), разделени с диелектрик.

Всеки кондензатор има номинален капацитет и допустимо напрежение... Напрежението на кондензатора е показано на кутията и не може да бъде надвишено. Кондензаторите се различават по формата на електродите (плоски), вида на диелектрика и капацитета (постоянен и променлив).