Prąd przemienny i jego parametry: natężenie wahań ładunku w sieci elektrycznej, metody pomiaru

Kierunkowy ruch naładowanych cząstek pod działaniem elektrycznej siły napędowej (EMF) nazywany jest prądem elektrycznym, jest zmienny i stały. W tym drugim przypadku ruch nukleonów jest stabilny w czasie, aw pierwszym przypadku okresowo odwraca kierunek i wielkość. Jednym z głównych parametrów prądu przemiennego jest częstotliwość. Charakterystyka zależy od częstotliwości drgań elektronów, można ją mierzyć na kilka sposobów i przyrządów.

Zmienny prąd elektryczny

W języku angielskim termin ten odpowiada wyrażeniu prąd przemienny - skrót AC, w energetyce znak tyldy (~) jest używany jako oznaczenie literowe. Prąd przemienny zmienia się w okresie sinusoidalnym. Źródłem są generatory, które generują pola elektromagnetyczne za pomocą indukcji elektromagnetycznej. Głośnik charakteryzuje się następującymi parametrami:

• napięcie sieciowe U w woltach;
• natężenie prądu I = Q / Δt, [A] to liczba ładunków, które przeszły przez przekrój przewodu w jednostce czasu;
  instagram viewer
• okres T - przedział czasu pełnego cyklu zmian;
• częstotliwość f to liczba oscylacji w ciągu sekundy: f = 1 / T, [Hz] w sieciach domowych standardem jest 50 Hz;
• gęstość prądu j = I / S, [A / mm2] jest wielkością wektorową, gdzie S jest polem przekroju przewodnika, kierunek j pokrywa się z przebiegiem ruchu elektronów;
• faza - stan AU, może być jednofazowy i wielofazowy;
• amplituda I max - wysokość sinusoidy, maksymalna wartość prądu chwilowo osiągana w okresie.

W energetyce stosuje się głównie sieci trójfazowe: 3 oddzielne obwody elektryczne o tym samym napięciu i częstotliwości przy przesunięciu φ = 120 °. Stabilność i niezawodność całej sieci energetycznej zależy od stabilności ruchów wibracyjnych nukleonów w układzie.

Okres i częstotliwość tętnienia

Fizyczna istota prądu przemiennego polega na ruchu elektronów w przewodniku, najpierw w jednym kierunku, potem w drugim. Pełny cykl ruchów tam iz powrotem wykonywany jest przez pewien czas, określony przez częstotliwość oscylacji: T = 1 / f.

Intensywność cyklu

Dla warunków sieci energetycznych w Rosji wskaźnik wynosi f = 50 Hz, a czas jednego tętnienia to T = 1/50 = 0,02 sekundy. Sprzężenie zwrotne dwóch parametrów pozwala określić częstotliwość ~ prądu przez czas trwania sygnału: f = 1 / 0,02 = 50 Hz.

Jeden herc oznacza 1 oscylację na sekundę. Im szybciej zmienia się siła elektromotoryczna, tym szybciej odwraca się wektor promienia i skraca się okres. Odpowiednio, przy wymuszaniu prędkości wzrasta częstotliwość: wartości T i f są odwrotnie proporcjonalne, im więcej, tym mniej drugiego. Wartości charakterystyki f różnią się w szerokim zakresie, co z góry określa użycie rozszerzonej terminologii:

Liczba zer po jedynce	Przedrostek herców
3 (tys.)	Kilogram (kHz)
6 milionów)	Mega (MHz)
9 (mld)	Giga (GHz)

W zależności od wartości częstotliwość prądu przemiennego dzieli się na następujące podgrupy:

• przemysłowe: 16-25 Hz w sieciach kolejowych w niektórych krajach, 25 i 75 Hz w schematach blokad obwodów kolejowych, w trybie autonomicznym systemy energetyki lotniczej i wojskowej - 400 Hz, w niektórych instalacjach przemysłowych i rolniczych 200―400 Hz;
• dźwiękowe mieszczą się w zakresie 20-20 000 Hz (20 kHz), w antenach nadawczych - do 1,5 GHz;
• techniczne: automatyka - stosuje się zakres od 1 kHz do 1 GHz, metalurgia i budowa maszyn: topienie, spawanie i obróbka cieplna metali;
• stacje radarowe do łączności satelitarnej, systemy specjalne GLONASS, GPS - do 40 GHz i wyższe.

Prądy wysokiej częstotliwości (HFC) zaczynają się na poziomie dziesiątek kHz, gdy promieniowanie jest wyraźnie widoczne fale elektromagnetyczne i efekt naskórkowości: ładunek poruszający się w przewodzie jest rozłożony nie na przekroju, ale w warstwa powierzchniowa.

Generatory prądu i obwody oscylacyjne służą do generowania telewizji HDTV. W tym drugim przypadku urządzenie jest układem z uwzględnioną pojemnością i indukcyjnością.

Niebezpieczeństwo opłat wieloczęstotliwościowych

Napięcia AC i DC równoważne oddziaływaniu na organizm człowieka wynoszą odpowiednio 42 V i 120 V. Nierówność zagrożenia znika, gdy EMF osiągnie 500 V, a przy wysokich wartościach stała staje się bardziej niebezpieczna. Przejawy niekorzystnego działania tych ostatnich są termiczne i elektrolityczne, a naprzemienny wyraża się głównie w skurczu naczyń krwionośnych, mięśni i strun głosowych. W tym przypadku częstotliwość prądu odgrywa decydującą rolę w niebezpieczeństwie:

• 40-60 Hz - największe zagrożenie urazem, możliwość migotania serca; dalszy wzrost intensywności oscylacji ładunku prowadzi do zmniejszenia ryzyka, ale prawdopodobieństwo zgonu pozostaje w całym zakresie częstotliwości przemysłowych - do 500 Hz;
• powyżej 10 kHz zaczyna się HDTV - są bezpieczne do poziomu 1 MHz w stosunku do zmian wewnętrznych, co wynika z: efekt skóry, ale powodują oparzenia, a zagrożenie z nich jest nie mniejsze niż ze stałych lub zmiennych poprzednich grupy;
• prądom o wysokiej częstotliwości towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne - z tej strony istnieje możliwość negatywnego oddziaływania na organizmy żywe.

Ich zastosowanie w medycynie do zabiegów fizjoterapeutycznych opiera się na względnym bezpieczeństwie telewizorów HD. Siła porażenia prądem zależy nie tylko od fizycznych parametrów ładunku, ale także od stanu ludzkiego ciała.

Urządzenia pomiarowe

Do określenia intensywności oscylacji służy oscyloskop, na którym można zobaczyć częstotliwość i kształt sygnału. Istnieją również specjalne urządzenia - mierniki częstotliwości. Stosują następujące metody określania parametru:

• przeładowanie kondensatora - średnia wartość natężenia prądu jest proporcjonalna do jego natężenia i jest mierzona amperomierzem magnetoelektrycznym ze skalą w hercach;
• dyskretne zliczanie - ustalanie impulsów o wymaganej częstotliwości przez określony czas, odbieranie danych wystarczająca dokładność: błąd w granicach 2%, jest to dobry wskaźnik do użytku domowego urządzenie;
• metoda rezonansowa opiera się na zjawisku elektrycznym o tej samej nazwie, które występuje w obwodzie z elementami przestrajalnymi; częstotliwość - powyżej 50 Hz, jest określona przez skalę mechanizmu regulacyjnego.

Inna znana metoda stosowana jest w oscyloskopach, polegająca na mieszaniu i porównywaniu parametru referencyjnego z mierzoną częstotliwością. W wyniku nakładania się pojawia się bicie, a podczas wyrównywania na ekranie ustawiana jest pewna liczba. Pożądana charakterystyka jest obliczana zgodnie z ustalonym harmonogramem za pomocą wzorów matematycznych.