Striedavý prúd a jeho parametre: intenzita kolísania náboja v elektrickej sieti, metódy merania

Smerový pohyb nabitých častíc pri pôsobení elektrickej hnacej sily (EMF) sa nazýva elektrický prúd, je premenlivý a konštantný. V druhom prípade je pohyb nukleónov stabilný v čase a v prvom prípade periodicky mení smer a veľkosť. Jedným z hlavných parametrov striedavého prúdu je frekvencia. Charakteristika závisí od frekvencie kmitov elektrónov, možno ju merať viacerými spôsobmi a prístrojmi.

Striedavý elektrický prúd

V angličtine tento výraz zodpovedá výrazu striedavý prúd - skratka AC, v energetike sa ako písmenové označenie používa tilda (~). Striedavý prúd sa mení v sínusovej perióde. Zdrojmi sú generátory, ktoré generujú EMF pomocou elektromagnetickej indukcie. Reproduktor sa vyznačuje nasledujúcimi parametrami:

• sieťové napätie U vo voltoch;
• prúdová sila I = Q / Δt, [A] je počet nábojov, ktoré prešli prierezom vodiča za jednotku času;
• obdobie T - časový interval úplného cyklu zmien;
instagram viewer
• frekvencia f je počet kmitov za sekundu: f = 1 / T, [Hz] v domácich sieťach je štandard 50 hertzov;
• prúdová hustota j = I / S, [A / mm2] je vektorová veličina, kde S je plocha prierezu vodiča, smer j sa zhoduje s priebehom pohybu elektrónov;
• fáza - stav AU, môže byť jednofázová a viacfázová;
• amplitúda I max - výška sínusoidy, maximálna hodnota prúdu okamžite dosiahnutá počas periódy.

V energetike sa používajú najmä trojfázové siete: 3 samostatné elektrické obvody s rovnakým napätím a frekvenciou pri posune φ = 120 °. Stabilita a spoľahlivosť celej elektrickej siete závisí od stability vibračných pohybov nukleónov v systéme.

Perióda a frekvencia zvlnenia

Fyzikálna podstata striedavého prúdu spočíva v pohybe elektrónov vo vodiči, najprv v jednom smere, potom v druhom smere. Celý cyklus pohybov tam a späť sa vykonáva po určitú dobu, ktorá je určená frekvenciou kmitov: T = 1 / f.

Intenzita cyklu

Pre podmienky elektrických sietí v Rusku je indikátor f = 50 Hz a čas jedného zvlnenia je T = 1/50 = 0,02 sekundy. Spätná väzba dvoch parametrov vám umožňuje určiť frekvenciu ~ prúd podľa trvania signálu: f = 1 / 0,02 = 50 Hz.

Jeden hertz znamená 1 kmit za sekundu. Čím rýchlejšie sa mení elektromotorická sila, tým rýchlejšie sa obráti vektor polomeru a skracuje sa perióda. V súlade s tým sa pri vynútení rýchlosti zvyšuje frekvencia: hodnoty T a f sú nepriamo úmerné, čím viac je jedna, tým menej je druhá. Hodnoty charakteristiky f sa menia v širokom rozsahu, ktorý predurčuje používanie rozšírenej terminológie:

Počet núl po jednotke	Hertzova predpona
3 (tisíc)	kilo (kHz)
6 (milión)	Mega (MHz)
9 (miliardy)	Giga (GHz)

V závislosti od hodnoty je frekvencia striedavého prúdu rozdelená do nasledujúcich podskupín:

• priemyselné: 16-25 Hz na železničných sieťach v niektorých krajinách, 25 a 75 Hz v schémach blokovania železničných okruhov, v autonómnych systémy letectva a vojenskej energetiky - 400 Hz, v niektorých priemyselných a poľnohospodárskych zariadeniach 200―400 Hz;
• zvukové sú v rozsahu 20-20 000 Hz (20 kHz), vo vysielacích anténach - do 1,5 GHz;
• technické: automatizácia - využíva sa rozsah od 1 kHz do 1 GHz, hutníctvo a strojárstvo: tavenie, zváranie a tepelné spracovanie kovov;
• radarové stanice pre satelitnú komunikáciu, špeciálne systémy GLONASS, GPS - do 40 GHz a vyššie.

Vysokofrekvenčné prúdy (HFC) začínajú na úrovni desiatok kHz, kedy sa výrazne prejavuje vyžarovanie elektromagnetické vlny a efekt kože: náboj pohybujúci sa vo vodiči nie je rozložený po priereze, ale v povrchová vrstva.

Na generovanie HDTV sa používajú generátory energie a oscilačné obvody. V druhom prípade je zariadením obvod so zahrnutou kapacitou a indukčnosťou.

Nebezpečenstvo multifrekvenčných poplatkov

Striedavé a jednosmerné napätie ekvivalentné účinku na ľudské telo je 42 V a 120 V. Nerovnosť nebezpečenstva zmizne, keď EMF dosiahne 500 V a pri vysokých hodnotách sa konštanta stáva nebezpečnejšou. Prejavy nepriaznivého účinku sú tepelné a elektrolytické a striedavý účinok sa prejavuje najmä v kontrakcii krvných ciev, svalov a hlasiviek. V tomto prípade hrá frekvencia prúdu rozhodujúcu úlohu v nebezpečenstve:

• 40-60 Hz - najväčšia hrozba zranenia, možnosť srdcovej fibrilácie; ďalšie zvýšenie intenzity oscilácií náboja vedie k zníženiu rizika, ale pravdepodobnosť smrti zostáva v celom rozsahu priemyselných frekvencií - až do 500 Hz;
• nad 10 kHz začína HDTV - sú bezpečné až do úrovne 1 MHz vzhľadom na vnútorné lézie, čo je spôsobené kožný efekt, ale spôsobujú popáleniny a hrozba z nich nie je menšia ako z konštantných alebo premenných predchádzajúcich skupiny;
• vysokofrekvenčné prúdy sú sprevádzané elektromagnetickým žiarením - z tejto strany existuje možnosť negatívneho vplyvu na živé organizmy.

Ich použitie v medicíne na fyzioterapeutické postupy je založené na relatívnej bezpečnosti HDTV. Závažnosť zásahu elektrickým prúdom závisí nielen od fyzikálnych parametrov náboja, ale aj od stavu ľudského tela.

Meracie prístroje

Na určenie intenzity kmitov sa používa osciloskop, na ktorom vidíte frekvenciu a tvar signálu. Existujú aj špeciálne zariadenia - merače frekvencie. Na určenie parametra používajú nasledujúce metódy:

• prebitie kondenzátora - priemerná hodnota sily prúdu je úmerná jeho intenzite a meria sa magnetoelektrickým ampérmetrom so stupnicou v hertzoch;
• diskrétne počítanie - fixovanie impulzov požadovanej frekvencie na určité obdobie, prijímanie údajov dostatočná presnosť: chyba do 2 %, to je dobrý ukazovateľ pre domáce použitie zariadenie;
• metóda rezonancie je založená na rovnomennom elektrickom jave, ktorý sa vyskytuje v obvode s laditeľnými prvkami; frekvencia - viac ako 50 Hz, je určená stupnicou nastavovacieho mechanizmu.

V osciloskopoch sa používa ďalšia známa metóda, založená na zmiešavaní a porovnávaní referenčného parametra s nameranou frekvenciou. V dôsledku prekrývania dochádza k bitiu a pri zarovnávaní sa na obrazovke nastaví určitý údaj. Požadovaná charakteristika sa vypočíta podľa pevného harmonogramu pomocou matematických vzorcov.