Okres i częstotliwość prądu przemiennego

Pod pojęciem „przemienny prąd elektryczny” należy rozumieć prąd, który zmienia się w czasie w dowolny sposób, zgodnie z pojęciem „wielkości zmiennej” wprowadzonym do matematyki. Jednak w elektrotechnice termin „przemienny prąd elektryczny” zaczął oznaczać prąd elektryczny przypisany w określonym kierunku (w przeciwieństwie do prąd elektryczny o stałym kierunku), a zatem pod względem wielkości, ponieważ fizycznie niemożliwe jest wyobrażenie sobie zmian kierunku prądu elektrycznego bez odpowiednich zmian wielkości.

Ruch elektronów w przewodniku, najpierw w jednym kierunku, a potem w drugim, nazywany jest oscylacją prądu przemiennego. Po pierwszej oscylacji następuje druga, potem trzecia itd. Kiedy prąd w przewodzie oscyluje wokół niego, następuje odpowiednia oscylacja pola magnetycznego.

Czas jednej oscylacji nazywany jest okresem i jest oznaczony literą T. Okres wyrażany jest w sekundach lub w jednostkach ułamków sekundy.Są to: tysięczna część sekundy to milisekunda (ms) równa 10-3 s, milionowa część sekundy to mikrosekunda (μs) równa 10-6 s, a miliardowa część sekundy to nanosekunda (ns ) równe 10 -9 s.

Charakterystyczna ważna ilość prąd przemienny, to częstotliwość. Reprezentuje liczbę oscylacji lub liczbę okresów na sekundę i jest oznaczony literą f lub F. Jednostką częstotliwości jest herc, nazwany na cześć niemieckiego naukowca G. Hertza i skrócony do liter Hz (lub Hz). Jeśli jedna pełna oscylacja nastąpi w ciągu jednej sekundy, wówczas częstotliwość jest równa jednemu hercowi. Kiedy dziesięć wibracji występuje w ciągu sekundy, częstotliwość wynosi 10 Hz. Częstotliwość i okres są odwrotne:

I

Przy częstotliwości 10 Hz okres wynosi 0,1 s. A jeśli okres wynosi 0,01 s, to częstotliwość wynosi 100 Hz.

Częstotliwość jest najważniejszą cechą prądu przemiennego Maszyny elektryczne i urządzenia prądu przemiennego mogą normalnie pracować tylko z częstotliwością, dla której zostały zaprojektowane. Równoległa praca generatorów i stacji elektrycznych we wspólnej sieci jest możliwa tylko na tej samej częstotliwości. Dlatego we wszystkich krajach częstotliwość prądu przemiennego wytwarzanego przez elektrownie jest prawnie ujednolicona.

W sieci elektrycznej prądu przemiennego częstotliwość wynosi 50 Hz. Prąd płynie pięćdziesiąt razy na sekundę w jednym kierunku i pięćdziesiąt razy w przeciwnym kierunku. Osiąga swoją wartość amplitudy sto razy na sekundę i sto razy staje się równy zeru, czyli stukrotnie zmienia kierunek, gdy przekracza wartość zero. Lampy podłączone do sieci gasną sto razy na sekundę i tyle samo razy zapalają się jaśniej, ale oko tego nie zauważa ze względu na bezwładność wzrokową, czyli zdolność do zachowania odebranych wrażeń przez około 0,1 s.

Podczas obliczeń z prądami przemiennymi używają również częstotliwości kątowej, która jest równa 2pif lub 6,28f. Nie należy go wyrażać w hercach, ale w radianach na sekundę.

Przy przyjętej częstotliwości prądu przemysłowego 50 Hz maksymalna możliwa prędkość generatora wynosi 50 r/s (p = 1). Na taką liczbę obrotów budowane są turbogeneratory, czyli generatory napędzane turbinami parowymi. Liczba obrotów turbin hydraulicznych i napędzanych przez nie generatorów wodoru zależy od warunków naturalnych (przede wszystkim od ciśnienia) i waha się w szerokich granicach, czasem spadając do 0,35 — 0,50 obr/s.

Liczba obrotów ma ogromny wpływ na wskaźniki ekonomiczne maszyny – wymiary i wagę Hydrogeneratory o kilku obrotach na sekundę mają średnicę zewnętrzną 3 do 5 razy większą i ważą wielokrotnie więcej niż turbogeneratory o tej samej mocy z n = 50 obrotów. We współczesnych alternatorach ich układ magnetyczny obraca się, a przewody, w których indukowana jest siła elektromotoryczna, umieszczone są w nieruchomej części maszyny.

Prądy przemienne są zwykle dzielone przez częstotliwość. Prądy o częstotliwości mniejszej niż 10 000 Hz nazywane są prądami o niskiej częstotliwości (prądy LF). W przypadku tych prądów częstotliwość odpowiada częstotliwości różnych dźwięków ludzkiego głosu lub instrumentów muzycznych, dlatego inaczej nazywa się je prądami o częstotliwości akustycznej (z wyjątkiem prądów o częstotliwości poniżej 20 Hz, które nie odpowiadają częstotliwościom akustycznym). . W radiotechnice szeroko stosowane są prądy o niskiej częstotliwości, zwłaszcza w transmisji radiotelefonicznej.

Jednak główną rolę w komunikacji radiowej odgrywają prądy przemienne o częstotliwości powyżej 10 000 Hz, zwane prądami wielkiej częstotliwości lub częstotliwościami radiowymi (prądy HF).Do pomiaru częstotliwości tych prądów stosuje się następujące jednostki: kiloherc (kHz), równy tysiącowi herców, megaherc (MHz), równy milionowi herców i gigaherc (GHz), równy miliardowi herców. W przeciwnym razie kiloherc, megaherc i gigaherc oznaczają kHz, MHz, GHz. Prądy o częstotliwości setek megaherców i wyższej nazywane są prądami o ultrawysokiej lub ultrawysokiej częstotliwości (UHF i UHF).

Stacje radiowe działają z wykorzystaniem prądów przemiennych HF o częstotliwości setek kiloherców i wyższych. W nowoczesnej technologii radiowej prądy o częstotliwości miliardów herców są wykorzystywane do celów specjalnych i istnieją urządzenia, które mogą dokładnie mierzyć takie ultrawysokie częstotliwości.