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Konzept des Wechselstroms

Vorwort.

Bevor du anfängst Sprechen Sie über die Zähler, denken Sie daran, dass dies elektrische Geräte sind, und in der folgenden Beschreibung werde ich auf allerlei schlaue Begriffe eingehen. Natürlich, wenn Sie eine Elektrotechnikausbildung haben, kann dieser Teil sofort übersprungen werden. Und wenn du nur über Strom weißt, dass wenn du das Bügeleisen in die Steckdose steckst, fängt es an sich zu erwärmen, dann empfehle ich dir, dieses Kapitel zu lesen, damit du dich bei einer allgemeinen Feier des Lebens nicht wie ein Fremder fühlst. Das Kapitel stammt von der Website Voropaev EG "Elektrotechnik" , es gibt noch viele davon, empfehle ich zur Selbstbildung zu lesen, es ist ziemlich populär geschrieben (auf dem Niveau des ersten Jahres eines Elektrotechnik-College).

Also:

Definition: Variablen werden als Ströme und Spannungen bezeichnet, die zeitlich, in Größe und Richtung variieren. Ihr Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt wird der Momentanwert genannt. Bezeichnet mit Momentanwerten in Kleinbuchstaben: i, u, e, p.

Ströme, deren Werte in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, werden als periodisch bezeichnet. Das kleinste Zeitintervall, nach dem ihre Wiederholungen beobachtet werden, wird die Periode genannt und wird durch den Buchstaben T bezeichnet. Der Reziprokwert der Periode wird Frequenz genannt, d.h.
und wird in Hertz (Hz) gemessen. Größe genannt die Winkelfrequenz des Wechselstroms, zeigt die Änderung der Phase des Stroms pro Zeiteinheit und wird in Radianten geteilt durch Sekunden gemessen

Der Maximalwert von Wechselstrom oder -spannung wird als Amplitude bezeichnet. Es wird durch Großbuchstaben mit dem Index '' m '' (zum Beispiel I m ) bezeichnet. Es gibt auch das Konzept des effektiven Wertes von Wechselstrom (I). Quantitativ ist es gleich:

Es sollte beachtet werden, dass der effektive Wert der Spannung kleiner als das Maximum ist.

Wechselstrom kann mathematisch in folgender Form geschrieben werden:

Hier drückt der Index die Anfangsphase aus. Beginnt die Sinuswelle am Schnittpunkt der Koordinatenachsen, dann = 0, dann


Der Anfangswert des Stroms kann links oder rechts von der Ordinatenachse liegen. Dann wird die Anfangsphase vorgerückt oder verzögert.

1.2. Widerstand in Wechselstromkreisen.

Der elektrische Strom in den Leitern ist ständig mit den magnetischen und elektrischen Feldern verbunden.
Elemente, die die Umwandlung von elektromagnetischer Energie in Wärme kennzeichnen, werden als aktive Widerstände (bezeichnet mit R) bezeichnet.
Elemente, die nur dem Vorhandensein eines Magnetfeldes zugeordnet sind, werden als Induktivitäten bezeichnet.
Elemente, die mit dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes verbunden sind, werden Kapazitäten genannt.
Typische Vertreter des aktiven Widerstands sind Widerstände, Glühlampen, elektrische Öfen usw.
Relaisspulen, Wicklungen von Elektromotoren und Transformatoren besitzen Induktivität. Der induktive Widerstand wird durch die Formel berechnet:

wo L die Induktivität ist.
Kondensatoren haben Kondensatoren, lange Stromleitungen usw.
Der kapazitive Widerstand wird nach der Formel berechnet:

wo C ist die Kapazität.
Echte Verbraucher elektrischer Energie können einen komplexen Widerstandswert haben. In Gegenwart von R und L wird der Wert des Gesamtwiderstandes Z durch die Formel berechnet:

In ähnlicher Weise wird die Berechnung Z durchgeführt und für die Kette R und C gilt:

Verbraucher mit R, L, C haben einen Gesamtwiderstand:

1.3. SERIELLE VERBINDUNG DES AKTIVEN WIDERSTANDS R,
KAPAZITOR C UND INDUKTIVITÄT L

Betrachten Sie eine Schaltung mit aktiven, induktiven und kapazitiven Impedanzen, die in Reihe geschaltet sind (Abb. 1.3.1).

Analysieren Sie die Schaltung, zerlegen Sie die Netzspannung U in drei Komponenten:
U R - der Spannungsabfall über den aktiven Widerstand,
U L - der Spannungsabfall über den induktiven Widerstand,
U C - der Spannungsabfall über der Kapazität.

Der Strom in der Schaltung I wird allen Elementen gemeinsam sein:


Überprüfung produziert durch die Formel:

Es sollte beachtet werden, dass die Spannungen an einzelnen Abschnitten der Schaltung nicht immer in Phase mit dem Strom I übereinstimmen.
Also fällt der Spannungsabfall am aktiven Widerstand in Phase mit dem Strom zusammen, auf dem induktiven ist er in Phase des Stromes um 90 ° voraus und auf kapazitiv - es ist 90 ° dahinter.
Grafisch kann dies in einem Vektordiagramm dargestellt werden (Abb. 1.3.2).

Die drei oben gezeigten Spannungsabfallvektoren können geometrisch zu einem addiert werden (Abb. 1.3.3).

Bei einer solchen Kombination von Elementen ist eine aktiv-induktive oder eine aktiv-kapazitive Art der Last der Schaltung möglich. Daher hat die Phasenverschiebung sowohl positive als auch negative Vorzeichen.
Ein interessanter Modus ist wenn = 0.
In diesem Fall

Diese Betriebsart der Schaltung wird Spannungsresonanz genannt.
Impedanz bei Spannungsresonanz hat einen minimalen Wert:
und bei einer gegebenen Spannung U kann der Strom I einen maximalen Wert erreichen.
Von der Bedingung Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz

Das Phänomen der Spannungsresonanz ist in der Funktechnik und in einzelnen Industrieanlagen weit verbreitet.

1.4. PARALLELANSCHLUSSKONDENSATOR UND COIL,
MIT AKTIVER WIDERSTANDSFÄHIGKEIT UND INDUKTIVITÄT

Betrachten Sie die Parallelschaltung eines Kondensators und einer Spule mit aktivem Widerstand und Induktivität (Abb. 1.4.1).

In diesem Schema ist der gemeinsame Parameter für die zwei Zweige die Spannung U. Der erste Zweig, eine induktive Spule, hat einen aktiven Widerstand R und eine Induktivität L. Der resultierende Widerstand Z 1 und der Strom I 1 werden durch die Formel bestimmt:

wo

Da der Widerstand dieses Zweiges komplex ist, ist der Strom in dem Zweig gegenüber der Spannung um einen Winkel phasenverschoben.

Zeigen wir es im Vektordiagramm (Abb. 1.4.2).

Wir projizieren den aktuellen Vektor I 1 auf die Koordinatenachse. Die horizontale Komponente des Stroms ist die aktive Komponente von I 1R und die vertikale Komponente von I 1L . Die quantitativen Werte dieser Komponenten sind gleich:

wo

Der zweite Zweig enthält einen Kondensator. Sein Widerstand

Dieser Strom führt die Phase der Spannung um 90 °.
Um den Strom I im unverzweigten Teil der Schaltung zu bestimmen, verwenden wir die Formel:

Sein Wert kann grafisch durch Addition der Vektoren I 1 und I 2 erhalten werden (Abb. 1.4.3)
Der Verschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung ist mit j bezeichnet .
Hier sind verschiedene Modi im Betrieb der Schaltung möglich. Bei = + 90 ° wird der kapazitive Strom herrschen, bei = -90 ° - Induktionsstrom.
Der Modus ist möglich, wenn = 0, d.h. der Strom im unverzweigten Teil der Schaltung I wird aktiv sein. Dies geschieht in dem Fall, wenn I 1L = I 2 , d.h. mit gleichen reaktiven Komponenten des Stroms in den Zweigen.

Auf dem Vektordiagramm sieht das so aus (Abb. 1.4.4):

Dieser Modus wird als Stromresonanz bezeichnet. Wie bei der Spannungsresonanz wird sie auch in der Funktechnik weit verbreitet verwendet.
Der obige Fall der Parallelschaltung von R, L und C kann auch hinsichtlich des ansteigenden cos j für elektrische Installationen analysiert werden. Es ist bekannt, dass cos j ein technischer und wirtschaftlicher Parameter beim Betrieb von elektrischen Anlagen ist. Es wird durch die Formel bestimmt:

wo

P ist die Wirkleistung von elektrischen Anlagen, kW,
S ist die Gesamtleistung der elektrischen Anlagen, kW.
In der Praxis wird cos j bestimmt, indem die Messwerte von aktiver und reaktiver Energie von den Zählern genommen werden, und indem eine Anzeige durch eine andere geteilt wird, erhalten wir tg j .
Als nächstes finden Sie die Tabellen und cos j .
Je mehr cos j , desto wirtschaftlicher arbeitet das Stromnetz, da mit den gleichen Strom- und Spannungswerten (für die der Generator ausgelegt ist) mehr Wirkleistung gewonnen werden kann.
Die Reduzierung von cos j führt zu einer unvollständigen Nutzung von Geräten und verringert gleichzeitig die Effizienz der Installation. Die Stromtarife sehen niedrigere Kosten von 1 Kilowattstunde bei einem hohen cos j im Vergleich zu einem niedrigen cos j vor .
Die cos-Erweiterungsaktivitäten umfassen:
- Verhinderung des Leerlaufs von elektrischen Geräten,
- Vollbeladung von Elektromotoren, Transformatoren usw.
Darüber hinaus wird cos j positiv von der Verbindung mit dem Netzwerk von statischen Kondensatoren beeinflusst.