ระยะเวลาและความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับ

คำนี้ «กระแสไฟฟ้าสลับ» ควรเข้าใจว่าเป็นกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาไม่ว่าในทางใดทางหนึ่ง ตามแนวคิดของ «ปริมาณแปรผัน» ที่นำมาใช้ในวิชาคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า คำว่า «กระแสไฟฟ้าสลับ» หมายถึงกระแสไฟฟ้าที่ป้อนในทิศทางหนึ่ง (ตรงข้ามกับ กระแสไฟฟ้าที่มีทิศทางคงที่) และขนาด เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ทางกายภาพที่จะจินตนาการถึงการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในทิศทางที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดที่สอดคล้องกัน

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในตัวนำ ครั้งแรกในทิศทางหนึ่งและจากนั้นในทิศทางอื่น เรียกว่าการสั่นของกระแสสลับ การสั่นครั้งแรกจะตามมาด้วยครั้งที่สอง จากนั้นการสั่นครั้งที่สาม ฯลฯ เมื่อกระแสในเส้นลวดแกว่งไปมา การสั่นของสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกันจะเกิดขึ้น

เวลาของการแกว่งหนึ่งครั้งเรียกว่าคาบและเขียนแทนด้วยตัวอักษร T คาบแสดงเป็นวินาทีหรือหน่วยเป็นเศษส่วนของวินาทีเหล่านี้คือ: หนึ่งในพันของวินาทีคือมิลลิวินาที (ms) เท่ากับ 10-3 วินาที หนึ่งในล้านของวินาทีคือไมโครวินาที (μs) เท่ากับ 10-6 วินาที และหนึ่งในพันล้านวินาทีคือนาโนวินาที (ns ) เท่ากับ 10 -9 วินาที

ปริมาณลักษณะสำคัญ กระแสสลับคือความถี่ มันแทนจำนวนการแกว่งหรือจำนวนคาบต่อวินาทีและเขียนแทนด้วยตัวอักษร f หรือ F หน่วยของความถี่คือ เฮิรตซ์ ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Hertz และย่อเป็นตัวอักษร Hz (หรือ Hz) หากการสั่นสมบูรณ์หนึ่งครั้งเกิดขึ้นในหนึ่งวินาที ความถี่จะเท่ากับหนึ่งเฮิรตซ์ เมื่อเกิดการสั่นสะเทือน 10 ครั้งภายในหนึ่งวินาที ความถี่คือ 10 Hz ความถี่และระยะเวลาเป็นส่วนกลับ:

และ

ที่ความถี่ 10 Hz ระยะเวลา 0.1 วินาที และถ้าระยะเวลาคือ 0.01 วินาที ความถี่ก็จะเท่ากับ 100 Hz

ความถี่เป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของไฟฟ้ากระแสสลับ เครื่องจักร ไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับสามารถทำงานได้ตามปกติที่ความถี่ตามที่ออกแบบไว้เท่านั้น การทำงานแบบขนานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสถานีในเครือข่ายทั่วไปสามารถทำได้ที่ความถี่เดียวกันเท่านั้น ดังนั้นในทุกประเทศ ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าจึงเป็นมาตรฐานตามกฎหมาย

ในเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ความถี่คือ 50 Hz กระแสไหลห้าสิบครั้งต่อวินาทีในทิศทางเดียวและห้าสิบครั้งในทิศทางตรงกันข้าม มันถึงค่าแอมพลิจูดร้อยครั้งต่อวินาทีและมีค่าเท่ากับศูนย์ร้อยครั้ง นั่นคือจะเปลี่ยนทิศทางเป็นร้อยครั้งเมื่อข้ามค่าศูนย์ หลอดไฟที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายจะดับลงร้อยครั้งต่อวินาทีและสว่างขึ้นในจำนวนครั้งเท่าเดิม แต่ตาไม่สังเกตเห็นสิ่งนี้เนื่องจากความเฉื่อยทางสายตา นั่นคือความสามารถในการรักษาการแสดงผลที่ได้รับเป็นเวลาประมาณ 0.1 วินาที

เมื่อคำนวณด้วยกระแสสลับจะใช้ความถี่เชิงมุมซึ่งเท่ากับ 2pif หรือ 6.28f ไม่ควรแสดงเป็นเฮิรตซ์ แต่เป็นเรเดียนต่อวินาที

ด้วยความถี่ที่ยอมรับได้ของกระแสอุตสาหกรรมที่ 50 Hz ความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ 50 r / s (p = 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์ไบน์ถูกสร้างขึ้นสำหรับรอบการหมุนจำนวนนี้ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำ จำนวนรอบของกังหันไฮดรอลิกและเครื่องกำเนิดไฮโดรเจนที่ขับเคลื่อนโดยขึ้นอยู่กับสภาวะทางธรรมชาติ (โดยหลักอยู่ที่แรงดัน) และผันผวนภายในขอบเขตกว้าง บางครั้งอาจลดลงถึง 0.35 — 0.50 รอบ/วินาที

จำนวนรอบของการหมุนมีอิทธิพลอย่างมากต่อตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจของเครื่องจักร - ขนาดและน้ำหนัก เครื่องกำเนิดพลังน้ำที่มีการหมุนไม่กี่รอบต่อวินาทีมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่ใหญ่กว่า 3 ถึง 5 เท่าและมีน้ำหนักมากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันที่มีกำลังเท่ากันหลายเท่า n = 50 รอบ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสมัยใหม่ ระบบแม่เหล็กจะหมุน และสายไฟที่เหนี่ยวนำ EMF จะอยู่ในส่วนที่อยู่กับที่ของเครื่อง

กระแสสลับมักจะแบ่งตามความถี่ กระแสที่มีความถี่น้อยกว่า 10,000 Hz เรียกว่ากระแสความถี่ต่ำ (กระแส LF) สำหรับกระแสเหล่านี้ ความถี่จะสอดคล้องกับความถี่ของเสียงต่างๆ ของเสียงมนุษย์หรือเครื่องดนตรี ดังนั้นจึงเรียกว่ากระแสความถี่เสียง (ยกเว้นกระแสที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 Hz ซึ่งไม่สอดคล้องกับความถี่เสียง) . ในงานวิศวกรรมวิทยุ กระแสความถี่ต่ำถูกใช้อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการส่งสัญญาณวิทยุโทรศัพท์

อย่างไรก็ตาม กระแสสลับที่มีความถี่สูงกว่า 10,000 Hz มีบทบาทหลักในการสื่อสารทางวิทยุ ซึ่งเรียกว่ากระแสความถี่สูงหรือความถี่วิทยุ (กระแส HF)ในการวัดความถี่ของกระแสเหล่านี้ จะใช้หน่วยต่อไปนี้: กิโลเฮิรตซ์ (kHz) เท่ากับหนึ่งพันเฮิรตซ์ เมกะเฮิรตซ์ (MHz) เท่ากับหนึ่งล้านเฮิรตซ์ และกิกะเฮิรตซ์ (GHz) เท่ากับหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์ มิฉะนั้น กิโลเฮิรตซ์ เมกะเฮิรตซ์ และกิกะเฮิรตซ์หมายถึง kHz, MHz, GHz กระแสที่มีความถี่ตั้งแต่หลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ขึ้นไปเรียกว่ากระแสความถี่สูงพิเศษหรือความถี่สูงพิเศษ (UHF และ UHF)

สถานีวิทยุทำงานโดยใช้กระแสสลับ HF ที่มีความถี่หลายร้อยกิโลเฮิรตซ์และสูงกว่า ในเทคโนโลยีวิทยุสมัยใหม่ กระแสที่มีความถี่หลายพันล้านเฮิรตซ์ถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ และมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดความถี่สูงพิเศษดังกล่าวได้อย่างแม่นยำ