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Das Konzept des Wechselstroms

Vorwort.

Bevor Sie beginnen reden Sie über Zähler, denken Sie daran, dass dies elektrische Geräte sind, und in der folgenden Beschreibung werde ich mit allen möglichen klugen Begriffen stürmen. Natürlich, wenn Sie eine elektrische Ausbildung haben, kann dieser Teil sofort verpasst werden. Und wenn Sie nur von Elektrizität wissen, wenn Sie das Bügeleisen in eine Steckdose stecken, beginnt es sich zu sonnen, dann empfehle ich Ihnen dringend, dieses Kapitel zu lesen, damit Sie sich später nicht wie ein Fremder an der universellen Feier des Lebens fühlen. Das Kapitel stammt von der Website von Voropaev EG. "Elektrotechnik" gibt es viele mehr davon, ich empfehle das Lesen für die Selbsterziehung, es ist ziemlich populär (auf dem Niveau des ersten Kurses der elektrotechnischen Schule) geschrieben.

Also:

Definition: Variablen sind Ströme und Spannungen, die sich zeitlich, in Größe und Richtung ändern. Ihr Wert wird zu jedem Zeitpunkt als Momentanwert bezeichnet. Die Momentanwerte sind durch Kleinbuchstaben gekennzeichnet: i, u, e, p.

Ströme, deren Werte sich in regelmäßigen Abständen wiederholen, werden periodische Ströme genannt. Das kleinste Zeitintervall, durch das ihre Wiederholungen beobachtet werden, wird als Periode bezeichnet und ist mit dem Buchstaben T bezeichnet. Die zu der Periode inverse Größe wird als Frequenz bezeichnet, d. H.
und gemessen in Hertz (Hz). Value wird die Winkelfrequenz des Wechselstroms genannt, sie zeigt die Änderung der Phase des Stroms pro Zeiteinheit und wird in Radiant dividiert durch eine Sekunde

Der Maximalwert eines Wechselstroms oder einer Wechselstromspannung wird Amplitude genannt. Es wird durch große Buchstaben mit dem Index "m" bezeichnet (zum Beispiel I m ). Es gibt auch ein Konzept des Effektivwertes des Wechselstroms (I). Quantitativ ist es:

es sollte beachtet werden, dass der tatsächliche Wert der Spannung kleiner als der maximale Wert ist.

Wechselstrom kann mathematisch geschrieben werden als:

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


Der Anfangswert des Stroms kann links oder rechts von der Ordinatenachse sein. Dann wird die Anfangsphase voran oder nacheilend sein.

1.2. WIDERSTAND IN AC-SCHALTUNGEN.

Der elektrische Strom in den Leitern ist ständig mit den magnetischen und elektrischen Feldern verbunden.
Elemente, die die Umwandlung von elektromagnetischer Energie in Wärme charakterisieren, werden aktive Widerstände genannt (bezeichnet mit R).
Die mit dem Vorhandensein nur eines Magnetfelds verbundenen Elemente werden Induktivitäten genannt.
Elemente, die mit dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes zusammenhängen, werden als Kapazitäten bezeichnet.
Typische Vertreter der aktiven Widerstände sind Widerstände, Glühlampen, Elektroöfen usw.
Induktivitäten sind mit Relaisspulen, Motorwicklungen und Transformatoren ausgestattet. Der induktive Widerstand berechnet sich nach der Formel:

wo L die Induktivität ist.
Kondensatoren, lange Stromleitungen usw. sind geräumig.
Der kapazitive Widerstand wird nach folgender Formel berechnet:

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

In ähnlicher Weise wird Z für die Kette R und C berechnet:

Verbraucher mit R, L, C haben einen Gesamtwiderstand:

1.3. FOLGENDER ANSCHLUSS DES AKTIVWIDERSTANDS R,
KONDENSATOR MIT UND INDUKTIVITÄT L

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

Um die Schaltung zu analysieren, zerlegen wir die Spannung des Netzwerks U in drei Komponenten:
U R - Spannungsabfall am aktiven Widerstand,
U L - Spannungsabfall am induktiven Widerstand,
U C - Spannungsabfall über den kapazitiven Widerstand.

Der Strom in der Schaltung I wird für alle Elemente gemeinsam sein:


Die Überprüfung erfolgt nach der Formel:

Es sollte beachtet werden, dass die Belastungen einzelner Abschnitte der Schaltung nicht immer in Phase mit dem Strom I übereinstimmen.
Somit fällt der Spannungsabfall bei einem aktiven Widerstand phasengleich mit dem Strom, beim induktiven Strom um 90 ° und beim kapazitiven um 90 ° nach hinten.
Grafisch kann dies auf einem Vektordiagramm dargestellt werden (Abbildung 1.3.2).

Die drei Vektoren des Spannungsabfalls, die oben gezeigt werden, können geometrisch zu einem kombiniert werden (Abbildung 1.3.3).

Bei einer solchen Kombination von Elementen sind aktiv-induktive oder aktiv-kapazitive Lastmuster der Schaltung möglich. Folglich hat die Phasenverschiebung sowohl ein positives als auch ein negatives Vorzeichen.
Ein interessanter Modus ist wann = 0.
In diesem Fall

Diese Funktionsweise der Schaltung wird als Stressresonanz bezeichnet.
Die Impedanz bei der Resonanz der Spannungen hat einen Minimalwert:
, und bei einer gegebenen Spannung U kann der Strom I einen Maximalwert erreichen.
Aus Bedingung Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz

Das Phänomen der Spannungsresonanz wird in der Radiotechnik und in bestimmten Industrieanlagen häufig verwendet.

1.4. KONDENSATOR UND SPULE PARALLELE VERBINDUNG,
MIT WIDERSTANDSFÄHIGKEIT UND INDUKTIVITÄT

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

In diesem Schema ist der gemeinsame Parameter für die zwei Zweige die Spannung U. Der erste Zweig - die induktive Spule - hat den aktiven Widerstand R und die 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 der Verzweigung phasenrichtig von der Spannung zum Winkel.

Wir zeigen dies auf einem Vektordiagramm (Abbildung 1.4.2).

Projizieren Sie den aktuellen Vektor I 1 auf der Koordinatenachse. Die horizontale Komponente des Stroms wird die aktive Komponente I 1R und die vertikale Komponente I 1L sein . Die quantitativen Werte dieser Komponenten sind gleich:

wo

Der zweite Zweig enthält einen Kondensator. Sein Widerstand

Dieser Strom ist um 90 ° vor der Phase.
Um den Strom I im unverzweigten Teil der Kette zu bestimmen, verwenden wir die Formel:

Sein Wert kann auch graphisch durch Addition der Vektoren I 1 und I 2 erhalten werden (Abbildung 1.4.3)
Der Winkel der Verschiebung zwischen Strom und Spannung wird durch den Buchstaben j bezeichnet .
Hier sind verschiedene Betriebsarten der Schaltung möglich. Bei + 90 ° ist der kapazitive Strom bei -90 ° induktiv.
Ein Modus ist möglich, wenn = 0, d. H. der Strom im unverzweigten Teil der Kette I wird von aktiver Natur sein. Dies wird in dem Fall passieren, wenn I 1L = I 2 , d. H. wenn die reaktiven Komponenten des Stroms in den Zweigen gleich sind.

Auf einem Vektordiagramm sieht das so aus (Abbildung 1.4.4):

Dieser Modus wird als aktuelle Resonanz bezeichnet. Genau wie bei der Resonanzspannung wird es in der Funktechnik weit verbreitet eingesetzt.
Der oben diskutierte Fall der parallelen Verbindung R, L und C kann auch unter dem Gesichtspunkt der Zunahme von cos j für elektrische Installationen analysiert werden. Es ist bekannt, dass cos j ein technischer und ökonomischer Parameter beim Betrieb von elektrischen Anlagen ist. Es wird durch die Formel bestimmt:

, wo

P - Wirkleistung von elektrischen Anlagen, kW,
S - Gesamtkapazität der elektrischen Anlagen, kW.
In der Praxis wird cos j bestimmt, indem die aktive und reaktive Energie von den Zählern entfernt wird und eine Anzeige durch die anderen Erträge tg j dividiert wird.
Als nächstes wird cos j aus den Tabellen gefunden.
Je mehr cos j , desto sparsamer arbeitet das Stromnetz, da es bei gleichen Werten von Strom und Spannung (für die der Generator ausgelegt ist) eine große Wirkleistung erhalten kann.
Eine Abnahme von cos j führt zu einer unvollständigen Verwendung der Ausrüstung und gleichzeitig nimmt die Effizienz der Anlage ab. Die Strompreise ermöglichen eine niedrigere Kosten von 1 Kilowattstunde für einen hohen cos j im Vergleich zu niedrigen.
Aktivitäten zur Erhöhung der cos gehören:
- Vermeidung von elektrischen Geräten im Leerlauf,
- Volllast von Elektromotoren, Transformatoren usw.
Darüber hinaus wirkt sich bei cos j die Anbindung an das Netzwerk statischer Kondensatoren positiv aus.