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Das Konzept des Wechselstroms

Vorwort

Bevor du anfängst Wenn wir über Zähler sprechen, denken Sie daran, dass es sich um Elektrogeräte handelt. In der folgenden Beschreibung werde ich auf alle möglichen intelligenten Begriffe eingehen. Wenn Sie eine elektrische Ausbildung haben, kann dieser Teil natürlich sofort übersprungen werden. Und wenn Sie sich nur mit Elektrizität auskennen und das Bügeleisen an eine Steckdose anschließen, die sich zu erwärmen beginnt, empfehle ich Ihnen nachdrücklich, dieses Kapitel zu lesen, damit Sie sich bei einem universellen Feiertag nicht wie ein Fremder fühlen. Das Kapitel stammt von der Seite Voropaev E.G. "Elektrotechnik" gibt es immer noch viele, ich empfehle zum Selbststudium zu lesen, es ist recht populär geschrieben (auf dem Niveau des ersten Jahres der Elektrotechnik-Hochschule).

Also:

Definition: Variablen heißen Ströme und Spannungen, die sich in Zeit, Größe und Richtung ändern. Ihr jederzeitiger Wert wird als Momentanwert bezeichnet. Momentanwerte werden in kleinen Buchstaben angegeben: i, u, e, p.

Ströme, deren Werte sich in regelmäßigen Zeitabständen wiederholen, werden als periodisch bezeichnet. Die kürzeste Zeitspanne, nach der ihre Wiederholungen beobachtet werden, wird als Periode bezeichnet und mit dem Buchstaben T bezeichnet. Die Umkehrung der Periode wird als Frequenz bezeichnet, d.h.
und in Hertz (Hz) gemessen. Wert Die Winkelfrequenz des Wechselstroms. Sie gibt die Phasenänderung des Stroms pro Zeiteinheit an und wird im Bogenmaß geteilt durch die Sekunde gemessen

Der Maximalwert von Wechselstrom oder Wechselspannung wird Amplitude genannt. Es wird in Großbuchstaben mit dem Index "m" bezeichnet (z. B. I m ). Es gibt auch das Konzept des Effektivwerts des Wechselstroms (I). Quantitativ ist es gleich:

Es ist zu beachten, dass der tatsächliche Spannungswert kleiner als das Maximum ist.

Wechselstrom kann mathematisch geschrieben werden als:

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


Der anfängliche Stromwert kann links oder rechts von der Ordinatenachse liegen. Dann ist die Anfangsphase vor- oder nacheilend.

1.2. WIDERSTAND IN AC-KETTEN.

Elektrischer Strom in Leitern ist ständig mit magnetischen und elektrischen Feldern verbunden.
Elemente, die die Umwandlung elektromagnetischer Energie in Wärme charakterisieren, werden aktive Widerstände genannt (mit R bezeichnet).
Elemente, die nur dem Vorhandensein eines Magnetfelds zugeordnet sind, werden Induktivitäten genannt.
Elemente, die mit dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes verbunden sind, werden Kapazitäten genannt.
Typische Vertreter aktiver Widerstände sind Widerstände, Glühlampen, Elektroöfen usw.
Die Induktivität besitzen Relaisspulen, Wicklungen von Elektromotoren und Transformatoren. Die Induktivität berechnet sich nach der Formel:

wobei L die Induktivität ist.
Kondensatoren, lange Stromleitungen usw. besitzen Kapazität.
Die Kapazität wird nach der Formel berechnet:

wobei 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 von:

1.3. Reihenschaltung des aktiven Widerstands R,
Kondensator C und Induktion L

Stellen Sie sich eine Schaltung mit in Reihe geschalteten aktiven, induktiven und kapazitiven Widerständen vor (Abb. 1.3.1).

Um die Schaltung zu analysieren, zerlegen wir die Netzspannung U in drei Komponenten:
U R - Spannungsabfall über dem aktiven Widerstand,
U L ist der Spannungsabfall über dem induktiven Widerstand,
U C ist der Spannungsabfall über der Kapazität.

Der Strom in Stromkreis I ist allen Elementen gemeinsam:


Die Überprüfung erfolgt nach der Formel:

Es ist zu beachten, dass die Spannungen in den einzelnen Teilen des Stromkreises nicht immer mit dem Strom I phasengleich sind.
Am aktiven Widerstand stimmt der Spannungsabfall also mit dem Strom überein, an der induktiven Phase ist er der Phase um 90 ° voraus und an der kapazitiven Phase um 90 ° dahinter.
Grafisch kann dies im Vektordiagramm dargestellt werden (Abb. 1.3.2).

Die drei oben dargestellten Spannungsabfallvektoren können geometrisch zu einem kombiniert werden (Abb. 1.3.3).

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

Diese Betriebsart der Schaltung wird als Spannungsresonanz bezeichnet.
Die Impedanz bei Spannungsresonanz hat einen Minimalwert:
und bei einer gegebenen Spannung U kann der Strom I einen Maximalwert erreichen.
Aus dem Zustand Definieren Sie die Resonanzfrequenz

Spannungsresonanzphänomene sind in der Funktechnik und in einzelnen Industrieanlagen weit verbreitet.

1.4. Parallelschaltung von Kondensator und Spule,
Besitzen aktiven Widerstand und Induktivität

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

In dieser Schaltung ist der gemeinsame Parameter für die beiden Zweige die Spannung U. Der erste Zweig, die Induktionsspule, 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 Zweigs komplex ist, ist der Strom im Zweig gegenüber der Spannung um einen Winkel phasenverschoben.

Wir zeigen dies im Vektordiagramm (Abb. 1.4.2).

Wir projizieren den Stromvektor I 1 auf die Koordinatenachse. Die horizontale Komponente des Stroms ist die aktive Komponente I 1R und die vertikale - I 1L . Quantitative Werte dieser Komponenten sind gleich:

wo

In dem zweiten Zweig ist ein Kondensator enthalten. Sein Widerstand

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

Sein Wert kann auch grafisch durch Addition der Vektoren I 1 und I 2 erhalten werden (Abb. 1.4.3).
Der Scherwinkel zwischen Strom und Spannung ist mit dem Buchstaben j bezeichnet .
Hierbei sind verschiedene Betriebsarten der Schaltung möglich. Bei = + 90 ° herrscht der kapazitive Strom, bei = -90 ° - induktiv.
Möglicher Modus, wenn = 0, d.h. Der Strom im unverzweigten Teil des Stromkreises I ist aktiv. Dies wird in dem Fall geschehen, wenn I 1L = I 2 ist , d.h. bei gleichen Blindanteilen des Stromes in den Zweigen.

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

Dieser Modus wird als Stromresonanz bezeichnet. Wie bei einer Resonanz von Spannungen ist es in der Funktechnik weit verbreitet.
Der oben betrachtete Fall der Parallelschaltung von R, L und C kann auch unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung des cos j für elektrische Installationen analysiert werden. Es ist bekannt, dass cos j ein technischer und wirtschaftlicher Parameter beim Betrieb elektrischer Anlagen ist. Es wird durch die Formel bestimmt:

wo

P ist die Wirkleistung elektrischer Anlagen, kW,
S - volle Leistung der elektrischen Anlagen, kW.
In der Praxis wird cos j bestimmt, indem Aktiv- und Reaktivenergiemesswerte von den Zählern abgenommen werden und ein Messwert in einen anderen geteilt wird, was tg j ergibt.
Ferner wird gemäß den Tabellen auch cos j gefunden .
Je mehr cos j , desto wirtschaftlicher arbeitet das Stromversorgungssystem, da es bei gleichen Strom- und Spannungswerten (für die der Generator ausgelegt ist) mehr Wirkleistung erhalten kann.
Die Abnahme von cos j führt zu einer unvollständigen Verwendung der Ausrüstung und gleichzeitig nimmt die Effizienz der Anlage ab. Stromtarife bieten niedrigere Kosten von 1 Kilowattstunde bei hohem Stromverbrauch als bei niedrigem Stromverbrauch.
Zu den Verbesserungsaktivitäten gehören:
- Verhinderung des Leerlaufs elektrischer Betriebsmittel,
- Volllast von Elektromotoren, Transformatoren usw.
Außerdem wirkt sich cos j positiv auf den Anschluss statischer Kondensatoren an das Netzwerk aus.