प्रत्यावर्ती धारा क्या है और यह प्रत्यक्ष धारा से कैसे भिन्न है

प्रत्यावर्ती धारा, इसके विपरीत दिष्ट विद्युत धारा, परिमाण और दिशा दोनों में लगातार बदल रहा है, और ये परिवर्तन समय-समय पर होते रहते हैं, अर्थात वे बिल्कुल समान अंतराल पर खुद को दोहराते हैं।

सर्किट में इस तरह के करंट को प्रेरित करने के लिए, वैकल्पिक करंट स्रोतों का उपयोग करें जो एक वैकल्पिक EMF बनाते हैं, समय-समय पर परिमाण और दिशा में बदलते रहते हैं। ऐसे स्रोतों को अल्टरनेटर कहा जाता है।

अंजीर में। 1 सबसे सरल का एक उपकरण आरेख (मॉडल) दिखाता है आवर्तित्र. 

तांबे के तार से बना एक आयताकार फ्रेम, अक्ष पर तय किया गया और बेल्ट ड्राइव का उपयोग करके क्षेत्र में घुमाया गया चुंबक… फ्रेम के सिरों को तांबे के छल्ले से मिलाया जाता है, जो फ्रेम के साथ घूमते हुए संपर्क प्लेटों (ब्रश) पर स्लाइड करते हैं।

चित्रा 1. सबसे सरल अल्टरनेटर का आरेख

आइए सुनिश्चित करें कि ऐसा उपकरण वास्तव में परिवर्तनशील EMF का स्रोत है।

मान लीजिए कि एक चुंबक अपने ध्रुवों के बीच बनाता है समान चुंबकीय क्षेत्रअर्थात्, वह जिसमें क्षेत्र के प्रत्येक भाग में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का घनत्व समान हो।घूर्णन करते हुए, फ्रेम अपने प्रत्येक पक्ष a और b में चुंबकीय क्षेत्र की बल की रेखाओं को पार करता है ईएमएफ प्रेरित. 

फ्रेम के सी और डी पक्ष काम नहीं करते हैं, क्योंकि जब फ्रेम घूमता है, तो वे चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं को पार नहीं करते हैं और इसलिए ईएमएफ के निर्माण में भाग नहीं लेते हैं।

किसी भी समय, साइड बी में होने वाली ईएमएफ दिशा में विपरीत होती है, लेकिन फ्रेम में दोनों ईएमएफ कुल ईएमएफ के अनुसार कार्य करते हैं और जोड़ते हैं, यानी पूरे फ्रेम से प्रेरित होते हैं।

यह जांचना आसान है कि क्या हम ईएमएफ की दिशा निर्धारित करने के लिए दाएं हाथ के नियम का उपयोग करते हैं।

ऐसा करने के लिए, दाहिने हाथ की हथेली को रखें ताकि वह चुंबक के उत्तरी ध्रुव का सामना करे, और मुड़ा हुआ अंगूठा फ्रेम के उस तरफ की गति की दिशा से मेल खाता है जिसमें हम EMF की दिशा निर्धारित करना चाहते हैं। फिर इसमें ईएमएफ की दिशा हाथ की उँगलियों द्वारा इंगित की जाएगी।

फ्रेम की किसी भी स्थिति के लिए हम ईएमएफ की दिशा ए और बी में निर्धारित करते हैं, वे हमेशा फ्रेम में कुल ईएमएफ जोड़ते हैं और बनाते हैं। इसी समय, फ्रेम के प्रत्येक घुमाव के साथ, इसमें कुल ईएमएफ की दिशा विपरीत में बदल जाती है, क्योंकि एक क्रांति में फ्रेम के प्रत्येक कामकाजी पक्ष चुंबक के विभिन्न ध्रुवों के नीचे से गुजरते हैं।

फ्रेम में प्रेरित EMF का परिमाण भी उस दर के रूप में बदलता है जिस पर फ्रेम के किनारे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को पार करते हैं। दरअसल, जिस समय फ्रेम अपनी ऊर्ध्वाधर स्थिति में पहुंचता है और इसे पार करता है, फ्रेम के किनारों पर बल की रेखाओं को पार करने की गति उच्चतम होती है, और फ्रेम में सबसे बड़ा ईएमएफ प्रेरित होता है।समय के उन क्षणों में, जब फ्रेम अपनी क्षैतिज स्थिति से गुजरता है, तो इसके पक्ष चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को पार किए बिना फिसलने लगते हैं, और कोई ईएमएफ प्रेरित नहीं होता है।

इसलिए, फ्रेम के समान घुमाव के साथ, एक ईएमएफ इसमें प्रेरित होगा, जो समय-समय पर परिमाण और दिशा दोनों में बदल रहा है।

फ्रेम में होने वाली ईएमएफ को डिवाइस द्वारा मापा जा सकता है और बाहरी सर्किट में करंट पैदा करने के लिए उपयोग किया जाता है।

का उपयोग करते हुए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना, आप प्रत्यावर्ती EMF प्राप्त कर सकते हैं और इसलिए प्रत्यावर्ती धारा।

औद्योगिक उद्देश्यों के लिए प्रत्यावर्ती धारा और प्रकाश व्यवस्था के लिए भाप या पानी के टर्बाइनों और आंतरिक दहन इंजनों द्वारा संचालित शक्तिशाली जनरेटर द्वारा उत्पादित।

एसी और डीसी धाराओं का ग्राफिक प्रतिनिधित्व

चित्रमय विधि समय के आधार पर एक निश्चित चर को बदलने की प्रक्रिया की कल्पना करना संभव बनाती है।

समय के साथ बदलने वाले चरों को प्लॉट करना दो परस्पर लंब रेखाओं को प्लॉट करने से शुरू होता है जिन्हें ग्राफ़ की कुल्हाड़ियों कहा जाता है। फिर, क्षैतिज अक्ष पर, एक निश्चित पैमाने पर, समय अंतराल प्लॉट किए जाते हैं, और ऊर्ध्वाधर अक्ष पर भी, एक निश्चित पैमाने पर, प्लॉट की जाने वाली मात्रा के मान (EMF, वोल्टेज या करंट)।

अंजीर में। 2 रेखांकन प्रत्यक्ष धारा और प्रत्यावर्ती धारा ... इस मामले में हम वर्तमान मानों में देरी करते हैं और एक दिशा के वर्तमान मान, जिसे आमतौर पर सकारात्मक कहा जाता है, कुल्हाड़ियों के चौराहे के बिंदु से लंबवत रूप से विलंबित होते हैं। , और इस बिंदु से नीचे, विपरीत दिशा, जिसे आमतौर पर नकारात्मक कहा जाता है।

चित्रा 2. डीसी और एसी का ग्राफिक प्रतिनिधित्व

प्वाइंट ओ स्वयं वर्तमान मूल्यों (लंबवत नीचे और ऊपर) और समय (क्षैतिज रूप से दाएं) की उत्पत्ति के रूप में कार्य करता है।दूसरे शब्दों में, यह बिंदु वर्तमान के शून्य मान से मेल खाता है और समय में यह शुरुआती बिंदु है जिससे हम यह पता लगाने का इरादा रखते हैं कि भविष्य में वर्तमान कैसे बदलेगा।

आइए हम अंजीर में प्लॉट की गई बातों की सत्यता की पुष्टि करें। 2 और 50 mA DC करंट प्लॉट।

चूँकि यह धारा स्थिर है, अर्थात यह समय के साथ अपने परिमाण और दिशा को नहीं बदलती है, वर्तमान के समान मान समय के विभिन्न क्षणों के अनुरूप होंगे, अर्थात 50 mA। इसलिए, शून्य के बराबर समय के क्षण में, अर्थात्, वर्तमान के हमारे अवलोकन के प्रारंभिक क्षण में, यह 50 mA के बराबर होगा। ऊर्ध्वाधर अक्ष पर ऊपर की ओर 50 mA के वर्तमान मान के बराबर एक खंड खींचना, हम अपने ग्राफ का पहला बिंदु प्राप्त करते हैं।

हमें समय अक्ष पर बिंदु 1 के अनुरूप समय में अगले क्षण के लिए भी ऐसा ही करना चाहिए, अर्थात इस बिंदु से लंबवत ऊपर की ओर एक खंड भी 50 mA के बराबर करना चाहिए। खंड का अंत हमारे लिए ग्राफ के दूसरे बिंदु को परिभाषित करेगा।

समय के बाद के कई बिंदुओं के लिए एक समान निर्माण करने के बाद, हम बिंदुओं की एक श्रृंखला प्राप्त करते हैं, जिसके कनेक्शन से एक सीधी रेखा मिलेगी, जो कि 50 mA के निरंतर वर्तमान मान का चित्रमय प्रतिनिधित्व है।

एक चर EMF प्लॉट करना

आइए EMF के वेरिएबल ग्राफ का अध्ययन करने के लिए आगे बढ़ते हैं... अंजीर में। 3, एक चुंबकीय क्षेत्र में घूमते हुए एक फ्रेम शीर्ष पर दिखाया गया है, और परिणामी चर EMF का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व नीचे दिया गया है।

चित्र 3. चर EMF प्लॉट करना

हम समान रूप से फ्रेम को दक्षिणावर्त घुमाना शुरू करते हैं और प्रारंभिक क्षण के रूप में फ्रेम की क्षैतिज स्थिति को लेते हुए, इसमें ईएमएफ परिवर्तन के पाठ्यक्रम का पालन करते हैं।

इस प्रारंभिक क्षण में, ईएमएफ शून्य होगा क्योंकि फ्रेम के किनारे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को पार नहीं करते हैं।ग्राफ पर, तत्काल टी = 0 के अनुरूप ईएमएफ का यह शून्य मान बिंदु 1 द्वारा दर्शाया गया है।

फ़्रेम के आगे घुमाने पर, इसमें EMF दिखाई देना शुरू हो जाएगा और तब तक बढ़ेगा जब तक कि फ़्रेम अपनी ऊर्ध्वाधर स्थिति तक नहीं पहुँच जाता। ग्राफ पर, ईएमएफ में यह वृद्धि एक चिकनी बढ़ती वक्र द्वारा दर्शायी जाएगी जो अपने चरम (बिंदु 2) तक पहुंचती है।

जैसे ही फ्रेम क्षैतिज स्थिति में पहुंचता है, इसमें ईएमएफ घट जाएगा और शून्य हो जाएगा। ग्राफ पर, इसे गिरते हुए चिकने वक्र के रूप में दर्शाया जाएगा।

इसलिए, फ्रेम की आधी क्रांति के अनुरूप समय के दौरान, इसमें ईएमएफ शून्य से अधिकतम मूल्य तक बढ़ने और फिर से शून्य (बिंदु 3) तक घटने में सक्षम था।

फ्रेम के आगे रोटेशन के साथ, इसमें ईएमएफ फिर से दिखाई देगा और धीरे-धीरे परिमाण में वृद्धि होगी, लेकिन इसकी दिशा पहले से ही विपरीत में बदल जाएगी, जैसा कि दाहिने हाथ के नियम को लागू करके देखा जा सकता है।

ग्राफ EMF की दिशा में परिवर्तन को ध्यान में रखता है, ताकि EMF का प्रतिनिधित्व करने वाला वक्र समय अक्ष को पार करे और अब उस अक्ष के नीचे स्थित हो। EMF फिर से तब तक बढ़ता है जब तक कि फ्रेम वर्टिकल पोजीशन में न आ जाए।

तब EMF घटने लगेगा और इसका मान शून्य के बराबर हो जाएगा जब फ्रेम एक पूर्ण क्रांति पूरी करने के बाद अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाएगा। ग्राफ पर, यह इस तथ्य से व्यक्त किया जाएगा कि EMF वक्र, विपरीत दिशा (बिंदु 4) में अपने चरम पर पहुंचकर, समय अक्ष (बिंदु 5) से मिल जाएगा।

यह EMF को बदलने का एक चक्र पूरा करता है, लेकिन यदि आप फ्रेम के रोटेशन को जारी रखते हैं, तो दूसरा चक्र तुरंत शुरू होता है, बिल्कुल पहले को दोहराता है, जिसके बाद तीसरा, फिर चौथा, और इसी तरह हम रुकते हैं। रोटेशन फ्रेम।

इस प्रकार, फ्रेम के प्रत्येक घुमाव के लिए, इसमें होने वाली EMF इसके परिवर्तन का एक पूरा चक्र पूरा करती है।

यदि फ्रेम किसी बाहरी सर्किट के लिए बंद है, तो सर्किट के माध्यम से एक प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होगी, जिसका ग्राफ EMF ग्राफ के समान दिखाई देगा।

परिणामी तरंग को साइन लहर कहा जाता है, और वर्तमान, ईएमएफ, या इस कानून के अनुसार अलग-अलग वोल्टेज को साइनसोइडल कहा जाता है।

वक्र को ही एक साइनसॉइड कहा जाता है क्योंकि यह साइन नामक चर त्रिकोणमितीय मात्रा का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है।

वर्तमान परिवर्तन की साइनसोइडल प्रकृति इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में सबसे आम है, इसलिए, प्रत्यावर्ती धारा की बात करते हुए, ज्यादातर मामलों में उनका मतलब साइनसॉइडल करंट होता है।

विभिन्न प्रत्यावर्ती धाराओं (EMFs और वोल्टेज) की तुलना करने के लिए, ऐसे मान हैं जो एक निश्चित धारा की विशेषता रखते हैं। इन्हें एसी पैरामीटर कहा जाता है।

अवधि, आयाम और आवृत्ति - एसी पैरामीटर

प्रत्यावर्ती धारा दो मापदंडों की विशेषता है - मासिक चक्र और आयाम, जिसे जानकर हम अनुमान लगा सकते हैं कि यह किस प्रकार का प्रत्यावर्ती धारा है और वर्तमान का एक ग्राफ बनाता है।

चित्रा 4. साइनसॉइडल वर्तमान वक्र

समय की अवधि जिसके दौरान वर्तमान परिवर्तन का एक पूरा चक्र होता है, अवधि कहलाती है। अवधि को टी अक्षर से निरूपित किया जाता है और सेकंड में मापा जाता है।

समय की अवधि जिसके दौरान वर्तमान परिवर्तन का आधा चक्र होता है, आधा चक्र कहलाता है। इसलिए, वर्तमान (ईएमएफ या वोल्टेज) के परिवर्तन की अवधि में दो आधे अवधि होते हैं। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि एक ही प्रत्यावर्ती धारा के सभी आवर्तकाल एक दूसरे के बराबर होते हैं।

जैसा कि ग्राफ से देखा जा सकता है, इसके परिवर्तन की एक अवधि के दौरान, वर्तमान अपने अधिकतम मूल्य से दोगुना तक पहुंच जाता है।

एक प्रत्यावर्ती धारा (EMF या वोल्टेज) के अधिकतम मान को इसका आयाम या शिखर वर्तमान मान कहा जाता है।

Im, Em, और Um वर्तमान, EMF और वोल्टेज आयाम के लिए सामान्य पदनाम हैं।

सबसे पहले हमने ध्यान दिया मौजूदा शिखरहालाँकि, जैसा कि ग्राफ से देखा जा सकता है, अनगिनत मध्यवर्ती मान हैं जो आयाम से छोटे हैं।

प्रत्यावर्ती धारा (EMF, वोल्टेज) के मान को समय में किसी भी चयनित क्षण के अनुरूप इसका तात्कालिक मान कहा जाता है।

मैं, ई और यू आमतौर पर वर्तमान, ईएमएफ और वोल्टेज के तात्कालिक मूल्यों के स्वीकृत पदनाम हैं।

करंट का तात्कालिक मूल्य, साथ ही इसका चरम मूल्य, ग्राफ की मदद से निर्धारित करना आसान है। ऐसा करने के लिए, क्षैतिज अक्ष पर किसी भी बिंदु से समय के उस बिंदु के अनुरूप जिसमें हम रुचि रखते हैं, वर्तमान वक्र के साथ चौराहे के बिंदु पर एक लंबवत रेखा खींचें; ऊर्ध्वाधर रेखा का परिणामी खंड एक निश्चित समय पर वर्तमान का मान निर्धारित करेगा, अर्थात इसका तात्कालिक मूल्य।

जाहिर है, ग्राफ के शुरुआती बिंदु से समय टी / 2 के बाद वर्तमान का तात्कालिक मूल्य शून्य होगा, और समय के बाद टी / 4 इसका आयाम मूल्य होगा। करंट भी अपने चरम मूल्य पर पहुँच जाता है; लेकिन पहले से ही विपरीत दिशा में, 3/4 टी के बराबर समय के बाद।

तो ग्राफ दिखाता है कि समय के साथ सर्किट में करंट कैसे बदलता है और करंट के परिमाण और दिशा दोनों का केवल एक विशेष मान समय के प्रत्येक पल से मेल खाता है। इस मामले में, सर्किट में एक बिंदु पर दिए गए बिंदु पर वर्तमान का मान उस सर्किट में किसी अन्य बिंदु पर बिल्कुल समान होगा।

इसे एसी आवृत्ति के 1 सेकंड में करंट द्वारा पूरी की गई पूर्ण अवधियों की संख्या कहा जाता है और इसे लैटिन अक्षर f द्वारा निरूपित किया जाता है।

एक प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति का निर्धारण करने के लिए, अर्थात यह पता लगाने के लिए कि 1 सेकंड में कितने समय में धारा में परिवर्तन होता है, एक अवधि f = 1 / T के समय से 1 सेकंड को विभाजित करना आवश्यक है। आवृत्ति जानना प्रत्यावर्ती धारा का, आप अवधि निर्धारित कर सकते हैं: T = 1 / f

एसी आवृत्ति इसे हर्ट्ज नामक इकाई में मापा जाता है।

यदि हमारे पास एक प्रत्यावर्ती धारा है जिसकी आवृत्ति 1 हर्ट्ज़ के बराबर है, तो ऐसी धारा की अवधि 1 सेकंड के बराबर होगी। इसके विपरीत, यदि धारा के परिवर्तन की अवधि 1 सेकंड है, तो ऐसी धारा की आवृत्ति 1 हर्ट्ज़ होती है।

इसलिए हमने एसी पैरामीटर-अवधि, आयाम और आवृत्ति को परिभाषित किया है-जो आपको विभिन्न एसी धाराओं, ईएमएफ और वोल्टेज के बीच अंतर करने और आवश्यक होने पर उनके ग्राफ को प्लॉट करने की अनुमति देता है।

प्रत्यावर्ती धारा के लिए विभिन्न सर्किटों के प्रतिरोध का निर्धारण करते समय, प्रत्यावर्ती धारा को चिह्नित करने वाले एक अन्य सहायक मूल्य का उपयोग करें, तथाकथित कोणीय या कोणीय आवृत्ति।

आवृत्ति f से संबंधित वृत्ताकार आवृत्ति को 2 pif के अनुपात से निरूपित किया जाता है

आइए इस निर्भरता की व्याख्या करें। परिवर्तनीय ईएमएफ ग्राफ की साजिश करते समय, हमने देखा कि फ्रेम के एक पूर्ण घूर्णन के परिणामस्वरूप ईएमएफ परिवर्तन का पूरा चक्र होता है। दूसरे शब्दों में, फ्रेम को एक चक्कर लगाने के लिए, यानी 360 ° घुमाने के लिए, एक अवधि के बराबर समय लगता है, यानी T सेकंड। फिर, 1 सेकंड में, फ्रेम 360 ° / T क्रांति करता है। इसलिए, 360 ° / T वह कोण है जिससे फ्रेम 1 सेकंड में घूमता है, और फ्रेम के घूमने की गति को व्यक्त करता है, जिसे आमतौर पर कोणीय या वृत्ताकार गति कहा जाता है।

लेकिन चूँकि अवधि T आवृत्ति f से f = 1 / T के अनुपात से संबंधित है, तो वृत्ताकार गति को आवृत्ति के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है और यह 360 ° f के बराबर होगी।

इसलिए हमने निष्कर्ष निकाला कि 360 ° f। हालांकि, किसी भी गणना के लिए परिपत्र आवृत्ति का उपयोग करने की सुविधा के लिए, एक क्रांति के अनुरूप 360 ° कोण को 2पीआई रेडियन के बराबर रेडियल अभिव्यक्ति द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जहां पाई = 3.14। तो हम अंत में 2pif प्राप्त करते हैं। इसलिए, प्रत्यावर्ती धारा की कोणीय आवृत्ति निर्धारित करने के लिए (ईएमएफ या वोल्टेज), आपको आवृत्ति को हर्ट्ज में एक स्थिर संख्या 6.28 से गुणा करना होगा।