Paràmetres bàsics del corrent altern: període, freqüència, fase, amplitud, oscil·lacions harmòniques

El corrent altern és un corrent elèctric la direcció i la força del qual canvien periòdicament. Com que normalment la força del corrent altern varia segons una llei sinusoïdal, el corrent altern és fluctuacions sinusoïdals de tensió i corrent.

Per tant, tot el que s'aplica a les oscil·lacions elèctriques sinusoïdals és aplicable al corrent altern. Les oscil·lacions sinusoïdals són oscil·lacions en les quals el valor oscil·lant varia segons la llei sinusoïdal.En aquest article parlarem dels paràmetres de CA.

El canvi de FEM i el canvi de corrent d'una càrrega lineal connectada a aquesta font seguiran una llei sinusoïdal. En aquest cas, els CEM alterns, les tensions alternes i els corrents es poden caracteritzar pels seus quatre paràmetres principals:

• període;

• freqüència;

• amplitud;

• valor efectiu.

També hi ha paràmetres addicionals:

• freqüència angular;

• fase;

• valor immediat.

A continuació, veurem tots aquests paràmetres per separat i conjuntament.

Període T.

Període: el temps que triga un sistema que està oscil·lant a passar per tots els estats intermedis i tornar al seu estat inicial de nou.

El període T d'un corrent altern és l'interval de temps durant el qual el corrent o la tensió fa un cicle complet de canvis.

Com que la font de corrent altern és un generador, el període està relacionat amb la velocitat de rotació del seu rotor, i com més gran sigui la velocitat de rotació del bobinatge o del rotor del generador, més curt és el període de l'EMF altern generat i, en conseqüència, el corrent altern de càrrega, resulta.

El període es mesura en segons, mil·lisegons, microsegons, nanosegons, depenent de la situació particular en què es consideri aquest corrent. La figura anterior mostra com la tensió U canvia amb el temps mentre té un període característic constant T.

Freqüència f

La freqüència f és el recíproc del període i és numèricament igual al nombre de períodes de canvi de corrent o EMF en 1 segon. És a dir, f = 1 / T. La unitat de mesura de la freqüència és l'hertz (Hz), el nom del físic alemany Heinrich Hertz, que va fer una contribució important al desenvolupament de l'electrodinàmica al segle XIX. Com més curt sigui el període, més gran serà la freqüència de l'EMF o canvi actual.

Avui a Rússia, la freqüència estàndard del corrent altern a les xarxes elèctriques és de 50 Hz, és a dir, apareixen 50 fluctuacions de la tensió de la xarxa en 1 segon.

En altres àrees de l'electrodinàmica, s'utilitzen freqüències més altes, per exemple 20 kHz i més en els inversors moderns, i fins a diversos MHz en àrees més estretes d'electrodinàmica. A la figura anterior podeu veure que hi ha 50 oscil·lacions completes en un segon, cadascuna amb una durada de 0,02 segons i 1 / 0,02 = 50.

A partir dels gràfics dels canvis del corrent altern sinusoïdal al llarg del temps, es pot veure que els corrents de diferents freqüències contenen un nombre diferent de períodes en el mateix interval de temps.

Freqüència angular

Freqüència angular: el nombre d'oscil·lacions realitzades en 2pi sec.

En un període, la fase de l'EMF sinusoïdal o corrent sinusoïdal canvia en 2pi radians o 360 °, per tant, la freqüència angular del corrent sinusoïdal altern és igual a:

Utilitzeu el nombre d'oscil·lacions en 2pi s (no en 1 s.) És convenient perquè en les fórmules que expressen la llei del canvi de tensió i corrent durant les oscil·lacions harmòniques, expressen la resistència inductiva o capacitiva del corrent altern, i en moltes altres casos la freqüència d'oscil·lació n apareix juntament amb el multiplicador 2pi.

Fase

Fase — estat, etapa d'un procés periòdic. El terme fase té un significat més definit en el cas d'oscil·lacions sinusoïdals. A la pràctica, normalment no és la fase en si mateixa la que juga un paper, sinó el canvi de fase entre dos processos periòdics qualsevol.

En aquest cas, el terme «fase» s'entén com una etapa del desenvolupament del procés, i en aquest cas, en relació amb els corrents alterns i les tensions sinusoïdals, la fase s'anomena estat del corrent altern en un moment determinat de temps.

Les figures mostren: la coincidència de la tensió U1 i el corrent I1 en fase, la tensió U1 i U2 en antifase, així com el desfasament entre el corrent I1 i la tensió U2. El canvi de fase es mesura en radians, parts d'un període, en graus.

Vegeu també: Què és la fase, l'angle de fase i el canvi de fase

Amplitud Um i Im

Parlant de la magnitud del corrent altern sinusoïdal o EMF altern sinusoïdal, el valor més alt de FEM o corrent s'anomena valor d'amplitud o amplitud (màxim).

Amplitud — el valor més gran de la quantitat que realitza oscil·lacions harmòniques (per exemple, el valor màxim de la intensitat del corrent en corrent altern, la desviació del pèndol oscil·lant de la posició d'equilibri), la major desviació de la magnitud oscil·lant d'un determinat valor, condicionalment acceptat com a zero inicial.

En sentit estricte, el terme amplitud es refereix només a oscil·lacions sinusoïdals, però normalment s'aplica (no del tot correctament) en el sentit anterior a totes les oscil·lacions.

Si parlem d'un alternador, l'EMF dels seus terminals dues vegades per període assoleix un valor d'amplitud, el primer dels quals és + Em, el segon és Em, respectivament, durant els semicicles positius i negatius. El corrent I es comporta de manera similar i es denota per Im en conseqüència.

Vibracions harmòniques — oscil·lacions en les quals una magnitud oscil·lant, com la tensió en un circuit elèctric, canvia amb el temps segons una llei harmònica sinusoïdal o cosinus. Representat gràficament per una corba sinusoïdal.

Els processos reals només poden aproximar oscil·lacions harmòniques. Tanmateix, si les oscil·lacions reflecteixen les característiques més característiques del procés, aquest procés es considera harmònic, cosa que facilita molt la solució de molts problemes físics i tècnics.

Els moviments propers a les oscil·lacions harmòniques es donen en diversos sistemes: mecànics (oscil·lacions d'un pèndol), acústics (oscil·lacions d'una columna d'aire en un tub d'orgue), electromagnètics (oscil·lacions en un circuit LC), etc.La teoria de les oscil·lacions considera aquests fenòmens, de naturalesa física diferent, des d'un punt de vista unificat i determina les seves propietats comunes.

És convenient representar gràficament les oscil·lacions harmòniques utilitzant un vector que gira a velocitat angular constant al voltant d'un eix perpendicular a aquest vector i que passa pel seu origen. La velocitat angular de gir del vector correspon a la freqüència circular de l'oscil·lació harmònica.

Diagrama vectorial d'una vibració harmònica

Un procés periòdic de qualsevol forma es pot descompondre en una sèrie infinita d'oscil·lacions harmòniques simples amb diferents freqüències, amplituds i fases.

Harmoniós — una vibració harmònica la freqüència de la qual és un nombre sencer de vegades més gran que la freqüència d'alguna altra vibració, anomenada to fonamental. El nombre de l'harmònic indica quantes vegades la seva freqüència és més gran que la freqüència del to fonamental (per exemple, el tercer harmònic és una vibració harmònica amb una freqüència tres vegades superior a la freqüència del to fonamental).

Qualsevol oscil·lació periòdica però no harmònica (és a dir, diferent en forma de la sinusoïdal) es pot representar com una suma d'oscil·lacions harmòniques: el to fonamental i un nombre d'harmònics. Com més difereix de forma l'oscil·lació considerada d'una sinusoïdal, més harmònics conté.

Valor instantani de u i i

El valor de la FEM o corrent en un moment determinat s'anomena valor instantani, es denoten amb les lletres minúscules u i i. Però com que aquests valors canvien constantment, és inconvenient estimar-ne els corrents alternatius i els CEM.

Valors RMS de I, E i U

La capacitat del corrent altern per realitzar treballs útils, com ara girar mecànicament el rotor d'un motor o produir calor en un dispositiu de calefacció, s'estima convenientment mitjançant els valors efectius de fems i corrents.

Tan, valor actual efectiu s'anomena el valor d'aquest corrent continu que, en passar per un conductor durant un període del corrent altern considerat, produeix el mateix treball mecànic o la mateixa quantitat de calor que aquest corrent altern.

Els valors RMS de tensions, fem i corrents s'indiquen amb majúscules I, E i U. Per a corrent altern sinusoïdal i per a tensió alterna sinusoïdal, els valors efectius són:

Per descriure xarxes elèctriques, és convenient utilitzar el valor efectiu de corrent i tensió. Per exemple, un valor de 220-240 volts és el valor efectiu de la tensió en endolls domèstics moderns i l'amplitud és molt més alta: de 311 a 339 volts.

El mateix amb el corrent, per exemple quan diuen que un corrent de 8 amperes flueix per un aparell de calefacció domèstic, significa un valor efectiu, mentre que l'amplitud és de 11,3 amperes.

D'una manera o altra, el treball mecànic i l'energia elèctrica en les instal·lacions elèctriques són proporcionals als valors efectius de tensions i corrents. Una part significativa dels dispositius de mesura mostren exactament els valors efectius de tensions i corrents.