กระแสไฟฟ้าสลับและคุณลักษณะของมัน ไฟฟ้ากระแสสลับ – ไฮเปอร์มาร์เก็ตแห่งความรู้

กระแสสลับคือกระแสที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดและทิศทางซ้ำเป็นระยะๆ ในช่วงเวลาเท่ากัน T

ในด้านการผลิต การส่ง และการจัดจำหน่าย พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับมีข้อดีสองประการหลักเมื่อเปรียบเทียบกับกระแสตรง:

1) ความสามารถ (การใช้หม้อแปลงไฟฟ้า) ในการเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายดายและประหยัด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการส่งพลังงานในระยะทางไกล

2) ความเรียบง่ายที่มากขึ้นของอุปกรณ์มอเตอร์ไฟฟ้าและทำให้ต้นทุนลดลง

ค่าของปริมาณตัวแปร (กระแส, แรงดัน, แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ในเวลาใดๆ จะถูกเรียก t มูลค่าทันที และเขียนแทนด้วยตัวอักษรพิมพ์เล็ก (ปัจจุบัน i, แรงดันไฟฟ้า u, แรงเคลื่อนไฟฟ้า - e)

ค่าที่ใหญ่ที่สุดในทันทีของการเปลี่ยนแปลงกระแสแรงดันไฟฟ้าหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นระยะเรียกว่า ขีดสุด หรือ แอมพลิจูด ค่าและกำหนดด้วยอักษรตัวใหญ่ด้วยดัชนี "m" (I m, U m)

ช่วงเวลาที่สั้นที่สุดหลังจากนั้นเรียกว่าค่าทันทีของปริมาณตัวแปร (กระแส, แรงดัน, แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ในลำดับเดียวกัน ระยะเวลา T และผลรวมของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระหว่างงวดคือ วงจร

ส่วนกลับของช่วงเวลาเรียกว่าความถี่และเขียนแทนด้วยตัวอักษร f

เหล่านั้น. ความถี่ – จำนวนช่วงเวลาต่อ 1 วินาที

หน่วยความถี่ 1/วินาที - เรียกว่า เฮิรตซ์ (เฮิร์ตซ์) หน่วยความถี่ที่ใหญ่กว่าคือกิโลเฮิรตซ์ (kHz) และเมกะเฮิรตซ์ (MHz)

การได้รับกระแสสลับไซน์ซอยด์

กระแสสลับและแรงดันไฟฟ้าในเทคโนโลยีมีแนวโน้มที่จะได้รับด้วยวิธีที่ง่ายที่สุด กฎหมายเป็นระยะ– ไซนัส เนื่องจากไซน์ซอยด์เป็นฟังก์ชันคาบเดียวที่มีอนุพันธ์คล้ายกับตัวมันเอง ส่งผลให้รูปร่างของเส้นโค้งแรงดันและกระแสในการเชื่อมโยงทั้งหมดของวงจรไฟฟ้าเหมือนกัน ซึ่งทำให้การคำนวณง่ายขึ้นมาก

เพื่อให้ได้กระแส ความถี่อุตสาหกรรมให้บริการ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีงานอยู่บนพื้นฐานของกฎหมาย การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามที่เมื่อวงปิดเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กกระแสจะเกิดขึ้นในนั้น

แผนภาพวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับอย่างง่าย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับกำลังสูงที่ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้า 3-15 kV ทำด้วยขดลวดที่อยู่นิ่งบนสเตเตอร์ของเครื่องจักรและโรเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบหมุน ด้วยการออกแบบนี้ทำให้ง่ายต่อการป้องกันสายไฟของขดลวดคงที่และง่ายกว่าในการเปลี่ยนกระแสไปยังวงจรภายนอก

การปฏิวัติโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสองขั้วหนึ่งครั้งสอดคล้องกับช่วงเวลาหนึ่งของการสลับ EMF ที่เกิดจากการม้วน

หากโรเตอร์ทำการปฏิวัติ n รอบต่อนาที แสดงว่าความถี่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

.

เพราะ ในกรณีนี้คือความเร็วเชิงมุมของเครื่องกำเนิด

จากนั้นระหว่างมันกับความถี่ที่เกิดจาก EMF จะมีความสัมพันธ์กัน

.

เฟส. การเปลี่ยนเฟส

สมมติว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีการหมุนสองรอบที่เหมือนกันที่กระดองซึ่งเลื่อนไปในอวกาศ เมื่อกระดองหมุน EMF ที่มีความถี่เท่ากันและมีแอมพลิจูดเท่ากันจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดการหมุน เนื่องจาก ขดลวดหมุนด้วยความเร็วเท่ากันในสนามแม่เหล็กเดียวกัน แต่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของการหมุนในอวกาศ EMF จึงไม่สามารถเข้าถึงสัญญาณแอมพลิจูดพร้อมกันได้

หากในขณะนี้การนับเวลาเริ่มต้นขึ้น (t=0) เทิร์น 1 จะอยู่ที่มุมสัมพันธ์กับระนาบที่เป็นกลาง

และเทิร์นที่ 2 อยู่ในมุม

- จากนั้น EMF จะเกิดขึ้นในเทิร์นแรก:

และในวินาที:

เมื่อถึงเวลานับถอยหลัง:

มุมไฟฟ้า และ เรียกว่าการกำหนดค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในช่วงเวลาเริ่มต้น ระยะเริ่มต้น

เรียกว่าความแตกต่างในระยะเริ่มต้นของปริมาณไซน์ซอยด์สองปริมาณที่มีความถี่เท่ากัน มุมเฟส .

ปริมาณที่ค่าศูนย์ (หลังจากนั้นใช้กับค่าบวก) หรือค่าแอมพลิจูดที่เป็นบวกจะได้รับเร็วกว่าค่าอื่นที่ถือว่า ขั้นสูงในเฟส และสิ่งที่ได้รับค่าเดียวกันในภายหลัง - ล้าหลังในเฟส

ถ้าปริมาณไซน์ซอยด์สองปริมาณถึงแอมพลิจูดและค่าศูนย์พร้อมกัน ก็จะกล่าวว่าปริมาณดังกล่าวเป็น ในเฟส - หากมุมการเปลี่ยนเฟสของปริมาณไซน์ซอยด์คือ 180 0

แล้วพวกเขาก็บอกว่าจะเปลี่ยนเข้ามา แอนติเฟส

ตัวแปร ไฟฟ้า- กระแสน้ำที่มีทิศทางและความแรงเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา กระแสน้ำที่เปลี่ยนแปลงขนาดเท่านั้นเรียกว่าการเต้นเป็นจังหวะ ในอุตสาหกรรมและชีวิตประจำวันมักใช้ตัวแปรบ่อยที่สุด

การแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับสามารถทำได้ดังนี้ ให้เราวางขดลวดไว้ในสนามแม่เหล็กคงที่สม่ำเสมอ ด้วยการหมุนสม่ำเสมอของคอยล์นี้รอบแกน มันจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องทั้งขนาดและทิศทาง เป็นผลให้เกิดตัวแปรในทิศทางและขนาดในขดลวด หากขดลวดดังกล่าวเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกเราจะได้กระแสไฟฟ้าสลับในนั้น

เมื่อระนาบของขดลวดหมุนตั้งฉากกับเส้นแรงที่กำหนด สนามแม่เหล็กฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านมีค่ามากที่สุด (Φ = Φสูงสุด) แต่อัตราการเปลี่ยนแปลงของมันคือศูนย์ (ΔΦ/Δt = 0) เนื่องจากเมื่อผ่านตำแหน่งนี้ ตัวนำคอยล์จะเลื่อนไปตามเส้นสนามโดยไม่ข้ามพวกมัน ซึ่งหมายความว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นในขดลวดจะกลายเป็นศูนย์ (E = 0)

เมื่อระนาบของคอยล์ขนานกับเส้นสนาม ฟลักซ์ที่ทะลุผ่านจะเป็นศูนย์ (Φ = 0) และอัตราการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งนี้จะยิ่งใหญ่ที่สุด ((ΔΦ/Δt)สูงสุด) เนื่องจากตัวนำของ ขดลวดเคลื่อนที่ตั้งฉากกับเส้นสนาม

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ในขดลวดมี มูลค่าสูงสุด(E = อีแม็กซ์) เมื่อขดลวดหมุนมากขึ้น อัตราการเปลี่ยนแปลงของการไหลที่เจาะเข้าไปในขดลวดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่า EMF ในค่าสัมบูรณ์จะเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็น Emax ดังนั้นระดับของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดหมุนจะเปลี่ยนจาก -Emax เป็น +Emax ในระหว่างการปฏิวัติหนึ่งครั้ง

มาเปิดขดลวดแล้วเชื่อมต่อกับออสซิลโลสโคป เมื่อขดลวดหมุนในสนามแม่เหล็ก ออสซิลโลสโคปจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในปัจจุบัน ซึ่งจะสามารถตัดสินการเปลี่ยนแปลงได้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าในทางกลับกันระหว่างการปฏิวัติครั้งหนึ่ง

กระแสที่เกิดขึ้นในขดลวดเมื่อมีการหมุนเวียนอย่างสม่ำเสมอในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ดังที่ออสซิลโลแกรมแสดง จะเปลี่ยนแปลงแบบไซน์ซอยด์ กระแสนี้เรียกว่ากระแสสลับไซน์ซอยด์

ระยะเวลาที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าทำให้เกิดการสั่นหนึ่งครั้งเรียกว่าคาบของกระแสสลับ

การกำหนดตัวอักษรคาบของการสั่นคือ T จำนวนการสั่นใน 1 วินาทีคือความถี่ของกระแสซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษร f หน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz):

ฉ = 1/T หรือ T = 1/f

หากเราแสดงค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งโดย e (ค่าที่เกิดขึ้นทันที) และส่วนใหญ่ ความสำคัญอย่างยิ่ง(แอมพลิจูด) - ผ่าน Emax จากนั้นกฎที่แสดงการพึ่งพาของ e ตรงเวลา ในกรณีของกระแสไซน์ซอยด์สามารถแสดงเป็นนิพจน์ต่อไปนี้:

e = อีแม็กซ์˖sin (2/T)t

ในประเทศส่วนใหญ่กระแสไฟฟ้าสลับที่มีความถี่ 50 เฮิรตซ์และระยะเวลา 0.02 วินาทีใช้ในอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวัน

รับกระแสไฟฟ้าสลับจาก พลังงานกลดำเนินการโดยใช้เครื่องจักรพิเศษที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หลักการทำงานเป็นไปตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ที่สุด วงจรง่ายๆเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถแสดงในรูปแบบของกรอบที่หมุนรอบแกนในสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าหรือเมื่อเฟรมหมุนจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสลับขึ้นมา เมื่อเชื่อมต่อเฟรมกับวงจรภายนอกเราจะได้กระแสไฟฟ้าสลับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่มีระบบแม่เหล็กคงที่และขดลวดหมุนนั้นถูกสร้างขึ้นค่อนข้างน้อย

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกือบทั้งหมด ขดลวด (กระดอง) จะถูกติดตั้งอยู่กับที่ และระบบแม่เหล็ก (ตัวเหนี่ยวนำ) จะหมุน ส่วนที่เคลื่อนที่ไม่ได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าสเตเตอร์ และส่วนที่เคลื่อนที่คือโรเตอร์

ไฟฟ้า- การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไปตามตัวนำในทิศทางที่กำหนด แม่นยำยิ่งขึ้นนี่คือค่าที่แสดงจำนวนอนุภาคที่มีประจุผ่านตัวนำต่อหน่วยเวลา หากในหนึ่งวินาทีหลังจากนั้น ภาพตัดขวางตัวนำได้ผ่านอนุภาคที่มีประจุจำนวนหนึ่งเท่ากับหนึ่งคูลอมบ์ จากนั้นกระแสหนึ่งแอมแปร์จะไหลผ่านตัวนำนี้ (การกำหนดความแรงของกระแสตาม ระบบระหว่างประเทศเอสไอ) ปริมาณกระแสไฟฟ้า (จำนวนแอมแปร์) เรียกว่าความแรงของกระแสไฟฟ้า กระแสอาจเป็นค่าคงที่หรือแปรผันก็ได้ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของค่าเมื่อเวลาผ่านไป

กระแสตรงคือกระแสไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนทิศทางเมื่อเวลาผ่านไป กระแสสลับ- เมื่อเวลาผ่านไป ในรูปแบบที่แน่นอน จะเปลี่ยนทั้งขนาดและทิศทาง ยิ่งไปกว่านั้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะเกิดขึ้นซ้ำในช่วงเวลาหนึ่ง นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ

กระแสสลับและกระแสตรงในการติดตั้งระบบไฟฟ้า

สำหรับสามเฟส เครือข่ายไฟฟ้าลักษณะเฉพาะ กระแสสลับ- การไหลของกระแสสลับผ่านตัวนำถูกกำหนดโดยการมีแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ (EMF) ซึ่งเปลี่ยนค่าทั้งขนาดและทิศทาง ในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงขนาดและทิศทางของ EMF จะดำเนินการตามกฎไซน์นั่นคือกราฟของการเปลี่ยนแปลงของกระแสสลับเมื่อเวลาผ่านไปเป็นไซน์ซอยด์ แหล่งที่มาของ EMF แบบไซน์คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

อุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดของการติดตั้งระบบไฟฟ้าและ สถานประกอบการอุตสาหกรรมใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟหลัก AC เนื่องจากเป็นวิธีที่ใช้งานได้จริงที่สุดและมีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีอุปกรณ์บางอย่างที่ทำงานจากเครือข่ายกระแสตรง (หรือบางส่วน): มอเตอร์ซิงโครนัส แม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์กระแสตรง และอื่นๆ เพื่อแปลงกระแสสลับให้เป็น กระแสตรง.(จำเป็นต้องจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าข้างต้น) ใช้วงจรเรียงกระแส

นอกจากนี้ กระแสตรงยังใช้สำหรับการส่งผ่านอีกด้วย สายไฟฟ้าแรงสูงพลังงานไฟฟ้าสูง ในกรณีนี้ เมื่อส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกล การสูญเสียทางไฟฟ้าจะน้อยกว่าในระหว่างการส่งสัญญาณเดียวกันในระยะทางไกลอย่างมาก กระแสสลับ.

นอกจากกระแสตรง (คงที่เวลา) แล้ว ยังมีกระแสสลับซึ่งเปลี่ยนขนาดและทิศทางเมื่อเวลาผ่านไป

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า รวมถึงรถยนต์ ผลิตไฟฟ้ากระแสสลับ จากนั้นจึงแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

ตามกฎแล้วกระแสสลับจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาตามกฎไซน์ซอยด์ เพื่ออธิบายมีพารามิเตอร์เพิ่มเติม - ความถี่และแอมพลิจูด

รูปที่ 10 ความแรงของกระแส

ความถี่คือปริมาณที่แสดงจำนวนการแกว่งที่สมบูรณ์ของกระแสไฟฟ้า (หรือแรงดันไฟฟ้า) ที่เกิดขึ้นต่อวินาที ความถี่วัดเป็นเฮิรตซ์ (หนึ่งเฮิรตซ์เท่ากับหนึ่งการสั่นสะเทือนต่อวินาที)

ในการตรวจสอบคุณสามารถใช้อุปกรณ์พิเศษ - เครื่องวัดความถี่ แต่ในทางปฏิบัติพวกเขามักจะใช้ออสซิลโลสโคปซึ่งสามารถแสดงไม่เพียง แต่ความถี่ แต่ยังรวมถึงรูปร่างของสัญญาณด้วย

ที่เกี่ยวข้องกับความถี่เป็นอีกพารามิเตอร์หนึ่งที่เรียกว่าช่วงเวลา ช่วงเวลาคือเวลาที่ใช้ในการสั่นจนเสร็จสมบูรณ์หนึ่งครั้ง ระยะเวลาวัดเป็นวินาที

แอมพลิจูดคือความสูงของคลื่นไซน์ ซึ่งก็คือค่ากระแสสูงสุดที่วัดจากระดับศูนย์ แอมพลิจูดวัดในหน่วยเดียวกันกับปริมาณหลัก กล่าวคือ แอมพลิจูดของกระแสสลับมีหน่วยเป็นแอมแปร์ แอมพลิจูด แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ- เป็นโวลต์

ใน เครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือนโดยปกติจะใช้ความถี่ 50Hz ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายไม่ได้ประเมินโดยแอมพลิจูด แต่เป็นค่าที่มีประสิทธิภาพซึ่งช่วยให้คุณคำนวณพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับได้อย่างง่ายดาย ค่าประสิทธิผลสามารถคำนวณได้จากแอมพลิจูดของแรงดันและกระแสโดยใช้ความสัมพันธ์ 11e = 0.707 Urn

แอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือนคืออะไร? 220 โวลต์? เลขที่! ปรากฎว่า 311 โวลต์และค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพคือ 220 โวลต์

คำว่า "มีประสิทธิภาพ" มักถูกมองข้ามไป อุปกรณ์ทั้งหมดเมื่อทำการวัดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะแสดงค่าที่มีประสิทธิภาพ

เราได้ขึ้นอยู่กับค่าของความถี่การสั่น ชื่อต่างๆ, ให้ไว้ด้านล่าง.

โปรดทราบว่าโดยเริ่มจากความถี่ 100 kHz เท่านั้น การสั่นสะเทือนสามารถปล่อยออกมาในอากาศได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม การสั่นสะเทือนแบบเดียวกันนี้จะถูกส่งผ่านสายไฟอย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบป้องกันการเคลื่อนที่ของรถยนต์

กล่าวโดยสรุป สัญญาณจากกุญแจช่องสัญญาณที่เสียบเข้าไปในสวิตช์สตาร์ทเครื่องยนต์จะถูกส่งในอากาศไปยังเสาอากาศรับสัญญาณที่ติดตั้งบนล็อคนี้ ในทางกลับกัน เมื่อใช้โมดูลบายพาสระบบป้องกันการโจรกรรมแบบมาตรฐาน สัญญาณจากกุญแจทรานสปอนเดอร์ที่ซ่อนอยู่ในห้องเครื่องจะผ่านสายไฟไปยังเสาอากาศเดียวกัน

อีกตารางหนึ่งจะช่วยให้คุณทำความคุ้นเคยกับขอบเขตของความถี่วิทยุ

รูปที่ 11 แผนภาพบันทึก "กฎของโอห์ม"

องค์ประกอบพื้นฐานของวงจรไฟฟ้า

ทฤษฎีไฟฟ้าใกล้จะเสร็จแล้วเหลือเพียงการพิจารณาองค์ประกอบพื้นฐานของวงจรไฟฟ้าที่อาจจำเป็นเมื่อติดตั้งอุปกรณ์รักษาความปลอดภัย

กระแสไฟฟ้าสามเฟส

กลับ