교류의 기본 매개변수: 주기, 주파수, 위상, 진폭, 고조파 진동

교류는 방향과 강도가 주기적으로 변하는 전류입니다. 일반적으로 교류의 세기는 정현파 법칙에 따라 달라지므로 교류는 전압과 전류의 정현파 변동입니다.

따라서 정현파 전기 진동에 적용되는 모든 것은 교류에도 적용됩니다. 정현파 진동은 사인법칙에 따라 진동값이 변하는 진동으로, 이번 글에서는 AC 파라미터에 대해 알아보겠습니다.

EMF의 변화와 그러한 소스에 연결된 선형 부하의 전류 변화는 정현파 법칙을 따릅니다. 이 경우 교류 EMF, 교류 전압 및 전류는 주요 4가지 매개변수로 특징지을 수 있습니다.

• 기간;

• 빈도;

• 진폭;

• 효과적인 가치.

다음과 같은 추가 매개변수도 있습니다.

• 각주파수;

• 단계;

• 즉각적인 가치.

다음으로 이러한 모든 매개변수를 개별적으로 그리고 함께 살펴보겠습니다.

기간 T.

주기 — 진동하는 시스템이 모든 중간 상태를 통과하고 다시 초기 상태로 돌아가는 데 걸리는 시간입니다.

교류의 기간 T는 전류 또는 전압이 하나의 완전한 변화주기를 만드는 시간 간격입니다.

교류의 원천은 발전기이므로 주기는 회 전자의 회전 속도와 관련이 있으며 발전기의 권선 또는 회 전자의 회전 속도가 높을수록 생성 된 교류 EMF의주기가 짧아지고, 따라서 부하의 교류가 나타납니다.

주기는 이 전류가 고려되는 특정 상황에 따라 초, 밀리초, 마이크로초, 나노초 단위로 측정됩니다. 위의 그림은 일정한 특성 주기 T를 가지면서 전압 U가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 보여줍니다.

주파수 f

주파수 f는 주기의 역수이며 1초 동안 전류 또는 EMF 변화 주기의 수와 수치적으로 같습니다. 즉, f = 1/T입니다. 주파수 측정 단위는 19세기 전기역학 발전에 지대한 공헌을 한 독일 물리학자 하인리히 헤르츠의 이름을 딴 헤르츠(Hz)입니다. 기간이 짧을수록 EMF 또는 전류 변화의 빈도가 높아집니다.

오늘날 러시아에서 전기 네트워크의 표준 교류 주파수는 50Hz입니다. 즉, 네트워크 전압의 50 변동이 1초에 나타납니다.

전기역학의 다른 영역에서는 더 높은 주파수가 사용됩니다. 예를 들어 최신 인버터에서는 20kHz 이상, 더 좁은 전기역학 영역에서는 최대 몇 MHz까지 사용됩니다. 위의 그림에서 1초에 50번의 완전한 진동이 있음을 알 수 있으며 각 진동은 0.02초 동안 지속되며 1/0.02 = 50입니다.

시간에 따른 정현파 교류의 변화 그래프에서 서로 다른 주파수의 전류가 동일한 시간 간격에 서로 다른 수의 주기를 포함하고 있음을 알 수 있습니다.

각주파수

각 주파수 — 2pi sec 동안 발생하는 진동 수.

한 주기에서 정현파 EMF 또는 정현파 전류의 위상은 2pi 라디안 또는 360°만큼 변경되므로 교류 정현파 전류의 각주파수는 다음과 같습니다.

(1초가 아닌) 2pi초의 진동수를 이용하여 고조파진동시 전압과 전류의 변화법칙을 표현하는 공식에서 교류의 유도저항이나 용량저항을 표현하고 많은 다른 경우 발진 주파수 n은 승수 2pi와 함께 나타납니다.

단계

단계 — 주기적 프로세스의 상태, 단계. 용어 위상은 정현파 진동의 경우 더 명확한 의미를 갖습니다. 실제로 역할을 하는 것은 일반적으로 위상 자체가 아니라 두 주기 프로세스 사이의 위상 이동입니다.

이 경우 «위상»이라는 용어는 프로세스 개발 단계로 이해되며, 이 경우 교류 및 정현파 전압과 관련하여 위상을 특정 순간의 교류 상태라고 합니다. 시간.

그림은 전압 U1과 전류 I1의 위상 일치, 전압 U1과 U2의 역상, 전류 I1과 전압 U2 사이의 위상 변이를 보여줍니다. 위상 편이는 주기의 일부인 라디안 단위로 측정됩니다.

또한보십시오: 위상, 위상 각 및 위상 편이 란 무엇입니까?

진폭 음과 임

정현 교류 또는 정현 교류 EMF의 크기를 말하면 EMF 또는 전류의 가장 높은 값을 진폭 또는 진폭(최대) 값이라고 합니다.

진폭 - 고조파 진동을 수행하는 양의 최대값(예: 교류 전류 강도의 최대값, 평형 위치에서 진동 진자의 편차), 조건부로 특정 값에서 진동량의 최대 편차 초기 0으로 받아들여집니다.

엄밀히 말하면 진폭이라는 용어는 정현파 진동에만 적용되지만 일반적으로 위의 의미에서 모든 진동에 적용됩니다(정확하지는 않음).

교류 발전기에 대해 이야기하면 기간당 두 번 단자의 EMF가 진폭 값에 도달합니다. 첫 번째는 + Em이고 두 번째는 각각 양수 및 음수 반주기 동안 Em입니다. 전류 I는 유사하게 동작하며 그에 따라 Im으로 표시됩니다.

고조파 진동 - 전기 회로의 전압과 같은 진동량이 고조파 정현파 또는 코사인 법칙에 따라 시간에 따라 변하는 진동. 정현파 곡선으로 그래픽으로 표현됩니다.

실제 프로세스는 고조파 진동을 근사화할 수 있습니다. 그러나 진동이 프로세스의 가장 특징적인 특징을 반영하는 경우 이러한 프로세스는 고조파로 간주되어 많은 물리적 및 기술적 문제의 해결을 크게 촉진합니다.

고조파 진동에 가까운 움직임은 기계적(진자의 진동), 음향(오르간 파이프의 공기 기둥의 진동), 전자기(LC 회로의 진동) 등 다양한 시스템에서 발생합니다.진동 이론은 물리적 특성이 다른 이러한 현상을 통일된 관점에서 고려하고 공통 속성을 결정합니다.

이 벡터에 수직인 축을 중심으로 일정한 각속도로 회전하고 원점을 통과하는 벡터를 사용하여 조화 진동을 그래픽으로 표시하는 것이 편리합니다. 벡터의 회전 각속도는 고조파 진동의 원형 주파수에 해당합니다.

고조파 진동의 벡터 다이어그램

모든 형태의 주기적인 프로세스는 주파수, 진폭 및 위상이 다른 무한한 일련의 단순한 조화 진동으로 분해될 수 있습니다.

조화로운 - 주파수가 기본음이라고 하는 다른 진동의 주파수보다 정수 배 더 큰 조화 진동. 고조파의 수는 그 주파수가 기본음의 주파수보다 몇 배 더 큰지를 나타냅니다(예를 들어, 3차 고조파는 기본음의 주파수보다 3배 높은 주파수를 갖는 고조파 진동입니다).

주기적이지만 고조파가 아닌(즉, 정현파와 형태가 다른) 진동은 고조파 진동의 합(기본 톤과 여러 고조파)으로 나타낼 수 있습니다. 고려된 진동이 정현파와 형태가 다를수록 더 많은 고조파가 포함됩니다.

u와 i의 순시값

특정 순간의 EMF 또는 전류 값을 순시 값이라고하며 소문자 u 및 i로 표시됩니다. 그러나 이러한 값은 항상 변하기 때문에 AC 전류와 EMF를 추정하는 것이 불편합니다.

I, E 및 U의 RMS 값

모터의 회 전자를 기계적으로 돌리거나 가열 장치에서 열을 발생시키는 것과 같은 유용한 작업을 수행하는 교류의 능력은 기전력 및 전류의 유효 값으로 편리하게 추정됩니다.

그래서, 유효 현재 가치 고려중인 교류의 한 기간 동안 도체를 통과 할 때이 교류와 동일한 기계적 작업 또는 동일한 양의 열을 생성하는 직류의 값이라고합니다.

전압, 기전력 및 전류의 RMS 값은 대문자 I, E 및 U로 표시됩니다. 정현파 교류 및 정현파 교류 전압의 경우 유효 값은 다음과 같습니다.

전기 네트워크를 설명하려면 전류와 전압의 유효 값을 사용하는 것이 편리합니다. 예를 들어, 220-240볼트 값은 현대 가정용 소켓의 유효 전압 값이며 진폭은 311볼트에서 339볼트로 훨씬 높습니다.

예를 들어 가정용 난방 장치에 8 암페어의 전류가 흐른다고 하면 실효 값을 의미하고 진폭은 11.3 암페어입니다.

어떤 식 으로든 전기 설비의 기계적 작업 및 전기 에너지는 전압 및 전류의 유효 값에 비례합니다. 측정 장치의 상당 부분은 전압 및 전류의 유효 값을 정확하게 보여줍니다.