Střídavý proud a jeho parametry: intenzita kolísání náboje v elektrické síti, metody měření

Směrový pohyb nabitých částic působením elektrické hnací síly (EMF) se nazývá elektrický proud, je proměnný a konstantní. V druhém případě je pohyb nukleonů stabilní v čase a v prvním případě periodicky obrací směr a velikost. Jedním z hlavních parametrů střídavého proudu je frekvence. Charakteristika závisí na frekvenci oscilací elektronů, lze ji měřit několika způsoby a přístroji.

Střídavý elektrický proud

V angličtině tento výraz odpovídá výrazu střídavý proud - zkratka AC, v energetice se jako písmenné označení používá tilda (~). Střídavý proud se mění v sinusové periodě. Zdrojem jsou generátory, které generují EMF pomocí elektromagnetické indukce. Reproduktor se vyznačuje následujícími parametry:

• síťové napětí U ve voltech;
• proudová síla I = Q / Δt, [A] je počet nábojů, které prošly průřezem vodiče za jednotku času;
• perioda T - časový interval úplného cyklu změn;
• frekvence f je počet kmitů za sekundu: f = 1 / T, [Hz] v domácích sítích je standard 50 hertzů;
instagram viewer
• proudová hustota j = I / S, [A / mm2] je vektorová veličina, kde S je plocha průřezu vodiče, směr j se shoduje s průběhem pohybu elektronů;
• fáze - stav AU, může být jednofázový a vícefázový;
• amplituda I max - výška sinusoidy, maximální hodnota proudu okamžitě dosažená během periody.

V energetice se používají především třífázové sítě: 3 samostatné elektrické obvody se stejným napětím a frekvencí při posunu φ = 120°. Stabilita a spolehlivost celé energetické sítě závisí na stabilitě vibračních pohybů nukleonů v systému.

Perioda zvlnění a frekvence

Fyzikální podstata střídavého proudu spočívá v pohybu elektronů ve vodiči, nejprve jedním směrem, poté druhým směrem. Celý cyklus pohybů tam a zpět se provádí po určitou dobu, určenou frekvencí kmitů: T = 1 / f.

Intenzita cyklu

Pro podmínky elektrických sítí v Rusku je indikátor f = 50 Hz a doba jednoho zvlnění je T = 1/50 = 0,02 sekundy. Zpětná vazba dvou parametrů umožňuje určit frekvenci ~ proud podle doby trvání signálu: f = 1 / 0,02 = 50 Hz.

Jeden hertz znamená 1 kmit za sekundu. Čím rychleji se mění elektromotorická síla, tím rychleji se obrací vektor poloměru a zkracuje se perioda. V souladu s tím se při vynucování rychlosti frekvence zvyšuje: hodnoty T a f jsou nepřímo úměrné, čím více jedna, tím méně druhá. Hodnoty charakteristiky f se mění v širokém rozmezí, což předurčuje použití rozšířené terminologie:

Počet nul po jedničce	Hertzova předpona
3 (tisíc)	kilo (kHz)
6 (milionů)	Mega (MHz)
9 (miliardy)	Giga (GHz)

V závislosti na hodnotě je frekvence střídavého proudu rozdělena do následujících podskupin:

• průmyslové: 16-25 Hz na železničních sítích v některých zemích, 25 a 75 Hz v schématech blokování železničních okruhů, v autonomních systémy letecké a vojenské energetiky - 400 Hz, v některých průmyslových a zemědělských zařízeních 200―400 Hz;
• zvukové jsou v rozsahu 20-20 000 Hz (20 kHz), ve vysílacích anténách - až 1,5 GHz;
• technické: automatizace - používá se rozsah od 1 kHz do 1 GHz, hutnictví a strojírenství: tavení, svařování a tepelné zpracování kovů;
• radarové stanice pro satelitní komunikaci, speciální systémy GLONASS, GPS - do 40 GHz a vyšší.

Vysokofrekvenční proudy (HFC) začínají na úrovni desítek kHz, kdy se výrazně projevuje záření elektromagnetické vlny a kožní efekt: náboj pohybující se ve vodiči není rozložen po průřezu, ale v povrchová vrstva.

Pro generování HDTV se používají generátory energie a oscilační obvody. V druhém případě je zařízením obvod se zahrnutou kapacitou a indukčností.

Nebezpečí multifrekvenčních poplatků

Střídavé a stejnosměrné napětí ekvivalentní účinku na lidské tělo je 42 V a 120 V. Nerovnost rizika zmizí, když EMF dosáhne 500 V a při vysokých hodnotách se konstanta stává nebezpečnější. Projevy nepříznivého účinku posledně jmenovaného jsou tepelné a elektrolytické a střídavý se projevuje zejména kontrakcí krevních cév, svalů a hlasivek. V tomto případě hraje frekvence proudu rozhodující roli v nebezpečí:

• 40-60 Hz - největší nebezpečí úrazu, možnost srdeční fibrilace; další zvýšení intenzity oscilací náboje vede ke snížení rizika, ale pravděpodobnost smrti zůstává v celém rozsahu průmyslových frekvencí - až 500 Hz;
• nad 10 kHz začíná HDTV - jsou bezpečné až do úrovně 1 MHz vzhledem k vnitřním lézím, což je způsobeno kožní efekt, ale způsobují popáleniny a hrozba z nich není menší než z konstanty nebo proměnných předchozích skupiny;
• vysokofrekvenční proudy jsou doprovázeny elektromagnetickým zářením - z této strany existuje možnost negativního dopadu na živé organismy.

Jejich použití v lékařství pro fyzioterapeutické postupy je založeno na relativní bezpečnosti HDTV. Závažnost elektrického výboje závisí nejen na fyzických parametrech náboje, ale také na stavu lidského těla.

Měřící nástroje

Pro určení intenzity kmitů se používá osciloskop, na kterém vidíte frekvenci a tvar signálu. Existují také speciální zařízení - měřiče frekvence. K určení parametru používají následující metody:

• přebití kondenzátoru - průměrná hodnota intenzity proudu je úměrná jeho intenzitě a měří se magnetoelektrickým ampérmetrem se stupnicí v hertzech;
• diskrétní počítání - fixace impulsů požadované frekvence po určitou dobu, příjem dat dostatečná přesnost: chyba do 2 %, to je dobrý ukazatel pro domácí použití přístroj;
• metoda rezonance je založena na stejnojmenném elektrickém jevu, který se vyskytuje v obvodu s laditelnými prvky; frekvence - více než 50 Hz, je určena stupnicí nastavovacího mechanismu.

V osciloskopech se používá další známá metoda, založená na míchání a porovnávání referenčního parametru s naměřenou frekvencí. V důsledku překrývání dochází k bití a při zarovnávání se na obrazovce nastaví určitý údaj. Požadovaná charakteristika se vypočítá podle pevně stanoveného plánu pomocí matematických vzorců.