Переменный электрический ток и его характеристики

1 кГц (один килогерц) = 1 000 Гц (одна тысяча герц)

Содержание

Помимо постоянного тока (который не изменяется со временем), существует переменный ток, который изменяет свою величину и направление со временем.

Альтернаторы, в том числе автомобильные, вырабатывают переменный ток, который затем преобразуется в постоянный.

Как правило, переменный ток изменяется во времени синусоидально. Для его описания используются дополнительные параметры – частота и амплитуда.

Рисунок 10 Амплитуда

Частота – это мера количества полных колебаний тока (или напряжения) в секунду. Частота измеряется в герцах (один герц равен одному колебанию в секунду).

Таблица 6: Единицы измерения частоты

1 кГц (один килогерц) = 1 000 Гц (одна тысяча герц)

1 МГц (один мегагерц) = 1 ООО кГц (одна тысяча килогерц)

1 МГц (один мегагерц) = 1 ООО Гц (один миллион герц)

Для определения этого можно использовать частотомер, но на практике обычно применяется осциллограф, который может показать не только частоту, но и форму сигнала.

С частотой связан еще один параметр, называемый периодом. Период – это время, необходимое для совершения одного полного колебания. Период измеряется в секундах.

Таблица 7: Единицы измерения периода колебаний

1 мс (одна микросекунда) = 0,001 с (одна тысячная доля секунды)

1 мкс (одна микросекунда) = 0,001 мс (одна тысячная доля микросекунды)

1 мкс (одна микросекунда) = 0.000 001 с (одна миллионная доля секунды)

Амплитуда – это высота синусоиды, которая представляет собой максимальное значение тока, измеренное от нуля. Амплитуда измеряется в тех же единицах, что и основное значение, т.е. амплитуда переменного тока измеряется в амперах, амплитуда переменного напряжения – в вольтах.

В бытовых электроустановках обычно используется частота 50 Гц. Величина сетевого напряжения оценивается не по амплитуде, а по среднеквадратичному значению, что облегчает расчет мощности переменного тока. Среднеквадратичное значение можно рассчитать по амплитуде напряжения и тока, используя коэффициент 11e = 0,707 Urn.

Какова амплитуда напряжения в бытовой электросети? 220 вольт? Нет! Оказывается 311 вольт, а среднеквадратичное значение напряжения составляет 220 вольт.

Термин “среднеквадратичное значение” часто упускается из виду. Все приборы показывают среднеквадратичные значения при измерении в цепях переменного тока.

В зависимости от значения частоты колебаниям присваиваются различные названия, как показано ниже.

Обратите внимание, что только начиная с частоты 100 кГц колебания могут свободно излучаться в воздушной среде. Однако те же вибрации прекрасно передаются и по проводам, что позволяет широко использовать их в автомобильных иммобилайзерах.

Короче говоря, сигнал от транспондерного ключа, вставленного в замок зажигания, передается по воздуху на приемную антенну, установленную на замке зажигания. И наоборот, при использовании модуля иммобилайзера сигнал от ключа-транспондера, спрятанного в пространстве под капотом, направляется на ту же антенну.

При синусоидальной форме тока, например, в электросети, постоянный ток ПОСТОЯННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ компонент равен нулю.

Параметры переменного тока и напряжения

Как и напряжение, переменные токи и напряжения непрерывно изменяются во времени. Следующие параметры используются количественно для целей измерения и расчета:

Период T – это время, за которое происходит один полный цикл переменного тока в обоих направлениях относительно нуля или среднего значения.

Частота f – обратная величина периода, равная количеству периодов в одной секунде.
Один период в секунду составляет один герц (1 Гц). Частота f = 1 /T

Циклическая частота ω – угловая частота, равная числу периодов в 2π секунды.

Обычно используется для расчета тока и напряжения синусоидальной формы. Затем, в пределах периода, частоту и время можно игнорировать, а вычисления производить в радианах или градусах. T = 2π = 360°

Начальный этап ψ – угол от нуля (ωt = 0) к началу периода. Она измеряется в радианах или градусах. Это показано на рисунке для графика синего синусоидального тока.

Фаза начала может быть положительным или отрицательным значением, соответственно справа или слева от нуля на графике.

Мгновенное значение – это значение напряжения или тока, измеренное относительно нуля в данный момент времени t.

i = i(t); u = u(t)

Последовательность всех мгновенных значений за определенный промежуток времени можно рассматривать как функцию изменения тока или напряжения во времени.
Например, синусоидальный ток или напряжение можно выразить в виде функции:

Учитывая начальную фазу:

Здесь I_amp и U_amp – это значения тока и амплитуды напряжения.

Значение амплитуды – максимальное по модулю мгновенное значение за период.

Он может быть положительным или отрицательным в зависимости от его положения относительно нуля.
Вместо термина амплитуда часто используется термин амплитуда амплитуда Ток (напряжение) – максимальное отклонение от нуля.

среднее значение (avg) определяется как среднее арифметическое всех мгновенных значений за определенный период времени T.

Средняя величина является постоянной составляющей DC напряжение и ток.
Для синусоидального тока (напряжения) среднее значение равно нулю.

Среднеквадратичное значение – это среднее арифметическое всех мгновенных значений за определенный период.

Для синусоидального тока или напряжения выпрямленное среднее значение – это среднее арифметическое значение за положительный полупериод.

Среднеквадратичное значение (rms) – определяется как квадратный корень из среднего арифметического из квадратов всех мгновенных значений за определенный период.

Для амплитуд синусоидального тока и напряжения I_amp (U_amp) среднеквадратичное значение будет определено расчетным путем:

Среднеквадратичное значение – это эффективное, действующее значение, которое наиболее удобно для практических измерений и расчетов. Это объективная, количественная мера любой формы тока.
В активной нагрузке переменные токи за определенный период времени совершают ту же работу, что и постоянные токи той же величины, что и их среднеквадратичное значение.

Величина, описывающая величину заряда в данной точке, называется потенциалом. Разность потенциалов называется напряжениекоторый обозначается буквой U и измеряется в вольтах (В).

Урок 1.2 Основные параметры и единицы измерения

Вводятся основные параметры и единицы измерения, позволяющие проводить качественную и количественную оценку характеристик источников и потребителей электроэнергии.

Электрический ток обозначается буквой I и измеряется в амперах (A). Меньшие единицы измерения – миллиамперы (мА), микроамперы (мкА).

Величина, описывающая величину заряда в определенной точке, называется потенциалом. Разность потенциалов называется напряжениекоторый обозначается буквой U и измеряется в вольтах (В).

Также широко используются и другие единицы измерения напряжения:

киловольты (кВ), милливольты (мВ), микровольты (мкВ).

Для переменного тока существует параметр частота. Это значение определяет, как часто меняется направление тока в единицу времени. Это выражается f и измеряется в Гц. Наиболее часто используемыми величинами являются килогерц (кГц), мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц).

1 ГГц = 1000 МГц

1 МГц = 1000 кГц

Обратная величина частоты называется периодом. Обозначается буквой “Т“. Измеряется как время в секундах (с), миллисекундах (мс), микросекундах (мкс).

f (Гц) = 1/T (с).

Величина, равная произведению тока и напряжения, называется мощность. Она обозначается Р, ( P = I × U). Единица измерения: Ватт. Также используются термины микроватт (мкВт), милливатт (мВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 мегаватт = 1000 киловатт

1 мВт = 1000 мкВт

В цепи переменного тока при определении мощности необходимо учитывать сдвиг фаз. Это будет объяснено позже.

Электрические цепи – это все компоненты, участвующие в протекании электрического тока. Компоненты, которые проводят электричество, называются проводниками, а те, которые не проводят электричество, называются диэлектриками.

Идеальных проводников не существует. Когда через них протекает электрический ток, они дают ток сопротивление. Сопротивление обозначается буквой “R» . Единицей измерения сопротивления является ом. Существуют также мегаом (моом) и килоом (кОм).

1 мегаом = 1000 килоомов

Ток в цепи прямо пропорционален напряжению, приложенному к цепи, и обратно пропорционален сопротивлению всех элементов цепи.

Амплитудная модуляция имеет следующие существенные недостатки:

В каких единицах измеряется частота переменного тока?

Основные определения, термины
Определения и концепции в военной подготовке

Военно-техническая подготовка
Тактика зенитных ракетных войск
Боевое применение зенитно-ракетных комплексов

1.3 Переменный ток

1.3.1 Параметры сигналов переменного тока.

Переменные токи, как и напряжения, непрерывно изменяются с течением времени. Для целей измерения и расчета следующие параметры определяются количественно:

Период T – это время, в течение которого происходит один полный цикл переменных токов в обоих направлениях, относительно нуля или среднего значения.

Частота f – обратная величина периода, равная количеству периодов в одной секунде.

Один период в секунду составляет один герц (1 Гц)

Циклическая частота ω – угловая частота, равная числу периодов в 2π секунды.

Начальный этап ψ – угол от нуля ( ωt = 0) к началу периода. Она измеряется в радианах или градусах. Это показано на рисунке для графика синего синусоидального тока.

Последовательность всех мгновенных значений за определенный промежуток времени можно рассматривать как функцию изменения тока или напряжения во времени.

Например, синусоидальный ток или напряжение можно выразить в виде функции:

Учитывая начальную фазу:

Здесь I _amp и U _amp – это значения тока и амплитуды напряжения.

Значение амплитуды – максимальное по модулю мгновенное значение за период.

Он может быть положительным или отрицательным в зависимости от его положения относительно нуля.

Вместо термина амплитуда часто используется термин амплитуда амплитуда Ток (напряжение) – максимальное отклонение от нуля.

Средняя величина является постоянной составляющей DC напряжение и ток.

Для синусоидального тока (напряжения) среднее значение равно нулю.

Для синусоидального тока или напряжения выпрямленное среднее значение – это среднее арифметическое значение для положительного полупериода.

Для амплитуд синусоидального тока и напряжения Iamp ( Uamp ) среднеквадратичное значение будет определено путем расчетов:

В активной нагрузке переменный ток производит такое же количество работы за определенный период времени, как и постоянный ток со значением, равным его среднеквадратичному значению.

1.3.2 Виды модуляции сигналов.

Амплитудная модуляция Тип модуляции, при котором изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Затем амплитудно-модулированный сигнал Uam ( t ) можно записать следующим образом:

(1)

Здесь m – постоянная величина, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал U c ( t ) амплитудно модулированный сигнал S ( t ) с коэффициентом модуляции m . Также предполагается, что эти условия выполняются:

Условие (2) должно выполняться так, чтобы выражение в квадратных скобках в (1) всегда было положительным. Если в какой-то момент ему позволено принимать отрицательные значения, возникает так называемая овермодуляция (избыточная модуляция). Простые демодуляторы (например, квадратурный детектор) демодулируют такой сигнал с сильными искажениями.

Амплитудная модуляция имеет следующие существенные недостатки:

1) на прием амплитудно-модулированных сигналов сильно влияют индустриальные и атмосферные помехи;

2) Во время модуляции трубка полностью используется по мощности только при приложении максимального мгновенного модулирующего напряжения, но не используется в другое время.

Эти недостатки в значительной степени устраняются при частотной и фазовой модуляции.

Рисунок 1: Амплитудная модуляция с различным коэффициентом модуляции.

Рисунок 2: Спектр АМ колебаний.

Частотная модуляция – это это вид аналоговой модуляции, при которой информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией, амплитуда остается постоянной.

Основными особенностями частотной модуляции являются отклонение (отклонение) и индекс модуляции .

Отклонение частоты – наибольшее отклонение значения модулированного сигнала от значения несущей частоты. Единицей отклонения частоты является герц (Гц) и его кратные значения.

Индекс модуляции – Отношение отклонения частоты к частоте модулирующего сигнала.

Колебание называется модулированным по частоте (FM), если его частота изменяется пропорционально передаваемому колебанию (например, звуку) S(t). Следовательно, угловая частота такого колебания должна быть равна:

где ω ₀ и a – определенные константы, которые выбираются таким образом, чтобы частота ω колеблется в желаемых пределах.

Рисунок 3: Пример частотной модуляции по линейному закону.

Рисунок 4. Пример частотной модуляции. Вверху – информационный сигнал на фоне несущего колебания. Внизу – результирующий сигнал.

Фазовая модуляция – Тип модуляции, при котором фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазово-модулированный сигнал s(t) имеет следующий вид:

где g(t) – огибающая сигнала; φ ( t ) модулирующий сигнал; f _c – частота несущего сигнала; t – время.

Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала, называется относительной фазовой модуляцией (PFM).

Рисунок 5: Двоичная фазовая модуляция BPSK является примером фазовой модуляции.

Рисунок 6: АМ, ЧМ модуляция.

1.3.3 Свойства цепей переменного тока.

Переменный ток изменяется во времени синусоидально. Время, в течение которого происходит полный цикл изменения величины и направления, называется периодом. В векторном представлении синусоиды периодический вектор описывает угол a, равный 360°, или в дуговой (радианной) мере равный 2π. Поэтому первый полупериод заканчивается при α = π, а первый максимум синусоиды принимает значение π/2. Время, за которое вектор описывает угол меры 2π [рад], называется периодом и обозначается буквой T. Количество периодов в секунду называется частотой и обозначается буквой f.

[1/s] ,

Единицей измерения частоты является герц (Гц). Частота промышленной сети переменного тока обычно составляет 50 Гц.

В теории переменного тока мы часто имеем дело с круговой частотой

[1/s] ,

Переменный ток, изменяющийся по синусоиде, достигнет своего максимального значения дважды за определенный промежуток времени (в точках π/2 и Zπ/2). Максимальное значение тока или напряжения обозначается буквами Imax и Umax соответственно. Значение r.m.s. переменного тока равно величине постоянного тока, который, протекая через сопротивление, выделяет в сопротивлении такое же количество теплоты (одновременно с переменным током):

Обратите внимание, что, например, при расчете токовой нагрузки на проводники учитывается среднеквадратичное значение тока. Во многих случаях это относится к напряжению. При расчете повреждения изоляции следует учитывать только максимальное (мгновенное) значение напряжения, так как повреждение может произойти при прохождении напряжения через максимум. Как правило, значения тока или напряжения указываются на шкалах измерительных приборов.

Резистор в цепи переменного тока

Здесь по ИК обозначает амплитуду тока, протекающего через резистор. Связь между амплитудами тока и напряжения через резистор выражается как

Сдвиг фаз между током и напряжением на резисторе равен нулю.

Физическая величина R называется активное сопротивление резистора .

Конденсатор в цепи переменного тока

Взаимосвязь между амплитудами тока IC и напряжение UC :

Ток опережает напряжение по фазе на π/2.

называется емкость конденсатора .

Катушка в цепи переменного тока

Коэффициент амплитуды тока IL и напряжение UL :

Ток сдвинут по фазе относительно напряжения на угол π/2.

Физическая величина XL = ω L называется сопротивление индуктивности катушки. .

Индуктивность измеряется в генах.

Основные электрические величины

Давайте рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, а затем в университетах и колледжах. Для удобства мы сведем все эти цифры в небольшую таблицу. После таблицы приведено определение каждого значения на случай, если возникнет путаница.

Значение	Единица измерения СИ	Единица измерения СИ
q	Cl – кулон	взимать плату
R	ом – ом	сопротивление
U	V – вольт	напряжение
I	A – амперы	Ампераж (электрический ток)
C	F – фарад	Емкость
L	Гн – Генри	Индуктивность
сигма	Cm – сигма	Проводимость
e0	8.85418781762039*10 -12 F/м	Электрическая постоянная
φ	V – вольт	Точечный потенциал электрического поля
P	Вт – ватт	Активная мощность
Q	VAR – вольт-амперная реакция	Реактивная мощность
S	Va – вольт-ампер	Общая мощность
f	Гц – герц	Частота

Существуют десятичные префиксы, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Наиболее распространенные: мега, мила, кило, нано, пико. Также указаны другие префиксы, кроме перечисленных в таблице.

Десятичный	Произношение	Символ веры (русский/международный)
10 -30	cuecto	q
10 -27	ronto	r
10 -24	iocto	и/или
10 -21	zepto	з/з
10 -18	атто	a
10 -15	фемто	f/f
10 -12	пико	п/п
10 -9	нано	н/н
10 -6	микро	μ/μ
10 -3	милли	м/м
10 -2	centi	c
10 -1	деци	д/д
10 1	деци	да/да
10 2	гекто	г/ч
10 3	килограмм	к/к
10 6	мега	M
10 9	гига	G/G
10 12	tera	T
10 15	пета	П/П
10 18	экзамены	E/E
10 21	дзета	З/З
10 24	yotta	E/Y
10 27	ронна	R
10 30	cuecca	Q

Сила тока 1A – равна отношению количества заряда в 1 кель, прошедшего через поверхность (проводник) за 1 с, ко времени, затраченному на прохождение заряда через поверхность. Чтобы ток протекал, цепь должна быть замкнута.

Ток измеряется в амперах. 1A=1Cl/1c

На практике

электрическое напряжение – Разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, напряжение измеряется в вольтах (В).

1 Вольт – это напряжение, необходимое для высвобождения 1 Вт энергии в проводнике при протекании через него тока силой 1 Ампер.

На практике вы можете наблюдать

электрическое сопротивление – Характеристика проводника, препятствующая протеканию через него электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Он измеряется в омах (Ω). В определенных пределах эта величина постоянна.

1 Ом – это сопротивление проводника, когда по нему течет постоянный ток силой 1 А, а на концах создается напряжение 1 В.

Все мы помним из школьной физики формулу для однородного проводника с постоянным поперечным сечением:

R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличное значение.

Существует закон Ома для цепи постоянного тока между тремя описанными выше величинами.

Сила тока в цепи прямо пропорциональна величине напряжения в цепи и обратно пропорциональна величине сопротивления в цепи – закон Ома.

Емкость это способность проводника накапливать электрический заряд.

Емкость измеряется в фарадах (1F).

1F – это емкость конденсатора, который, будучи заряженным 1Cl, проводит между своими контактами напряжение 1В.

На практике можно наблюдать следующее

Индуктивность – это величина, описывающая способность цепи, по которой течет электрический ток, создавать и собирать магнитное поле.

Индуктивность измеряется в генах.

1Hn равна ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении тока в цепи на 1 А в течение 1 секунды.

На практике вы можете найти

электропроводность – Мера способности тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивления.

Угол поворота лучевого вектора в данный момент по отношению к его начальному положению называется фаза переменного тока. Фаза характеризует величину ЭДС (или тока) в данный момент или, как говорят, мгновенное значение ЭДС, ее направление в цепи и направление ее изменения; фаза показывает, уменьшается или увеличивается ЭДС.

Параметры сетевого напряжения в России[ | ]

Производители электроэнергии вырабатывают переменный ток промышленной частоты (в России 50 Гц). В подавляющем большинстве случаев трехфазный ток передается по линиям электропередачи, поднятым до высокого и очень высокого электрического напряжения трансформаторными подстанциями, расположенными вблизи электростанций.

Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), напряжение сети должно быть 230 В ±10% при частоте 50 ±0,2 Гц[1] (фазное напряжение 400 , фазное напряжение 230 В, четырехпроводная схема соединения звезда), примечание к стандарту “а)” гласит: “Однако системы 220/380 В и 240/415 В все еще используются.

Для жилых домов (на сельских улицах) четырехпроводные (три фазных провода и один нулевой провод)

Линии электропередач (воздушные или кабельные) с межфазным напряжением 400 В. Вводные выключатели и счетчики электроэнергии обычно трехфазные. Однофазная розетка имеет фазный провод, нейтральный провод и, возможно, защитное заземление или нейтральный провод; электрическое напряжение между “фазой” и “нейтралью” составляет 230 В.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ-7) продолжают ссылаться на 220

но в действительности напряжение в сети почти всегда выше этого значения и достигает 230-240 В, варьируясь от 190 до 250 В[2][.
источник не указан 703 дня
].

Номинальные напряжения бытовых сетей (низкого напряжения): Россия (СССР, СНГ)[ | ]

До 1926 года техническим регулированием электрических сетей занимался Электротехнический отдел ИРТО, который издавал только правила безопасной эксплуатации. При обзоре сетей РСФСР перед составлением плана ГОЭЛРО выяснилось, что в то время использовались практически все возможные напряжения электрических токов всех видов. С 1926 года стандартизацией электрических сетей занимался Комитет по стандартизации при Совете труда и обороны (Госстандарт), который издавал стандарты на номинальное напряжение сетей и используемые аппараты. С 1992 года Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации выпускает стандарты для электрических сетей в странах ЕЭС.

Читайте далее: