교류란 무엇이며 직류와 어떻게 다릅니까?

교류, 대조적으로 DC 전류, 크기와 방향 모두에서 지속적으로 변하고 이러한 변화는 주기적으로 발생합니다. 즉, 정확히 동일한 간격으로 반복됩니다.

회로에서 이러한 전류를 유도하려면 크기와 방향이 주기적으로 변경되는 교류 EMF를 생성하는 교류 소스를 사용합니다.이러한 소스를 교류 발전기라고 합니다.

무화과에서. 1은 가장 간단한 장치 다이어그램(모델)을 보여줍니다. 교류기. 

축에 고정되어 벨트 드라이브를 사용하여 현장에서 회전하는 동선으로 만든 직사각형 프레임 자석… 프레임의 끝은 구리 링에 납땜되어 프레임과 함께 회전하면서 접촉판(브러시)에 미끄러집니다.

그림 1. 가장 단순한 교류 발전기의 다이어그램

그러한 장치가 실제로 가변 EMF의 소스인지 확인합시다.

자석이 극 사이에 생성한다고 가정합니다. 균일한 자기장즉, 필드의 각 부분에서 자기력선의 밀도가 동일한 것입니다.회전하면서 프레임은 각 측면 a와 b에서 자기장의 힘선을 교차합니다. EMF 유도. 

프레임의 측면 c와 d는 작동하지 않습니다. 프레임이 회전할 때 자기장의 힘선을 교차하지 않으므로 EMF 생성에 참여하지 않기 때문입니다.

임의의 순간에 측면 a에서 발생하는 EMF는 측면 b에서 발생하는 EMF와 반대 방향이지만 프레임에서 두 EMF는 전체 EMF에 따라 작용하고 전체 EMF에 추가됩니다. 즉, 전체 프레임에 의해 유도됩니다.

EMF의 방향을 결정하기 위해 알고 있는 오른손 법칙을 사용하면 쉽게 확인할 수 있습니다.

이렇게하려면 오른손 손바닥이 자석의 북극을 향하도록 놓고 구부러진 엄지 손가락은 EMF의 방향을 결정하려는 프레임 측면의 이동 방향과 일치합니다. 그런 다음 EMF의 방향은 손의 뻗은 손가락으로 표시됩니다.

프레임의 어떤 위치에 대해 측면 a와 b에서 EMF의 방향을 결정하면 항상 합산되어 프레임에서 총 EMF를 형성합니다. 동시에, 프레임이 회전할 때마다 총 EMF의 방향이 반대 방향으로 바뀝니다. 한 회전에서 프레임의 각 작업면이 자석의 서로 다른 극 아래를 통과하기 때문입니다.

프레임에 유도된 EMF의 크기는 프레임의 측면이 자기력선과 교차하는 속도가 변함에 따라 변경됩니다. 실제로 프레임이 수직 위치에 접근하여 통과하는 순간 프레임 측면의 힘선을 교차하는 속도가 가장 높고 프레임에서 가장 큰 EMF가 유도됩니다.그 순간 프레임이 수평 위치를 통과하면 측면이 자기장 라인을 가로지르지 않고 미끄러지는 것처럼 보이며 EMF가 유도되지 않습니다.

따라서 프레임이 균일하게 회전하면 EMF가 유도되어 크기와 방향이 주기적으로 변경됩니다.

프레임에서 발생하는 EMF는 장치로 측정하여 외부 회로에 전류를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

사용 전자기 유도 현상, 교류 EMF 및 따라서 교류를 얻을 수 있습니다.

산업용 교류 및 조명용 증기 또는 물 터빈과 내연 기관으로 구동되는 강력한 발전기에 의해 생산됩니다.

AC 및 DC 전류의 그래픽 표현

그래픽 방식은 특정 변수가 시간에 따라 변화하는 과정을 시각화하는 것이 가능합니다.

시간에 따라 변하는 변수를 그리는 것은 그래프의 축이라고 하는 두 개의 서로 수직인 선을 그리는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 가로축에는 특정 눈금으로 시간 간격이 표시되고 세로축에는 특정 눈금으로 표시할 양의 값(EMF, 전압 또는 전류)이 표시됩니다.

무화과에서. 2 그래프 직류 및 교류 ... 이 경우 전류 값을 지연시키고 일반적으로 양수라고하는 한 방향의 전류 값은 축 O의 교차점에서 수직으로 지연됩니다. , 그리고이 지점에서 아래로 반대 방향으로, 일반적으로 음수라고합니다.

그림 2. DC 및 AC의 그래픽 표현

점 O 자체는 현재 값(수직 상하)과 시간(수평 오른쪽)의 원점 역할을 합니다.즉, 이 지점은 전류의 0 값에 해당하며 이 시점에서 전류가 미래에 어떻게 변할지 추적하려는 시작 지점입니다.

그림에 표시된 내용의 정확성을 확인합시다. 2 및 50mA DC 전류 플롯.

이 전류는 일정하기 때문에, 즉 시간이 지남에 따라 크기와 방향이 변경되지 않으므로 동일한 전류 값이 다른 순간, 즉 50mA에 해당합니다. 따라서 0과 같은 순간, 즉 전류 관찰 초기 순간에 50mA와 같습니다. 수직축에 50mA의 전류 값과 동일한 세그먼트를 위쪽으로 그리면 그래프의 첫 번째 점을 얻습니다.

시간 축의 지점 1에 해당하는 다음 순간에 대해 동일한 작업을 수행해야 합니다. 즉, 이 지점에서 수직 위쪽으로 50mA에 해당하는 세그먼트를 연기합니다. 세그먼트의 끝은 그래프의 두 번째 지점을 정의합니다.

여러 후속 시점에 대해 유사한 구조를 만든 후 일련의 점을 얻었으며 그 연결은 50mA의 정전류 값을 그래픽으로 나타내는 직선을 제공합니다.

변수 EMF 플로팅

EMF의 변수 그래프를 공부해 봅시다... 무화과에서. 도 3에서 자기장에서 회전하는 프레임이 상단에 표시되고 결과 변수 EMF의 그래픽 표현이 아래에 제공됩니다.

그림 3. 변수 EMF 플로팅

우리는 프레임을 시계 방향으로 균일하게 회전시키기 시작하고 초기 순간으로 프레임의 수평 위치를 취하여 프레임의 EMF 변화 과정을 따릅니다.

이 초기 순간에는 프레임의 측면이 자기장 선을 교차하지 않기 때문에 EMF가 0이 됩니다.그래프에서 순간 t = 0에 해당하는 EMF의 0 값은 점 1로 표시됩니다.

프레임을 더 회전시키면 EMF가 나타나기 시작하고 프레임이 수직 위치에 도달할 때까지 증가합니다. 그래프에서 EMF의 이러한 증가는 최고점(지점 2)에 도달하는 부드러운 상승 곡선으로 표시됩니다.

프레임이 수평 위치에 가까워지면 프레임의 EMF가 감소하여 0으로 떨어집니다. 그래프에서 이는 떨어지는 부드러운 곡선으로 표시됩니다.

따라서 프레임의 반 회전에 해당하는 시간 동안 EMF는 0에서 최대 값으로 증가하고 다시 0으로 감소할 수 있습니다(포인트 3).

프레임이 더 회전하면 EMF가 다시 나타나고 점차 크기가 증가하지만 오른손 규칙을 적용하여 볼 수 있듯이 방향은 이미 반대 방향으로 변경됩니다.

그래프는 EMF 방향의 변화를 고려하므로 EMF를 나타내는 곡선이 시간 축을 교차하고 이제 해당 축 아래에 놓입니다. EMF는 프레임이 수직 위치를 취할 때까지 다시 증가합니다.

그러면 EMF가 감소하기 시작하고 프레임이 한 바퀴 완전히 돌아간 후 원래 위치로 돌아오면 그 값이 0이 됩니다. 그래프에서 이것은 반대 방향(포인트 4)에서 정점에 도달하는 EMF 곡선이 시간축(포인트 5)을 만난다는 사실로 표현됩니다.

이것은 EMF 변경의 한 주기를 완료하지만 프레임의 회전을 계속하면 두 번째 주기가 즉시 시작되어 첫 번째 주기를 정확히 반복하고 세 번째, 네 번째 등이 멈출 때까지 계속됩니다. 회전 프레임.

따라서 프레임의 각 회전에 대해 프레임에서 발생하는 EMF는 전체 변경 주기를 완료합니다.

프레임이 일부 외부 회로에 닫히면 교류가 회로를 통해 흐르고 그 그래프는 EMF 그래프와 동일하게 보입니다.

그 결과 파형을 정현파라고 하고, 이 법칙에 따라 변하는 전류, EMF 또는 전압을 정현파라고 합니다.

곡선 자체는 사인이라고 하는 가변 삼각함수량을 그래픽으로 표현하기 때문에 사인곡선이라고 합니다.

전류 변화의 정현파 특성은 전기 공학에서 가장 일반적이므로 교류에 대해 말하면 대부분의 경우 정현파 전류를 의미합니다.

다른 교류 전류(EMF 및 전압)를 비교하기 위해 특정 전류를 특성화하는 값이 있습니다. 이를 AC 매개변수라고 합니다.

주기, 진폭 및 주파수 — AC 매개변수

교류는 월별 주기와 진폭의 두 가지 매개변수로 특징지어지며, 교류의 종류를 추정하고 전류 그래프를 작성할 수 있음을 알 수 있습니다.

그림 4. 정현파 전류 곡선

전류 변화의 완전한 주기가 발생하는 기간을 기간이라고 합니다. 기간은 문자 T로 표시되며 초 단위로 측정됩니다.

전류 변화의 전체 주기의 반이 일어나는 시간을 반주기라고 부르므로 전류(EMF 또는 전압)의 변화 주기는 두 개의 반주기로 구성됩니다. 동일한 교류의 모든 기간이 서로 같다는 것은 매우 분명합니다.

그래프에서 알 수 있듯이 한 변화 기간 동안 전류는 최대 값의 두 배에 도달합니다.

교류(EMF 또는 전압)의 최대값을 진폭 또는 피크 전류값이라고 합니다.

Im, Em 및 Um은 전류, EMF 및 전압 진폭에 대한 일반적인 지정입니다.

우선, 우리는 주의를 기울였습니다. 피크 전류그러나 그래프에서 알 수 있듯이 진폭보다 작은 중간값이 무수히 많다.

선택한 순간에 해당하는 교류 전류(EMF, 전압)의 값을 순시값이라고 합니다.

i, e 및 u는 전류, emf 및 전압의 순시 값에 대해 일반적으로 허용되는 지정입니다.

전류의 순간 값과 피크 값은 그래프를 사용하여 쉽게 결정할 수 있습니다. 이렇게하려면 관심있는 시점에 해당하는 수평축의 임의 지점에서 현재 곡선과의 교차점까지 수직선을 그립니다. 수직선의 결과 세그먼트는 주어진 시간의 전류 값, 즉 순시 값을 결정합니다.

분명히 그래프 시작점에서 시간 T / 2 이후 전류의 순시 값은 0이되고 시간 T / 4 이후에는 진폭 값이됩니다. 전류도 피크 값에 도달합니다. 그러나 3/4 T와 같은 시간 후에 이미 반대 방향입니다.

따라서 그래프는 회로의 전류가 시간에 따라 어떻게 변하고 전류의 크기와 방향 중 하나의 특정 값만이 각 순간에 해당하는지 보여줍니다. 이 경우 회로의 한 지점에서 주어진 시간의 전류 값은 해당 회로의 다른 지점에서 정확히 동일합니다.

AC 주파수의 1초 동안 전류가 충족하는 전체 주기의 수라고 하며 라틴 문자 f로 표시됩니다.

교류의 주파수를 결정하려면, 즉 1초 동안 전류가 몇 주기로 변경되었는지 확인하려면 1초를 한 주기 f = 1/T의 시간으로 나눌 필요가 있습니다. 주파수 알기 교류의 기간을 결정할 수 있습니다. T = 1 / f

AC 주파수 헤르츠라는 단위로 측정됩니다.

주파수가 1 헤르츠인 교류 전류가 있는 경우 그러한 전류의 주기는 1초가 됩니다. 반대로 전류의 변화 주기가 1초라면 그러한 전류의 주파수는 1헤르츠입니다.

따라서 서로 다른 AC 전류, EMF 및 전압을 구별하고 필요한 경우 그래프를 그릴 수 있도록 AC 매개변수(주기, 진폭 및 주파수)를 정의했습니다.

교류에 대한 다양한 회로의 저항을 결정할 때 소위 교류를 특성화하는 다른 보조 값을 사용하십시오. 각 또는 각 주파수.

비율 2 pif로 주파수 f와 관련하여 표시된 순환 주파수

이 종속성을 설명하겠습니다. 변수 EMF 그래프를 그릴 때 프레임이 한 번 완전히 회전하면 EMF 변경의 전체 주기가 발생하는 것을 확인했습니다. 즉, 프레임이 1회전, 즉 360도 회전하려면 1주기, 즉 T초에 해당하는 시간이 걸린다. 그런 다음 1초 안에 프레임이 360°/T 회전합니다. 따라서 360°/T는 프레임이 1초 동안 회전하는 각도로 프레임의 회전 속도를 나타내는데, 이를 보통 각속도 또는 원형 속도라고 합니다.

그러나 주기 T는 f = 1/T의 비율로 주파수 f와 관련되기 때문에 순환 속도는 주파수로도 표현될 수 있으며 360 ° f가 됩니다.

그래서 우리는 360 ° f라고 결론지었습니다. 그러나 모든 계산에 원형 주파수를 사용하는 편의를 위해 1회전에 해당하는 360° 각도를 2pi 라디안과 동일한 방사형 표현으로 대체합니다. 여기서 pi = 3.14입니다. 그래서 우리는 마침내 2pif를 얻습니다. 따라서 교류의 각 주파수를 결정하려면 (EMF 또는 전압), 헤르츠 단위의 주파수에 상수 6.28을 곱해야 합니다.