Una variable es una corriente cuya fuerza y dirección cambian periódicamente en el tiempo. En la tecnología aplicada corriente alterna, variando sobre la sinusoide. La producción de corriente alterna se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética.
En la Fig. 161 muestra esquemáticamente la producción de una corriente alterna sinusoidal. A la izquierda en el diagrama unlos polos del imán (N norte y sur S), circulan varias posiciones del conductor en un campo magnético; en el que un signo más (+) indican que la posición actual está dada por nosotros para el plano del dibujo, y un punto (.) de tal manera que la corriente fluye desde el plano de los EE.UU. dibujo.
En el circuito de la Fig. 161, bse muestra un cambio en la fuerza y dirección de la corriente a lo largo del circuito externo del conductor cerrado para una rotación completa entre los polos de los imanes. El horizonte temporal se traza a lo largo del eje horizontal del gráfico y los valores actuales en el eje vertical. Como se desprende de la curva trazada como una onda sinusoidal de una rotación completa de acuerdo con el ángulo en el que el cable atraviesa las líneas de campo magnético, los cambios actuales valor de cero a su valor máximo, y el signo - de más a menos.
Una máquina que sirve para obtener una corriente alterna se denomina generador de corriente alterna, cuyo principio de funcionamiento puede entenderse a partir de lo siguiente.
Si convierte un conductor en una bobina, colóquelo entre los polos (Figura 161, c)y gira en la dirección del movimiento de las manecillas del reloj, luego será instalado en él. e., dirigido a su rotación bajo el polo norte de nosotros y en su rotación bajo el polo sur - sobre nosotros. Como los lados del giro se mueven alternativamente bajo el polo norte, debajo del polo sur, y se cruzan al mismo tiempo las líneas de fuerza magnética en diferentes ángulos, entonces e. e., inducido en la revolución, variará en valor y dirección. Al unir los extremos del giro a los dos anillos de contacto aislados uno del otro y del eje, y colocando los cepillos estacionarios conectados a la cadena externa del anillo, obtenemos la variable e. etc., y una corriente alterna fluirá en el circuito externo.
La corriente alterna se caracteriza por las siguientes cantidades: período, frecuencia, amplitud.
Un período se entiende como el período de tiempo durante el cual se produce un ciclo completo de cambios actuales en términos de valor y dirección. Cada período subsecuente de corriente es una repetición del anterior. El período está indicado por una letra T(vea la Figura 161, b)y a veces expresado no a tiempo, sino en grados.
La frecuencia es el número de ciclos de cambios actuales en el tiempo (períodos de 1 s). Frecuencia - el inverso del periodo, denotado "la letra f, es decir, f = 1 / T por unidad de medición de frecuencia adoptó hertz (Hz) en la URSS adoptó frecuencia de CA de 50 Hz .....
La amplitud es el mayor de los valores instantáneos de la corriente que alcanza durante el período. Se sigue de la Fig. 161, b,en un período, la corriente alterna alcanza un valor de amplitud dos veces.
Las leyes de corriente continua son aplicables a circuitos de corriente alterna solo en aquellos casos en que estos circuitos consisten de resistencias activas en conexión con el uso de lámparas incandescentes, reóstatos. Sin embargo, en muchos casos tsep.peremennogo actual que la resistencia, la bobina de inductancia comprende un bobinado del motor, condensadores, y otros dispositivos que se introducen en el circuito de la llamada "reactancia que afecta a la corriente en el circuito" AC, por lo que la ley de Ohm en tales La forma en que se aplica al circuito de CC no es válida para el circuito de CA.
Para encontrar la corriente efectiva en un circuito no ramificado de corriente alterna, es necesario calcular la impedancia del circuito teniendo en cuenta todas las resistencias que ingresan. En el caso general, en presencia de activos R,inductivo Xly capacitancia X sla impedancia del circuito de CA está determinada por la fórmula
Luego, el valor efectivo de la corriente en el valor de la corriente alterna con resistencias conectadas en serie R, X Ly X sa un voltaje conocido Uestá determinado por la fórmula
I = U / Z.
Esta fórmula tiene el mismo valor que la ley de Ohm para un circuito de CC. Si incluye un amperímetro en el circuito de corriente alterna, mostrará el valor; 1,4 veces más pequeña corriente de amplitud. Este valor actual se denomina valor de CA efectivo o efectivo. Para corriente alterna sinusoidal, los valores de voltaje efectivos Uy fuerza electromotriz Etambién será más pequeño que sus valores de amplitud en 1,4 veces. Instrumentos de medida, incluidos en el circuito de corriente alterna, muestran los valores efectivos de la magnitud medida.
En algunos casos, se requiere saber qué no está actuando, sino el valor promedio de la corriente alterna, que, como muestran los experimentos y cálculos, es igual a su valor de amplitud multiplicado por 0.637.
Si entre los polos gira el cilindro, sobre el cual no hay uno, sino tres arrollamientos, cada uno desplazado en relación con los demás en un ángulo de 120 e, luego el inducido en cada arrollamiento e. etc. con. alcanza el valor de amplitud no al mismo tiempo, pero difiere en fases por 1/3 del período (120 °), como se muestra en la Fig. 162.
En la Fig. 162 a la izquierda hay una representación esquemática de un imán con polos y un cilindro que gira entre ellos con los devanados 1, 2 y 3, desplazados entre sí en 120 °, ya la derecha hay un gráfico de la variación sinusoidal de e. etc. con. corriente en estos bobinados. Como se desprende del gráfico, los sinusoides se desplazan uno con respecto al otro mediante un cierto ángulo φ (figura 162), denominado ángulo de fase. Al girar, cada bobinado (bobina) es una fuente independiente de una corriente alterna monofásica.
Una corriente trifásica es un conjunto de tres corrientes alternas de la misma frecuencia desplazada por 1/3 de un período (120 "). Corriente trifásica hacer ejercicio generadores trifásicos AC, la conexión de devanados en la que se forma una estrella o un triángulo (Figura 163).
Cuando una estrella está conectada (Figura 163, a)los extremos iniciales de todos los devanados de fase van al circuito externo, los segundos extremos de los devanados están conectados entre sí. El usuario puede encenderse entre cualquier par de cables de línea o entre cualquier cable lineal y cero. Cuando se conecta con un triángulo (Figura 163, b)el final de la primera fase del bobinado está conectado al comienzo del segundo, al final del segundo - al comienzo del tercero, al final del tercero - al comienzo del primero.
El voltaje entre el comienzo y el final de la fase se denomina voltaje de fase y se indica mediante UfEl voltaje entre los extremos de las fases o cables se denomina voltaje de línea y se denota por UL. En consecuencia, la intensidad de la corriente se denomina fase Ipho lineal I l -
Al conectar las fases del generador o el receptor con una estrella corriente lineal es igual a la fase, y el voltaje lineal es 1.73 veces mayor voltaje de fase. Cuando está conectado por un triángulo, el voltaje de línea es igual al voltaje de fase, y la corriente lineal es 1.73 veces mayor que la corriente de fase.
Preguntas de prueba:
1. ¿Qué cuerpos se llaman imanes y en qué se manifiestan sus propiedades magnéticas?
2. ¿Cómo se puede determinar la dirección del campo magnético y sus líneas de fuerza que surgen alrededor del conductor con una corriente?
3. ¿Qué se llama inducción magnética, flujo magnético y circuito magnético?
4. ¿Cuál es la esencia del dispositivo y la acción del electroimán?
5. ¿Cómo aparece la interacción entre el campo magnético y el conductor de corriente?
6. ¿Qué quiere decir con inducción electromagnética, autoinducción e inducción mutua?
7. ¿Qué entiende por corriente alterna y cuál es el principio para obtenerla?
8. ¿Cuáles son los valores de la corriente sinusoidal variable?
9. ¿Qué corriente se llama trifásica y el principio de obtenerla?
Una variable es una corriente cuya variación en magnitud y dirección se repite periódicamente a intervalos regulares de tiempo T.
En el campo de la producción, transmisión y distribución de energía eléctrica, la corriente alterna tiene, en comparación con una constante, dos ventajas principales:
1) la posibilidad (con la ayuda de transformadores) es simple y económica de aumentar y disminuir la tensión, esto es crucial para la transmisión de energía a largas distancias.
2) la gran simplicidad de los dispositivos de los motores eléctricos, y en consecuencia, su menor costo.
El valor de una cantidad variable (corriente, voltaje, EMF) en cualquier momento t se llama valor instantáneo y se denota con letras minúsculas (actual i, voltaje u, fem - e).
El mayor de los valores instantáneos de corrientes, tensiones o EMF que varían periódicamente se llaman el máximo o amplitud valores y se indican con letras mayúsculas con el índice "m" (I m, U m).
El intervalo de tiempo más pequeño después del cual se repiten los valores instantáneos de una cantidad variable (corriente, voltaje, EMF) en la misma secuencia, se llama periodo T, y la totalidad de los cambios que ocurren durante el período - ciclo.
El inverso del período se llama frecuencia y se denota con la letra f.
Es decir. frecuencia: el número de períodos en 1 segundo.
La unidad de frecuencia 1 / seg - se llama hertz (Hz). Las unidades de frecuencia más grandes son kilohertz (kHz) y megahertz (MHz).
Obteniendo una corriente sinusoidal alterna.
Las corrientes y tensiones alternas en la ingeniería tienden a ser obtenidas por la ley periódica más simple: la ley sinusoidal. Como una sinusoide es la única función periódica que tiene una derivada similar a sí misma, como resultado de lo cual en todos los enlaces circuito eléctrico la forma de las curvas de tensión y de corriente es la misma, lo que simplifica considerablemente los cálculos.
Para obtener corrientes de frecuencia industrial generadores de corriente alterna basado en la ley de inducción electromagnética, según la cual cuando un circuito cerrado se mueve en un campo magnético, aparece una corriente en él.
El esquema del alternador más simple
Los generadores de CA de alta potencia, diseñados para tensiones de 3 - 15 kV, se realizan con un devanado fijo en el estator de la máquina y un rotor de electroimán giratorio. Con este diseño, es más fácil aislar los cables del devanado fijo de manera confiable y es más fácil llevar la corriente a un circuito externo.
Una revolución del rotor de un generador de dos polos corresponde a un período de la variable EMF inducida en su devanado.
Si el rotor hace n revoluciones por minuto, entonces la frecuencia de los campos electromagnéticos inducidos
.
Porque la velocidad angular del generador 
, entonces hay una relación entre esto y la frecuencia inducida por la fem 
.
Fase. Cambio de fase
Supongamos que el generador tiene al mismo tiempo dos vueltas idénticas, desplazadas en el espacio. Cuando la armadura gira, se inducen EMF de la misma frecuencia y con las mismas amplitudes en los giros. Las vueltas giran a la misma velocidad en el mismo campo magnético. Pero debido al cambio de los giros en el espacio, la fem alcanza los signos de amplitud de forma no simultánea.
Si en el momento del comienzo del conteo de tiempo (t = 0), la bobina 1 está ubicada con respecto al plano neutral en un ángulo 
y gira el 2 en ángulo 
. Eso inducido en la primera bobina de EMF:
pero en el segundo:
En el momento de contar:
Ángulos eléctricos 
y 
la determinación de los valores de la fem en el momento inicial, se llama fases iniciales
La diferencia entre las fases iniciales de dos cantidades sinusoidales de la misma frecuencia se llama ángulo de fase .
El valor en el que se alcanzan los valores cero (después de lo cual toma valores positivos), o los valores de amplitud positiva se alcanzan antes que el otro, se considera antes de la fase, y eso a lo que se alcanzan los mismos valores más tarde - rezagado en fase.
Si dos valores sinusoidales alcanzan simultáneamente su amplitud y valores cero, entonces dicen que las cantidades coincidir en fase
. Si el ángulo de desplazamiento de fase de las magnitudes sinusoidales es 180 0 
, entonces dicen que cambian en antifase
\u003e\u003e Variable corriente eléctrica
§ 31 CORRIENTE ELÉCTRICA VARIABLE
Las oscilaciones electromagnéticas libres en el circuito decaen rápidamente y, por lo tanto, prácticamente no se utilizan. Por el contrario, las oscilaciones forzadas no amortiguadas son de gran importancia práctica.
Corriente alterna en la red de iluminación del apartamento, utilizada en plantas y fábricas, etc., no es más que oscilaciones electromagnéticas forzadas. La corriente y la tensión varían con el tiempo de acuerdo con la ley armónica.
Las fluctuaciones de voltaje se detectan fácilmente con un osciloscopio. Si la tensión se aplica a las placas desviadoras verticales del osciloscopio de la red, la exploración del tiempo en la pantalla será sinusoidal (Figura 4.8). Conociendo la velocidad del haz a lo largo de la pantalla en la dirección horizontal (está determinada por la frecuencia del voltaje de diente de sierra), es posible calcular frecuencia de oscilación . La frecuencia de la corriente alterna es el número de oscilaciones en 1 s.
La frecuencia estándar de AC industrial es de 50 Hz. Esto significa que durante 1 s la corriente va 50 veces en una dirección y 50 veces en la dirección opuesta. La frecuencia de 50 Hz se acepta para la corriente industrial en muchos países del mundo. En los EE. UU., La frecuencia es de 60 Hz.
Si el voltaje en los extremos de la cadena cambia de acuerdo con la ley armónica, entonces la intensidad del campo eléctrico dentro de los conductores también variará armónicamente. Estos cambios armónicos en la intensidad de campo, a su vez, causan fluctuaciones armónicas en la velocidad del movimiento ordenado de las partículas cargadas y, en consecuencia, oscilaciones armónicas de la corriente.
Pero cuando cambia el voltaje en los extremos del circuito campo eléctrico no cambia instantáneamente a lo largo de la cadena. Los cambios de campo se propagan, aunque con una velocidad muy grande, pero no infinitamente alta.
Sin embargo, si el tiempo de propagación del campo cambia en el circuito es mucho menor que el período de las oscilaciones de voltaje, se puede suponer que el campo eléctrico en todo el circuito cambia inmediatamente con un cambio en el voltaje en los extremos del circuito. En este caso, la intensidad de la corriente en un instante de tiempo dado tendrá prácticamente el mismo valor en todas las secciones del circuito no ramificado.
La tensión alterna en los enchufes de la salida de red de iluminación es creada por los generadores de las centrales eléctricas. Un marco de alambre que gira en un campo magnético uniforme constante puede considerarse como el modelo más simple de un alternador. Flow inducción magnética F, que penetra el marco de alambre con el área S, es proporcional al coseno del ángulo a entre la normal al marco y el vector de inducción magnética (Figura 4.9):
Con la rotación uniforme del marco, el ángulo a aumenta en proporción directa al tiempo:
¿Dónde está la velocidad angular de rotación del cuadro? El flujo de la inducción magnética varía de acuerdo con una ley armónica:
Aquí, el valor ya juega el papel de una frecuencia cíclica.
Según la ley de la inducción electromagnética EMF inducción en un marco se toma con el signo "-" tasa de cambio del flujo magnético, es decir, la derivada del flujo magnético del tiempo de inducción: ..
Si el marco para conectar el circuito de oscilación, la velocidad angular del marco de rotación determina la EMF frecuencia de oscilación, pazlichnyx voltaje en partes de la cadena y el amperaje.
Estudiaremos más a fondo las oscilaciones eléctricas forzadas que ocurren en las cadenas bajo la acción de un voltaje que varía con la frecuencia cíclica w de acuerdo con la ley del seno o el coseno:
u = Um sin t
o
u = U m cos t, (4.14)
donde U m es la amplitud de la tensión, es decir, el valor máximo de la tensión en el módulo.
Si el voltaje cambia con una frecuencia cíclica, entonces la corriente en el circuito cambiará con la misma frecuencia. Pero las fluctuaciones en la intensidad actual no necesariamente coinciden en fase con las fluctuaciones de voltaje. Por lo tanto, en el caso general, la intensidad de corriente i en cualquier instante de tiempo (el valor instantáneo de la intensidad actual) está determinada por la fórmula
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Corriente eléctrica - movimiento de partículas cargadas a lo largo de un conductor en una cierta dirección. Más precisamente, esta es una cantidad que muestra cuántas partículas cargadas han pasado a través del conductor por unidad de tiempo. Si en un segundo el número de partículas cargadas de un colgante pasa a través de la sección transversal del conductor, entonces la corriente fluye en un amperio (la intensidad de corriente de acuerdo con el sistema SI internacional). La magnitud de la corriente eléctrica (el número de amperios) se llama intensidad actual. Dependiendo del cambio en la magnitud a lo largo del tiempo, la corriente es constante y variable.
Corriente continua es una corriente eléctrica que no cambia su dirección con el tiempo. Corriente alterna - Con el tiempo, en un cierto patrón, cambia su magnitud y dirección. Y estos cambios se repiten a intervalos regulares, es decir, son periódicos.
Corriente alterna y continua en instalaciones eléctricas
Para trifásico red eléctrica característico corriente alterna. El flujo de corriente alterna a través de los conductores se debe a la presencia de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) variable, que cambia su magnitud, tanto en magnitud como en dirección. En este caso, el cambio en la magnitud y dirección de la CEM se lleva a cabo de acuerdo con la ley del seno, es decir, la gráfica del cambio en la corriente alterna en el tiempo es una sinusoide. La fuente del EMF sinusoidal es el alternador.
Prácticamente todos los equipos eléctricos para instalaciones eléctricas y empresas industriales Está alimentado por una red de corriente alterna, ya que esto es más conveniente y tiene muchas ventajas. Pero hay algunos equipos que funcionan desde la red de CC (o algunas de sus partes): un motor síncrono, un motor electromagnético, un motor de CC y otros. Para convertir una corriente alterna en corriente continua (necesario para alimentar el equipo eléctrico anterior) use rectificadores.
Además, la corriente continua se usa para transmitir líneas de alta potencia de energía eléctrica de alta potencia. En este caso, cuando la energía eléctrica se transmite a largas distancias, las pérdidas eléctricas son mucho menores que para la misma transmisión con corriente alterna.
Además de una corriente constante (que no cambia en el tiempo), hay una corriente alterna, que con el tiempo cambia su magnitud y dirección.
Los generadores de electricidad, incluida la automotriz, producen corriente alterna, que luego se convierte en una permanente.
Como regla general, la corriente alterna varía en el tiempo de acuerdo con la ley sinusoidal. Para su descripción, hay parámetros adicionales: frecuencia y amplitud.
Figura 10. Flujo de corriente
La frecuencia es una cantidad que indica cuántas oscilaciones totales produce una corriente (o voltaje) por segundo. La frecuencia en Hertz se mide (un Hertz es igual a una oscilación por segundo).
Para determinarlo, puede usar un dispositivo especial, un medidor de frecuencia, pero en la práctica generalmente usa un osciloscopio que puede mostrar no solo la frecuencia sino también la forma de onda.
Un parámetro diferente, llamado el período, está asociado con la frecuencia. Un período es el tiempo de un swing completo. El período en segundos se mide.
La amplitud es la altura de la sinusoide, es decir, el valor actual máximo medido desde el nivel cero. La amplitud se mide en las mismas unidades que la cantidad fundamental, es decir, la amplitud de la corriente alterna se mide en amperios, la amplitud voltaje de CA - en voltios.
En la red de electricidad doméstica, la frecuencia de 50 Hz se utiliza generalmente. La magnitud del voltaje de la red no se calcula por la amplitud, sino por su valor efectivo, que le permite simplemente calcular la potencia de CA. El valor efectivo se puede calcular a partir de la amplitud de voltaje y corriente usando la relación 11e = 0.707 Urn.
¿Cuál es la amplitud de voltaje en la red eléctrica doméstica? 220 voltios? ¡No! Resulta 311 voltios, y el valor efectivo del voltaje es 220 voltios.
El término "efectivo" a menudo se omite. Todos los dispositivos medidos en circuitos de CA muestran valores efectivos.
Dependiendo del valor de la frecuencia, las oscilaciones reciben diferentes nombres, que se enumeran a continuación.
Tenga en cuenta que solo a partir de la frecuencia de 100 kHz, las oscilaciones pueden emitirse libremente en el aire. Sin embargo, estas mismas oscilaciones se transmiten perfectamente a través de los cables, lo que garantiza su amplio uso en inmovilizadores de automóviles.
En resumen, la señal de la llave del transpondedor insertada en el bloqueo de encendido se transmite en el aire a la antena del receptor instalada en este bloqueo. Por otro lado, cuando se utiliza el módulo de derivación de un inmovilizador normal, la señal de la llave del transpondedor, oculta en el compartimento del motor, pasa por los cables hasta la misma antena.
Tabla 8. Rango de frecuencia de varias oscilaciones |
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Para familiarizarse con el campo de aplicación de las frecuencias de radio, una tabla más le ayudará.
Ondas promedio (SW) |
300 - 3000 kHz |
radiodifusión |
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Short Waves (KB) |
Radiodifusión; Radiocomunicación amateur (27 MHz). |
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Ondas ultra cortas (VHF) |
|||
A) metro |
Radiodifusión; Televisión. |
||
B) decímetro |
300 - 3000 MHz |
Radiodifusión; Comunicaciones celulares (900 MHz, 1800 MHz); Navegación GPS; La frecuencia de los mandos de las alarmas de los automóviles es 433, 92 MHz y 867.8 MHz |
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В) centímetro |
Radiolocation; Bluetooth (2.4 - 2.48 GTz); Sensores de volumen; Inmovilizadores. |
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D) milímetro |
radar |
||
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Figura 11. Diagrama del Memo "Ley de Ohm" |
Los principales elementos del circuito eléctrico
Con la teoría de la electricidad casi terminada, queda por considerar los elementos principales del circuito eléctrico, que pueden ser necesarios al instalar el equipo de seguridad.