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Konzept des Wechselstroms

Vorwort.

Bevor du anfängst Denken Sie daran, dass es sich bei den Zählern um Elektrogeräte handelt, und ich werde in der folgenden Beschreibung auf alle möglichen klugen Begriffe eingehen. Wenn Sie eine elektrotechnische Ausbildung haben, kann dieser Teil natürlich sofort übersprungen werden. Und wenn Sie nur über Elektrizität Bescheid wissen, dass sich das Bügeleisen erwärmt, wenn es in die Steckdose gesteckt wird, empfehle ich nachdrücklich, dieses Kapitel zu lesen, damit Sie sich bei einer allgemeinen Feier des Lebens nicht wie ein Fremder fühlen. Das Kapitel stammt von der Seite Voropayev EG "Elektrotechnik" gibt es noch viele davon, ich empfehle das Lesen zur Selbstausbildung, es ist recht populär geschrieben (auf dem Niveau des ersten Jahres einer elektrotechnischen Fachschule).

Also:

Definition: Variablen heißen Ströme und Spannungen, die sich in Zeit, Größe und Richtung ändern. Ihr Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt wird als Momentanwert bezeichnet. Bezeichnet durch Momentanwerte in Kleinbuchstaben: i, u, e, p.

Ströme, deren Werte sich in regelmäßigen Abständen wiederholen, werden als periodisch bezeichnet. Das kleinste Zeitintervall, nach dem ihre Wiederholungen beobachtet werden, wird als Periode bezeichnet und mit dem Buchstaben T bezeichnet. Der Kehrwert der Periode wird als Frequenz bezeichnet, d.h.
und wird in Hertz (Hz) gemessen. Größe Die so genannte Winkelfrequenz des Wechselstroms zeigt die Änderung der Phase des Stroms pro Zeiteinheit und wird in Bogenmaß geteilt durch Sekunden gemessen

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

Es ist zu beachten, dass der Effektivwert 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 elektromagnetischer Energie in Wärme charakterisieren, werden aktive Widerstände genannt (mit R bezeichnet).
Elemente, die nur mit dem Vorhandensein eines Magnetfelds verbunden sind, werden Induktivitäten genannt.
Elemente, die mit dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes verbunden sind, werden Kapazitäten genannt.
Typische Vertreter des aktiven Widerstands sind Widerstände, Glühlampen, Elektroöfen usw.
Induktivität haben Spulenrelais, Wicklungen von Elektromotoren und Transformatoren. Der induktive Widerstand berechnet sich nach der Formel:

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

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

Ebenso erfolgt die Berechnung für Z und für die Kette R und C:

Verbraucher mit R, L, C haben Gesamtwiderstand:

1.3. KONSTANTE VERBINDUNG VON AKTIVEM WIDERSTAND R,
KAPAZITOR C UND INDUKTIVITÄT L

Stellen Sie sich einen Stromkreis mit aktiven, induktiven und kapazitiven Impedanzen vor, die in Reihe geschaltet sind (Abb. 1.3.1).

Zerlegen Sie zur Analyse der Schaltung die Netzspannung U in drei Komponenten:
U R - der Spannungsabfall über dem aktiven Widerstand,
U L - Spannungsabfall am induktiven Widerstand,
U C - der Spannungsabfall über der Kapazität.

Der Strom in der Schaltung I ist allen Elementen gemeinsam:


Check erzeugt durch die Formel:

Es ist zu beachten, dass die Spannungen an einzelnen Abschnitten des Stromkreises nicht immer in Phase mit dem Strom I zusammenfallen.
Beim aktiven Widerstand stimmt der Spannungsabfall mit dem Strom überein, beim induktiven ist er dem Strom um 90 ° voraus und beim kapazitiven um 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 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 als Spannungsresonanz bezeichnet.
Die Impedanz bei Spannungsresonanz hat einen Mindestwert:
und bei einer gegebenen Spannung U kann der Strom I einen Maximalwert erreichen.
Aus dem Zustand Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz

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

1.4. PARALLELANSCHLUSSKAPAZITÄT UND SPULE,
MIT AKTIVEM WIDERSTAND 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 beiden 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 im Zweig gegenüber der Spannung um einen Winkel phasenverschoben.

Zeigen wir es auf dem Vektordiagramm (Abb. 1.4.2).

Wir projizieren den Stromvektor 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 betragen:

wo

Der zweite Zweig enthält einen Kondensator. Sein Widerstand

Dieser Strom eilt der Phase der Spannung um 90 ° voraus.
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 Betriebsarten der Schaltung möglich. Bei = + 90 ° herrscht der kapazitive Strom, bei = -90 ° der induktive Strom.
Der Modus ist möglich, 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. Ebenso wie bei der Spannungsresonanz ist sie in der Funktechnik weit verbreitet.
Der obige Fall der Parallelschaltung von R, L und C kann auch im Hinblick auf die 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

Р - Wirkleistung elektrischer Anlagen, kW,
S ist die Gesamtleistung elektrischer Anlagen in kW.
In der Praxis wird cos j durch Ablesen der Wirk- und Blindleistung von den Zählern bestimmt, und durch Teilen einer Anzeige durch eine andere erhalten wir tg j .
Finden Sie außerdem gemäß den Tabellen cos j .
Je mehr cos j , desto wirtschaftlicher arbeitet das Stromnetz, da mit den gleichen Werten von Strom und Spannung (für die der Generator ausgelegt ist) mehr Wirkleistung daraus gewonnen werden kann.
Die Reduzierung von cos j führt zu einer unvollständigen Nutzung der Ausrüstung und verringert gleichzeitig die Effizienz der Anlage. Die Stromtarife sehen niedrigere Kosten von 1 Kilowattstunde bei einem hohen Stromverbrauch im Vergleich zu einem niedrigen vor.
Cos Aktivitäten umfassen:
- Verhinderung des Leerlaufs elektrischer Geräte,
- Vollbeladung von Elektromotoren, Transformatoren usw.
Darüber hinaus wird cos j durch die Verbindung mit dem Netzwerk statischer Kondensatoren positiv beeinflusst.