Jednofázový střídavý proud

Získávání střídavého proudu

Otáčí-li se drát A v magnetickém toku tvořeném dvěma póly magnetu ve směru hodinových ručiček (obr. 1), pak při křížení siločar magnetického pole indukuje e. d. Obr. s jehož hodnota je určena výrazem

E = Blvsinα,

kde B je magnetická indukce v T, l je délka drátu vm, v je rychlost drátu vm/s, α — úhel, pod kterým drát protíná siločáry magnetického pole.

Nechť B, I a v pro tento případ zůstanou konstantní, pak indukované e. atd. c. bude záviset pouze na úhlu α, pod kterým drát protíná magnetické pole. Takže v bodě 1, když se drát pohybuje podél magnetických siločar, hodnota indukovaného emf. atd. p bude nula, když se drát přesune do bodu 3 oe. atd. v. bude mít největší význam, poněvadž siločáry bude vodič přetínat ve směru k nim kolmém a konečně kupř. atd. v. opět dosáhne nuly, pokud se drát přesune do bodu 5.

Rýže. 1. Změna indukovaného e. atd. str. v drátu rotujícím v magnetickém poli

V mezilehlých bodech 2 a 4, ve kterých drát protíná siločáry pod úhlem α = 45°, je hodnota indukovaného emf. atd. c. bude odpovídajícím způsobem menší než v bodě 3. Když se tedy drát otočí z bodu 1 do bodu 5, tj. o 180°, indukovaný e. atd. v. se mění z nuly na maximum a zpět na nulu.

Je zcela zřejmé, že při dalším otočení drátu A o úhel 180° (přes body 6, 7, 8 a 1) povaha změny indukovaného e. atd. p. bude stejný, ale jeho směr se změní na opačný, protože drát bude křížit magnetické siločáry již pod druhým pólem, což je ekvivalentní jejich křížení v opačném prvním směru.

Proto, když se drát otočí o 360°, indukovaný e. atd. v. se nejen neustále mění ve velikosti, ale také dvakrát mění svůj směr.

Pokud je drát uzavřen na určitý odpor, objeví se drát elektřina, také se liší velikostí a směrem.

Elektrický proud, který se neustále mění ve velikosti a směru, se nazývá střídavý proud.

Co je to sinusovka?

Povaha změny e. atd. (proud) na jedno otočení drátu pro větší přehlednost jsou graficky znázorněny pomocí křivky. Vzhledem k tomu, že hodnota e. atd. c. úměrné sinα, pak po nastavení určitých úhlů je možné pomocí tabulek určit hodnotu sinu každého úhlu a na vhodném měřítku sestrojit křivku pro změnu e. atd. c. K tomu na vodorovné ose dáme stranou úhly natočení drátu a na svislé ose v příslušném měřítku indukované e. atd. s

Pokud bylo dříve uvedeno na obr.1 spojte body hladkou zakřivenou čarou, pak to dá představu o velikosti a povaze změny indukovaného e. atd. (proud) v libovolné poloze vodiče v magnetickém poli. Vzhledem k tomu, že hodnota indukovaného e. atd. p. v každém okamžiku je určen sinem úhlu, pod kterým drát protíná magnetické pole znázorněné na obr. 1 křivka se nazývá sinusoida a e. atd. s. — sinusový.

Rýže. 2. Sinusoida a její charakteristické hodnoty

Změny, na které jsme se podívali e. atd. c. sinusově odpovídají rotaci drátu v magnetickém poli pod úhlem 360°. Když se drát otočí o dalších 360°, změny indukovaného e. atd. s. (a proud) se opět objeví v sinusovce, to znamená, že se budou periodicky opakovat.

V důsledku toho způsobené tímto e. atd. c. se nazývá elektrický proud sinusový střídavý proud... Je zcela zřejmé, že námi naměřené napětí na koncích vodiče A se za přítomnosti uzavřeného vnějšího obvodu bude také měnit sinusově.

Střídavý proud získaný otáčením drátu v magnetickém toku nebo soustavou drátů spojených v cívce se nazývá jednofázový střídavý proud.

V technice se nejvíce používají sinusové střídavé proudy. Můžete však najít střídavé proudy, které se nemění podle sinusového zákona. Takové střídavé proudy se nazývají nesinusové.

Viz také: Co je střídavý proud a jak se liší od stejnosměrného proudu

Amplituda, perioda, frekvence jednofázového střídavého proudu

Síla proudu, měnící se podél sinusoidy, mění se plynule. Pokud je tedy v bodě A (obr. 2) proud roven 3a, pak v bodě B již bude větší.V nějakém jiném bodě sinusoidy, například v bodě C, bude mít proud nyní novou hodnotu a tak dále.

Síla proudu v určitých okamžicích, kdy se mění podél sinusoidy, se nazývá okamžité hodnoty proudu.

Největší okamžitá hodnota jednofázového střídavého proudu se nazývá, když se mění po sinusové amplitudě... Je snadné vidět, že na jedno otočení drátu proud dosáhne své hodnoty amplitudy dvakrát. Jedna z hodnot aa 'je kladná a je tažena od osy 001 a druhá bv 'je záporná a je tažena dolů z osy.

Doba, po kterou se indukované e. atd. (neboli aktuální síla) prochází celým cyklem změn, tzv. měsíčním cyklem T (obr. 2). Perioda se obvykle měří v sekundách.

Převrácená hodnota periody se nazývá frekvence (f). Jinými slovy, frekvence střídavého proudu je počet period za jednotku času, tzn. v sekundách. Pokud tedy například střídavý proud během 1 sekundy nabývá stejné hodnoty a směr desetkrát, pak frekvence takového střídavého proudu bude 10 period za sekundu.

Pro měření frekvence se místo počtu period za sekundu používá jednotka zvaná hertz (hertz). Frekvence 1 hertz se rovná frekvenci 1 lps/s. Při měření vysokých frekvencí je výhodnější použít jednotku 1000x větší než je hertz, tzn. kilohertz (kHz) nebo 1 000 000 krát větší než hertz – megahertz (mhz).

Střídavé proudy používané v technice lze v závislosti na frekvenci rozdělit na nízkofrekvenční proudy a vysokofrekvenční proudy.

AC efektivní hodnota

Stejnosměrný proud procházející drátem jej zahřívá. Pokud drátem pustíte střídavý proud, drát se také zahřeje.Je to pochopitelné, protože ačkoli střídavý proud neustále mění svůj směr, uvolňování tepla vůbec nezávisí na směru proudu v drátu.

Když žárovkou prochází střídavý proud, její vlákno bude svítit. Při standardní frekvenci střídavého proudu 50 Hz nebude docházet k blikání světla, protože vlákno žárovky s tepelnou setrvačností nemá čas vychladnout v době, kdy je proud v obvodu nulový. Používání střídavého proudu o frekvenci nižší než 50 Hz pro svícení je dnes nežádoucí z toho důvodu, že se objevují nepříjemné, oči unavující kolísání intenzity žárovky.

Pokračujeme-li v analogii se stejnosměrným proudem, můžeme očekávat, že se kolem něj vytvoří střídavý proud protékající vodičem magnetické pole. Střídavý proud ve skutečnosti nevytváří magnetické pole, ale protože magnetické pole, které vytváří, bude také proměnlivé ve směru a velikosti.

Střídavý proud se neustále mění jak ve velikosti, tak ve směru NS. Přirozeně vyvstává otázka, jak dobře změřit proměnnou T a jakou její hodnotu při změně podél sinusoidy považovat za příčinu té či oné akce.

C Pro tento účel je střídavý proud porovnáván z hlediska působení, které vytváří, se stejnosměrným proudem, jehož hodnota zůstává během experimentu nezměněna.

Předpokládejme, že drátem o konstantním odporu 10 A protéká stejnosměrný proud a zjistí se, že drát je zahřátý na teplotu 50 °.Pokud nyní stejným drátem procházíme ne stejnosměrný, ale střídavý proud, a tak zvolíme jeho hodnotu (působící např. reostatem) tak, aby se drát zahřál také na teplotu 50°, pak v v tomto případě můžeme říci, že působení střídavého proudu se rovná působení stejnosměrného proudu.

Zahřátí drátu v obou případech na stejnou teplotu ukazuje, že za jednotku času uvolňuje střídavý proud v drátu stejné množství tepla jako stejnosměrný proud.

Střídavý sinusový proud, který vyzařuje pro daný odpor za jednotku času stejné množství tepla jako stejnosměrný proud ekvivalentní velikosti stejnosměrného proudu... Tato hodnota proudu se nazývá efektivní (Id) nebo efektivní hodnota střídavého proudu. Proto pro náš příklad bude efektivní hodnota střídavého proudu 10 A... V tomto případě maximální (špičkové) hodnoty proudu překročí průměrnou hodnotu.

Zkušenosti a výpočty ukazují, že efektivní hodnoty střídavého proudu jsou menší než jeho hodnoty amplitudy v √2 (1,41) krát. Pokud je tedy známa špičková hodnota proudu, pak lze efektivní hodnotu proudu Id určit vydělením amplitudy proudu Ia √2, tj. Id = Aza/√2

Naopak, pokud je známa efektivní hodnota proudu, lze vypočítat špičkovou hodnotu proudu, tj. Ia = Azd√2

Stejné vztahy budou platit pro hodnoty amplitudy a efektivní hodnoty e. atd. v. a napětí: Jednotka = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Měřicí přístroje nejčastěji ukazují skutečné hodnoty, proto se při zápisu obvykle index «d» vynechává, ale neměli byste na něj zapomínat.

Impedance ve střídavých obvodech

Když jsou indukční a kapacitní spotřebiče připojeny ke střídavému obvodu, je třeba uvažovat jak aktivní, tak reaktanční (reakce nastává, když je kondenzátor zapnutý resp. tlumivky ve střídavém obvodu). Proto je při určování proudu procházejícího takovýmto spotřebičem nutné vydělit napájecí napětí impedancí obvodu (spotřebiče).

Impedance (Z) jednofázového střídavého obvodu je určena následujícím vzorcem:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

kde R je aktivní odpor obvodu v ohmech, L je indukčnost obvodu v henry, C je kapacita obvodu (kondenzátoru) ve faradech, ω — úhlová frekvence střídavého proudu.

Různé spotřebiče se používají v obvodech střídavého proudu, kde je nutné uvažovat buď tři hodnoty R, L, C nebo pouze některé z nich. Současně je třeba vzít v úvahu úhlovou frekvenci střídavého proudu.

U některých uživatelů lze u odpovídajících hodnot rohové frekvence vzít v úvahu pouze hodnoty R a L. Například při frekvenci střídavého proudu 50 Hz cívka solenoidu nebo vinutí generátoru lze považovat pouze za obsahující aktivní a indukční odpor. Jinými slovy, kapacita v tomto případě může být zanedbaná. Potom lze AC impedanci takového uživatele vypočítat podle vzorce:

Z = √(R2 + ω2L2)

Pokud je taková cívka nebo cívka určená pro provoz na střídavý proud připojena na stejnosměrný proud o stejném napětí, bude cívkou protékat velmi velký proud, což může vést k výraznému vývinu tepla a může dojít k poškození izolace cívky. Naopak cívkou navrženou pro provoz v obvodu stejnosměrného proudu a připojenou k obvodu střídavého proudu o stejném napětí bude protékat malý proud a zařízení, ve kterém je tato cívka použita, neprovede požadovanou činnost.

Odporový trojúhelník, napěťový trojúhelník a výkonový trojúhelník: