กระแสสลับเฟสเดียว

การได้มาซึ่งกระแสสลับ

ถ้าลวด A หมุนในฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขั้วทั้งสองของแม่เหล็กในทิศทางตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 1) จากนั้นเมื่อลวดตัดผ่านเส้นสนามแม่เหล็ก มันจะเหนี่ยวนำ e d s ซึ่งค่าถูกกำหนดโดยนิพจน์

E = Blvsinα,

โดยที่ B คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กใน T, l คือความยาวของเส้นลวดในหน่วย m, v คือความเร็วของเส้นลวดในหน่วย m / s, α คือมุมที่เส้นลวดตัดผ่านเส้นสนามแม่เหล็ก

ให้ B, I และ v สำหรับกรณีนี้คงที่ แล้ว e เหนี่ยวนำ เป็นต้น c. จะขึ้นอยู่กับมุม α ที่เส้นลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็กเท่านั้น ดังนั้น ณ จุดที่ 1 เมื่อเส้นลวดเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามแม่เหล็ก ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เป็นต้น p จะเป็นศูนย์เมื่อเส้นลวดเคลื่อนที่ไปยังจุด 3 OE เป็นต้น v. จะมีความสำคัญมากที่สุด เนื่องจากเส้นแรงจะถูกข้ามโดยตัวนำในทิศทางที่ตั้งฉากกับเส้นเหล่านั้น และสุดท้าย เช่น เป็นต้น v. จะถึงศูนย์อีกครั้งถ้าลวดถูกเลื่อนไปที่จุดที่ 5

ข้าว. 1. การเปลี่ยนตัวเหนี่ยวนำ เป็นต้น หน้าในเส้นลวดที่หมุนในสนามแม่เหล็ก

ที่จุดกึ่งกลาง 2 และ 4 ซึ่งเส้นลวดตัดผ่านเส้นแรงที่มุม α = 45 ° ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เป็นต้น c. จะน้อยกว่าที่จุด 3 ตามลำดับ ดังนั้นเมื่อลวดถูกหมุนจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 5 นั่นคือ 180 ° การเหนี่ยวนำ e เป็นต้น v. เปลี่ยนจากศูนย์เป็นสูงสุดและกลับเป็นศูนย์.

ค่อนข้างชัดเจนว่าเมื่อหมุนลวด A ต่อไปที่มุม 180 ° (ผ่านจุดที่ 6, 7, 8 และ 1) ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำ e เป็นต้น หน้า จะเหมือนกัน แต่ทิศทางจะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้ามเนื่องจากเส้นลวดจะข้ามเส้นสนามแม่เหล็กที่อยู่ใต้อีกขั้วหนึ่งซึ่งเทียบเท่ากับการข้ามพวกมันในทิศทางตรงกันข้าม

ดังนั้นเมื่อหมุนลวด 360 ° การเหนี่ยวนำ e เป็นต้น v. ไม่เพียงแต่เปลี่ยนขนาดตลอดเวลา แต่ยังเปลี่ยนทิศทางสองครั้งด้วย

หากเส้นลวดถูกปิดที่ความต้านทานเส้นลวดจะปรากฏขึ้น ไฟฟ้ามีขนาดและทิศทางแตกต่างกันด้วย

กระแสไฟฟ้าที่มีขนาดและทิศทางเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง เรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ

คลื่นไซน์คืออะไร?

ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงจ. เป็นต้น (กระแส) สำหรับหนึ่งรอบของลวดเพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น พวกมันจะถูกแสดงเป็นกราฟิกโดยใช้เส้นโค้ง เนื่องจากค่า e เป็นต้น c. สัดส่วนกับ sinα จากนั้นเมื่อตั้งค่ามุมที่แน่นอนแล้ว ก็เป็นไปได้ ด้วยความช่วยเหลือของตาราง เพื่อกำหนดค่าไซน์ของแต่ละมุม และในระดับที่เหมาะสมเพื่อสร้างเส้นโค้งสำหรับการเปลี่ยนแปลงของ e เป็นต้น c ในการทำเช่นนี้บนแกนนอนเราจะแยกมุมของการหมุนของเส้นลวดและบนแกนตั้ง e ที่เหนี่ยวนำในระดับที่เหมาะสม เป็นต้น กับ

หากระบุไว้ก่อนหน้านี้ในรูป1 เชื่อมต่อจุดด้วยเส้นโค้งเรียบจากนั้นจะให้ความคิดเกี่ยวกับขนาดและธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำ e เป็นต้น (กระแส) ที่ตำแหน่งใดๆ ของตัวนำในสนามแม่เหล็ก เนื่องจากค่าของการเหนี่ยวนำ e เป็นต้น p. ณ ช่วงเวลาใดๆ ถูกกำหนดโดยไซน์ของมุมที่เส้นลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่แสดงในรูปที่ 1 เส้นโค้งเรียกว่า sinusoid และ e เป็นต้น s. — ไซน์

ข้าว. 2. ไซน์ไซด์และค่าลักษณะเฉพาะของมัน

การเปลี่ยนแปลงที่เราดูที่จ. เป็นต้น ค. สอดคล้องกับการหมุนของเส้นลวดในสนามแม่เหล็กที่มุม 360 ° เมื่อลวดถูกหมุน 360° ถัดไป การเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำ e เป็นต้น s.(และปัจจุบัน) จะปรากฏขึ้นอีกครั้งในคลื่นไซน์ นั่นคือ จะเกิดซ้ำเป็นระยะๆ

ดังนั้นเกิดจากอีนี้ เป็นต้น ค. เรียกว่า กระแสไฟฟ้า กระแสสลับไซน์... ค่อนข้างชัดเจนว่าแรงดันไฟฟ้าที่เราวัดได้ที่ปลายสาย A เมื่อมีวงจรภายนอกปิดจะเปลี่ยนในลักษณะไซน์เช่นกัน

กระแสสลับที่ได้จากการหมุนลวดในฟลักซ์แม่เหล็กหรือระบบสายไฟที่ต่อในขดลวดเรียกว่าไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว

กระแสสลับไซน์เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม คุณสามารถหากระแสสลับที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามกฎของไซน์ได้ กระแสสลับดังกล่าวเรียกว่า non-sinusoidal

ดูสิ่งนี้ด้วย: ไฟฟ้ากระแสสลับคืออะไรและแตกต่างจากไฟฟ้ากระแสตรงอย่างไร

แอมพลิจูด คาบ ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว

ความแรงในปัจจุบัน, เปลี่ยนแปลงตามไซน์ไซด์, เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง. ดังนั้นหากที่จุด A (รูปที่ 2) กระแสเท่ากับ 3a ดังนั้นที่จุด B ก็จะมีค่ามากกว่าที่จุดอื่นบนไซน์ไซด์ เช่น ที่จุด C กระแสจะมีค่าใหม่ เป็นต้น

ความแรงของกระแสในบางช่วงเวลาที่มันเปลี่ยนไปตามไซน์เรียกว่าค่าปัจจุบันทันที

ค่าทันทีที่ใหญ่ที่สุดของกระแสสลับเฟสเดียวเรียกว่าเมื่อมันเปลี่ยนไปตามแอมพลิจูดไซน์... เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าสำหรับการหมุนลวดหนึ่งครั้ง กระแสจะถึงค่าแอมพลิจูดสองครั้ง ค่าหนึ่งของ aa' เป็นค่าบวกและดึงขึ้นจากแกน 001 และค่า bv' อีกค่าหนึ่งเป็นค่าลบและดึงลงมาจากแกน

เวลาที่เหนี่ยวนำ e เป็นต้น (หรือแรงปัจจุบัน) ต้องผ่านวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ที่เรียกว่าวัฏจักรรายเดือน T (รูปที่ 2) ระยะเวลามักจะวัดเป็นวินาที

ส่วนกลับของช่วงเวลาเรียกว่าความถี่ (f) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความถี่กระแสสลับ คือจำนวนงวดต่อหน่วยเวลา เช่น ในไม่กี่วินาที ตัวอย่างเช่น หากกระแสสลับภายใน 1 วินาทีถือว่าค่าและทิศทางเดียวกันสิบครั้ง ความถี่ของกระแสสลับดังกล่าวจะเท่ากับ 10 รอบต่อวินาที

ในการวัดความถี่ จะใช้หน่วยที่เรียกว่าเฮิรตซ์ (เฮิรตซ์) แทนจำนวนช่วงเวลาต่อวินาที ความถี่ 1 เฮิรตซ์ เท่ากับความถี่ 1 lps/วินาที เมื่อทำการวัดความถี่สูงจะสะดวกกว่าที่จะใช้หน่วยที่ใหญ่กว่าเฮิรตซ์ 1,000 เท่าเช่น กิโลเฮิรตซ์ (kHz) หรือมากกว่า 1,000,000 เท่าของเฮิรตซ์ — เมกะเฮิรตซ์ (mhz)

กระแสสลับที่ใช้ในเทคโนโลยีขึ้นอยู่กับความถี่ สามารถแบ่งออกเป็นกระแสความถี่ต่ำและกระแสความถี่สูง

ค่า AC rms

กระแสตรงผ่านลวดทำให้ร้อน หากคุณใช้ไฟฟ้ากระแสสลับผ่านสายไฟ สายไฟก็จะร้อนขึ้นด้วยสิ่งนี้สามารถเข้าใจได้เนื่องจากแม้ว่ากระแสสลับจะเปลี่ยนทิศทางตลอดเวลา แต่การปล่อยความร้อนไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในเส้นลวดเลย

เมื่อกระแสสลับผ่านหลอดไฟ ไส้หลอดจะเรืองแสง ที่ความถี่กระแสสลับมาตรฐาน 50 Hz จะไม่มีการกะพริบของแสงเนื่องจากไส้ของหลอดไส้ที่มีความเฉื่อยทางความร้อนไม่มีเวลาที่จะเย็นลงในเวลาที่กระแสในวงจรเป็นศูนย์ การใช้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่น้อยกว่า 50 Hz เพื่อให้แสงสว่างเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาในขณะนี้เนื่องจากความผันผวนของความเข้มของหลอดไฟที่ไม่พึงประสงค์และทำให้ตาเมื่อยล้าปรากฏขึ้น

จากการเปรียบเทียบไฟฟ้ากระแสตรงต่อไป เราสามารถคาดหวังได้ว่ากระแสสลับที่ไหลผ่านสายไฟจะเกิดขึ้นรอบๆ สนามแม่เหล็ก. nกระแสสลับไม่ได้สร้างสนามแม่เหล็ก แต่เนื่องจากสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะแปรผันตามทิศทางและขนาดด้วย

กระแสสลับเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาทั้งขนาดและทิศทางNS โดยธรรมชาติแล้ว คำถามเกิดขึ้นจากวิธีการวัดค่าตัวแปร T ให้ดี และค่าของมันเมื่อเปลี่ยนไปตามไซน์ไซด์ควรถูกมองว่าเป็นสาเหตุของการกระทำนี้หรือสิ่งนั้น

C เพื่อจุดประสงค์นี้ กระแสสลับจะถูกเปรียบเทียบในแง่ของการกระทำที่เกิดขึ้นกับกระแสตรง ซึ่งค่าของกระแสนั้นจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทดลอง

สมมติว่ากระแสตรงไหลผ่านลวดที่มีความต้านทานคงที่ 10 A และพบว่าลวดมีความร้อนถึงอุณหภูมิ 50 °หากตอนนี้เราผ่านสายไฟเดียวกันไม่ใช่กระแสตรง แต่เป็นกระแสสลับดังนั้นเราจึงเลือกค่าของมัน (เช่นทำหน้าที่ด้วยรีโอสแตท) เพื่อให้ลวดได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 50 °ด้วย กรณีนี้อาจกล่าวได้ว่าการกระทำของกระแสสลับเท่ากับการกระทำของกระแสตรง

การทำให้ลวดร้อนในทั้งสองกรณีที่อุณหภูมิเท่ากันแสดงว่าในหน่วยเวลา กระแสสลับจะให้ความร้อนในปริมาณที่เท่ากันกับไฟฟ้ากระแสตรงในเส้นลวด

กระแสสลับไซน์ที่ปล่อยออกมาสำหรับความต้านทานที่กำหนดต่อหน่วยเวลาในปริมาณความร้อนที่เท่ากันกับกระแสตรงที่มีขนาดเท่ากับกระแสตรง... ค่าปัจจุบันนี้เรียกว่าค่าประสิทธิผล (Id) หรือค่าประสิทธิผลของกระแสสลับ .. ดังนั้นสำหรับตัวอย่างของเรา ค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสสลับจะเป็น 10 A... ในกรณีนี้ ค่ากระแสสูงสุด (สูงสุด) จะเกินค่าเฉลี่ยในขนาด

ประสบการณ์และการคำนวณแสดงให้เห็นว่าค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสสลับนั้นน้อยกว่าค่าแอมพลิจูดใน√2 (1.41) เท่า ดังนั้น หากทราบค่าสูงสุดของกระแสไฟฟ้า ค่าที่มีประสิทธิภาพของ Id ปัจจุบันสามารถกำหนดได้โดยการหารแอมพลิจูดของ Ia ปัจจุบันด้วย √2 เช่น Id = Aza/√2

ในทางกลับกัน หากทราบค่า rms ของกระแส ก็จะสามารถคำนวณค่าสูงสุดของกระแสได้ เช่น Ia = Azd√2

ความสัมพันธ์เดียวกันจะคงไว้สำหรับค่าแอมพลิจูดและค่า rms ของ e เป็นต้น v. และแรงดันไฟฟ้า: หน่วย = Ea /√2, Ud = Uа/√2

อุปกรณ์วัดส่วนใหญ่มักจะแสดงค่าจริง ดังนั้นเมื่อทำสัญลักษณ์ ดัชนี «d» มักจะถูกละไว้ แต่คุณไม่ควรลืม

อิมพีแดนซ์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เมื่อผู้บริโภคตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ต้องพิจารณาทั้งแอ็คทีฟและรีแอกแตนซ์ (รีแอกแตนซ์เกิดขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุเปิดหรือ สำลักในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ). ดังนั้นเมื่อพิจารณากระแสที่ไหลผ่านผู้บริโภคจำเป็นต้องแบ่งแรงดันไฟฟ้าตามอิมพีแดนซ์ของวงจร (ผู้บริโภค)

อิมพีแดนซ์ (Z) ของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

โดยที่ R คือความต้านทานที่ใช้งานของวงจรเป็นโอห์ม L คือค่าความเหนี่ยวนำของวงจรเป็นเฮนรี่ C คือความจุของวงจร (ตัวเก็บประจุ) ในหน่วยฟารัด ω คือความถี่เชิงมุมของกระแสสลับ

ผู้บริโภคที่แตกต่างกันใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งจำเป็นต้องพิจารณาค่าทั้งสามของ R, L, C หรือเพียงบางส่วนเท่านั้น ในขณะเดียวกันต้องคำนึงถึงความถี่เชิงมุมของกระแสสลับด้วย

สำหรับผู้ใช้บางรายสามารถพิจารณาเฉพาะค่าของ R และ L ที่ค่าความถี่มุมที่สอดคล้องกันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ที่ความถี่ AC 50 Hz ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า หรือขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถพิจารณาได้ว่ามีความต้านทานแบบแอคทีฟและอุปนัยเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งความจุในกรณีนี้สามารถถูกละเลยได้ จากนั้นสามารถคำนวณค่าอิมพีแดนซ์ AC ของผู้ใช้ดังกล่าวโดยใช้สูตร:

Z = √(R2 + ω2L2)

หากต่อขดลวดหรือขดลวดที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานของไฟฟ้ากระแสสลับกับไฟฟ้ากระแสตรงที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน กระแสไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่มากจะไหลผ่านขดลวด ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ และฉนวนของขดลวดอาจเสียหายได้ . ในทางตรงกันข้าม กระแสไฟเล็ก ๆ จะไหลผ่านขดลวดที่ออกแบบมาเพื่อทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันและอุปกรณ์ที่ใช้ขดลวดนี้จะไม่ดำเนินการตามที่จำเป็น

สามเหลี่ยมความต้านทาน สามเหลี่ยมแรงดันไฟฟ้า และสามเหลี่ยมกำลัง: