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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 allerlei schlauen Begriffen hetzen. Natürlich, wenn Sie eine elektrische Ausbildung haben, kann dieser Teil sofort verpasst werden. Und wenn du nur von Strom weißt, dass wenn du das Bügeleisen an eine Steckdose steckst, beginnt es sich zu sonnen, dann empfehle ich dir dringend, dieses Kapitel zu lesen, damit du dich später bei der universellen Feier des Lebens nicht wie ein Fremder fühlst. Das Kapitel stammt von der Website von Voropaev EG. "Elektrotechnik" , es gibt viele mehr davon, ich empfehle Lesen für die Selbstbildung, es ist ziemlich populär geschrieben (auf dem Niveau des ersten Jahres der elektrotechnischen Schule).

Also:

Definition: Variablen sind Ströme und Spannungen, die zeitlich, in Größe und Richtung variieren. Ihr Wert wird zu jeder Zeit der Momentanwert genannt. Die momentanen Werte sind mit kleinen Buchstaben bezeichnet: i, u, e, p.

Ströme, deren Werte sich in regelmäßigen Abständen wiederholen, werden als periodische Ströme bezeichnet. Das kleinste Zeitintervall, durch das ihre Wiederholungen beobachtet werden, wird als die Periode bezeichnet und wird durch den Buchstaben T bezeichnet. Die zur Periode inverse Größe wird Frequenz genannt, d.h.
und gemessen in Hertz (Hz). Wert wird die Winkelfrequenz des Wechselstroms genannt, sie zeigt die Änderung der Phase des Stroms pro Zeiteinheit und wird in Radianten geteilt durch eine Sekunde gemessen

Der maximale Wert eines Wechselstroms oder einer Spannung wird Amplitude genannt. Es wird durch große Buchstaben mit dem Index "m" (zum Beispiel I m ) bezeichnet. Es gibt auch ein Konzept für den effektiven Wert von Wechselstrom (I). Quantitativ ist es:

Es sollte beachtet werden, dass der tatsächliche Wert der Spannung kleiner als der Maximalwert ist.

Wechselstrom kann mathematisch geschrieben werden als:

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


Der Anfangswert des Stroms kann links oder rechts von der Ordinatenachse liegen. Dann wird die Anfangsphase vor- oder nachgelagert sein.

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 charakterisieren, werden als aktive Widerstände (mit R bezeichnet) bezeichnet.
Die Elemente, die mit dem Vorhandensein nur eines magnetischen Feldes verbunden sind, werden als Induktivitäten bezeichnet.
Elemente, die mit dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes verbunden sind, werden Kapazitäten genannt.
Typische Vertreter aktiver Widerstände sind Widerstände, Glühlampen, elektrische Öfen usw.
Induktivitäten werden mit Relaisspulen, Motorwicklungen und Transformatoren geliefert. Der induktive Widerstand wird durch die Formel berechnet:

wo L die Induktivität ist.
Kondensatoren, lange Stromleitungen usw. sind geräumig.
Der kapazitive Widerstand wird nach folgender 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 Z für die Kette R und C berechnet:

Verbraucher mit R, L, C haben einen Gesamtwiderstand:

1.3. FOLGENDE VERBINDUNG DES AKTIVEN WIDERSTANDS 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 ist anzumerken, dass die Beanspruchungen einzelner Abschnitte der Schaltung nicht immer in Phase mit dem Strom I übereinstimmen.
Bei einem aktiven Widerstand fällt der Spannungsabfall also in Phase mit dem Strom zusammen, bei dem induktiven den Strom um 90 ° und bei dem kapazitiven um 90 °.
Grafisch kann dies in einem Vektordiagramm (Abbildung 1.3.2) dargestellt werden.

Die oben gezeigten drei Vektoren des Spannungsabfalls 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 wenn = 0.
In diesem Fall

Dieser Betriebsmodus der Schaltung wird als Spannungsresonanz bezeichnet.
Die Impedanz bei der Resonanz der Spannungen hat einen minimalen Wert:
und bei einer gegebenen Spannung U kann der Strom I einen maximalen Wert erreichen.
Aus Zustand Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz

Das Phänomen der Spannungsresonanz ist in der Funktechnik und in bestimmten industriellen Anlagen weit verbreitet.

1.4. KONDENSATOR UND COIL PARALLELANSCHLUSS,
MIT AKTIVER WIDERSTANDSFÄHIGKEIT UND INDUKTIVITÄT

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

In diesem Schema ist der gemeinsame Parameter für die zwei Zweige die Spannung U. Der erste Zweig - die Induktionsspule - 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 Zweigs komplex ist, ist der Strom in dem Zweig in Phase von der Spannung zu dem Winkel.

Wir zeigen dies auf einem Vektordiagramm (Abbildung 1.4.2).

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

wo

Der zweite Zweig enthält einen Kondensator. Sein Widerstand

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

Sein Wert kann auch grafisch durch Addition der Vektoren I 1 und I 2 erhalten werden (Abbildung 1.4.3)
Der Winkel der Verschiebung zwischen Strom und Spannung ist mit dem Buchstaben j bezeichnet .
Hier sind verschiedene Modi im Betrieb der Schaltung möglich. Bei = + 90 ° wird der kapazitive Strom bei -90 ° - induktiv vorherrschen.
Ein Modus ist möglich, wenn = 0, d.h. der Strom im unverzweigten Teil der Kette I wird aktiver Natur sein. Dies geschieht in dem Fall, 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 Stromresonanz bezeichnet. Genau wie bei der Resonanzspannung ist es in der Funktechnik weit verbreitet.
Der oben diskutierte Fall der Parallelschaltung R, L und C kann auch unter dem Gesichtspunkt des zunehmenden 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 - Wirkleistung elektrischer Anlagen, kW,
S - Gesamtkapazität der elektrischen Anlagen, kW.
In der Praxis wird cos j bestimmt, indem die aktive und die reaktive Energie von den Zählern entfernt werden und eine Anzeige durch die anderen Erträge tg j geteilt wird .
Als nächstes wird cos j aus den Tabellen gefunden.
Je mehr cos j , desto sparsamer arbeitet das Stromnetz, denn bei gleichen Strom- und Spannungswerten (für die der Generator ausgelegt ist) kann es eine große Wirkleistung erhalten.
Eine Verringerung von cos j führt zu einem unvollständigen Gebrauch der Ausrüstung und gleichzeitig verringert sich die Effizienz der Installation. Die Tarife für Elektrizität sehen niedrigere Kosten von 1 Kilowattstunde für hohe cos j im Vergleich zu niedrigen vor.
Aktivitäten zur Erhöhung der Kosten umfassen:
- Verhinderung von Leerlaufelektrogeräten,
- Volllast von Elektromotoren, Transformatoren usw.
Bei cos j wirkt sich darüber hinaus die Verbindung zum Netzwerk der statischen Kondensatoren positiv aus.