प्रत्यावर्ती धारा के बुनियादी पैरामीटर: अवधि, आवृत्ति, चरण, आयाम, हार्मोनिक दोलन

प्रत्यावर्ती धारा एक विद्युत प्रवाह है जिसकी दिशा और शक्ति समय-समय पर बदलती रहती है। चूँकि आमतौर पर प्रत्यावर्ती धारा की शक्ति एक साइनसोइडल कानून के अनुसार भिन्न होती है, प्रत्यावर्ती धारा वोल्टेज और करंट में साइनसोइडल उतार-चढ़ाव है।

इसलिए, साइनसोइडल विद्युत दोलनों पर लागू होने वाली हर चीज प्रत्यावर्ती धारा पर लागू होती है। साइनसोइडल दोलन ऐसे दोलन हैं जिनमें साइन कानून के अनुसार दोलन मूल्य बदलता है। इस लेख में हम एसी मापदंडों के बारे में बात करेंगे।

ईएमएफ में परिवर्तन और ऐसे स्रोत से जुड़े रैखिक भार के वर्तमान में परिवर्तन एक साइनसोइडल कानून का पालन करेगा। इस मामले में, वैकल्पिक ईएमएफ, वैकल्पिक वोल्टेज और धाराओं को उनके मुख्य चार पैरामीटर द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

• अवधि;

• आवृत्ति;

• आयाम;

• प्रभावी मूल्य।

अतिरिक्त पैरामीटर भी हैं:

• कोणीय आवृत्ति;

• अवस्था;

• तत्काल मूल्य।

अगला, हम इन सभी मापदंडों को अलग-अलग और एक साथ देखेंगे।

अवधि टी.

अवधि - एक प्रणाली के लिए लगने वाला समय जो सभी मध्यवर्ती राज्यों से गुजरने के लिए दोलन करता है और फिर से अपनी प्रारंभिक अवस्था में लौट आता है।

एक प्रत्यावर्ती धारा की अवधि टी वह समय अंतराल है जिसके दौरान वर्तमान या वोल्टेज परिवर्तनों का एक पूरा चक्र बनाता है।

चूंकि प्रत्यावर्ती धारा का स्रोत एक जनरेटर है, अवधि उसके रोटर के रोटेशन की गति से संबंधित है, और जनरेटर के घुमावदार या रोटर के रोटेशन की गति जितनी अधिक होगी, उत्पन्न वैकल्पिक ईएमएफ की अवधि कम होगी और, तदनुसार, भार का प्रत्यावर्ती धारा, यह निकलता है।

अवधि को सेकंड, मिलीसेकंड, माइक्रोसेकंड, नैनोसेकंड में मापा जाता है, यह उस विशेष स्थिति पर निर्भर करता है जिसमें यह वर्तमान माना जाता है। ऊपर दिया गया आंकड़ा दिखाता है कि निरंतर विशेषता अवधि T होने पर वोल्टेज U समय के साथ कैसे बदलता है।

फ्रीक्वेंसी एफ

आवृत्ति f अवधि का व्युत्क्रम है और संख्यात्मक रूप से 1 सेकंड में वर्तमान या EMF परिवर्तन की अवधि के बराबर है। अर्थात्, f = 1 / T। आवृत्ति के मापन की इकाई हर्ट्ज़ (Hz) है, जिसका नाम जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक हर्ट्ज़ के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 19 वीं शताब्दी में इलेक्ट्रोडायनामिक्स के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दिया था। अवधि जितनी कम होगी, ईएमएफ या वर्तमान परिवर्तन की आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी।

आज रूस में, विद्युत नेटवर्क में प्रत्यावर्ती धारा की मानक आवृत्ति 50 हर्ट्ज है, अर्थात 1 सेकंड में नेटवर्क वोल्टेज के 50 उतार-चढ़ाव दिखाई देते हैं।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अन्य क्षेत्रों में, उच्च आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए आधुनिक इनवर्टर में 20 kHz और अधिक, और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के संकरे क्षेत्रों में कई मेगाहर्ट्ज तक। उपरोक्त आकृति में आप देख सकते हैं कि एक सेकंड में 50 पूर्ण दोलन होते हैं, प्रत्येक की अवधि 0.02 सेकंड और 1 / 0.02 = 50 होती है।

समय के साथ साइनसोइडल प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तन के ग्राफ़ से, यह देखा जा सकता है कि विभिन्न आवृत्तियों की धाराओं में एक ही समय अंतराल में अलग-अलग अवधि होती है।

कोणीय आवृत्ति

कोणीय आवृत्ति - 2pi सेकंड में किए गए दोलनों की संख्या।

एक अवधि में, साइनसोइडल EMF या साइनसॉइडल करंट का चरण 2pi रेडियन या 360 ° से बदल जाता है, इसलिए वैकल्पिक साइनसॉइडल करंट की कोणीय आवृत्ति इसके बराबर होती है:

2pi सेकंड में दोलनों की संख्या का उपयोग करें। (1 सेकंड में नहीं।) यह सुविधाजनक है क्योंकि हार्मोनिक दोलनों के दौरान वोल्टेज और करंट के परिवर्तन के नियम को व्यक्त करने वाले सूत्र, प्रत्यावर्ती धारा के आगमनात्मक या कैपेसिटिव प्रतिरोध को व्यक्त करते हैं, और कई में अन्य मामलों में दोलन आवृत्ति n गुणक 2pi के साथ दिखाई देती है।

अवस्था

चरण - राज्य, एक आवधिक प्रक्रिया का चरण। साइनसोइडल दोलनों के मामले में शब्द चरण का अधिक निश्चित अर्थ है। व्यवहार में, यह आमतौर पर स्वयं चरण नहीं होता है जो एक भूमिका निभाता है, लेकिन किसी भी दो आवधिक प्रक्रियाओं के बीच चरण बदलाव होता है।

इस मामले में, "चरण" शब्द को प्रक्रिया के विकास के एक चरण के रूप में समझा जाता है, और इस मामले में, प्रत्यावर्ती धाराओं और साइनसोइडल वोल्टेज के संबंध में, चरण को एक निश्चित क्षण में प्रत्यावर्ती धारा की स्थिति कहा जाता है। समय।

आंकड़े दिखाते हैं: चरण में वोल्टेज U1 और वर्तमान I1 का संयोग, एंटीपेज़ में वोल्टेज U1 और U2, साथ ही वर्तमान I1 और वोल्टेज U2 के बीच चरण बदलाव। फेज शिफ्ट को रेडियन, अवधि के कुछ हिस्सों, डिग्री में मापा जाता है।

यह सभी देखें: फेज, फेज एंगल और फेज शिफ्ट क्या है

आयाम उम और मैं

साइनसोइडल अल्टरनेटिंग करंट या साइनसॉइडल अल्टरनेटिंग ईएमएफ के परिमाण की बात करें तो ईएमएफ या करंट के उच्चतम मूल्य को आयाम या आयाम (अधिकतम) मान कहा जाता है।

आयाम - हार्मोनिक दोलन करने वाली मात्रा का सबसे बड़ा मूल्य (उदाहरण के लिए, प्रत्यावर्ती धारा में वर्तमान शक्ति का अधिकतम मूल्य, संतुलन स्थिति से दोलन पेंडुलम का विचलन), एक निश्चित मूल्य से दोलन मात्रा का सबसे बड़ा विचलन, सशर्त रूप से प्रारंभिक शून्य के रूप में स्वीकार किया गया।

कड़ाई से बोलते हुए, आयाम शब्द केवल साइनसॉइडल दोलनों को संदर्भित करता है, लेकिन यह आमतौर पर (बिल्कुल सही नहीं) उपरोक्त अर्थों में सभी दोलनों पर लागू होता है।

यदि हम एक अल्टरनेटर के बारे में बात करते हैं, तो इसके टर्मिनलों का EMF प्रति अवधि दो बार एक आयाम मान तक पहुँचता है, जिनमें से पहला + Em है, दूसरा क्रमशः Em है, सकारात्मक और नकारात्मक अर्ध-चक्रों के दौरान। वर्तमान I समान व्यवहार करता है और तदनुसार Im द्वारा निरूपित किया जाता है।

हार्मोनिक कंपन - दोलन जिसमें एक दोलन मात्रा, जैसे विद्युत परिपथ में वोल्टेज, हार्मोनिक साइनसोइडल या कोसाइन कानून के अनुसार समय के साथ बदलती है। रेखांकन एक साइनसोइडल वक्र द्वारा दर्शाया गया है।

वास्तविक प्रक्रियाएं केवल हार्मोनिक दोलनों का अनुमान लगा सकती हैं। हालांकि, अगर दोलन प्रक्रिया की सबसे विशिष्ट विशेषताओं को दर्शाते हैं, तो ऐसी प्रक्रिया को हार्मोनिक माना जाता है, जो कई भौतिक और तकनीकी समस्याओं के समाधान की सुविधा प्रदान करता है।

विभिन्न प्रणालियों में हार्मोनिक दोलनों के करीब आंदोलन होते हैं: यांत्रिक (एक पेंडुलम के दोलन), ध्वनिक (एक अंग पाइप में एक वायु स्तंभ के दोलन), विद्युत चुम्बकीय (एक एलसी सर्किट में दोलन), आदि।दोलनों का सिद्धांत इन घटनाओं को, भौतिक प्रकृति में भिन्न, एक एकीकृत दृष्टिकोण से मानता है और उनके सामान्य गुणों को निर्धारित करता है।

इस सदिश के लम्बवत अक्ष के बारे में निरंतर कोणीय वेग से घूमते हुए और इसके मूल से गुजरते हुए सदिश का उपयोग करके हार्मोनिक दोलनों को रेखांकन का प्रतिनिधित्व करना सुविधाजनक है। सदिश के घूर्णन का कोणीय वेग हार्मोनिक दोलन की परिपत्र आवृत्ति से मेल खाता है।

हार्मोनिक कंपन का वेक्टर आरेख

किसी भी रूप की आवधिक प्रक्रिया को विभिन्न आवृत्तियों, आयाम और चरणों के साथ सरल हार्मोनिक दोलनों की अनंत श्रृंखला में विघटित किया जा सकता है।

सामंजस्यपूर्ण - एक हार्मोनिक कंपन जिसकी आवृत्ति किसी अन्य कंपन की आवृत्ति से कई गुना अधिक होती है, जिसे मौलिक स्वर कहा जाता है। हार्मोनिक की संख्या इंगित करती है कि इसकी आवृत्ति मौलिक स्वर की आवृत्ति से कितनी गुना अधिक है (उदाहरण के लिए, तीसरा हार्मोनिक मौलिक स्वर की आवृत्ति से तीन गुना अधिक आवृत्ति वाला एक हार्मोनिक कंपन है)।

किसी भी आवधिक लेकिन हार्मोनिक नहीं (अर्थात साइनसोइडल से आकार में भिन्न) दोलनों को हार्मोनिक दोलनों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है - मौलिक स्वर और कई हार्मोनिक्स। साइनसोइडल से जितना अधिक माना जाता है, उतना ही अधिक हार्मोनिक्स होता है।

यू और आई का तात्कालिक मूल्य

एक निश्चित समय पर EMF या करंट के मान को तात्कालिक मान कहा जाता है, उन्हें लोअरकेस अक्षर u और i द्वारा निरूपित किया जाता है। लेकिन चूंकि ये मान हर समय बदलते हैं, इसलिए उनसे एसी धाराओं और ईएमएफ का अनुमान लगाना असुविधाजनक है।

I, E और U के RMS मान

उपयोगी कार्य करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा की क्षमता, जैसे कि यांत्रिक रूप से मोटर के रोटर को मोड़ना या हीटिंग डिवाइस पर गर्मी पैदा करना, ईएमएफ और धाराओं के प्रभावी मूल्यों द्वारा आसानी से अनुमान लगाया जाता है।

इसलिए, प्रभावी वर्तमान मूल्य ऐसी प्रत्यक्ष धारा का मान कहा जाता है, जो विचाराधीन प्रत्यावर्ती धारा की एक अवधि के दौरान एक कंडक्टर से गुजरने पर, समान यांत्रिक कार्य या इस प्रत्यावर्ती धारा के समान ऊष्मा उत्पन्न करता है।

वोल्टेज, ईएमएफ और धाराओं के आरएमएस मूल्यों को बड़े अक्षरों I, E और U द्वारा दर्शाया गया है। साइनसॉइडल अल्टरनेटिंग करंट के लिए और साइनसॉइडल अल्टरनेटिंग वोल्टेज के लिए, प्रभावी मान हैं:

विद्युत नेटवर्क का वर्णन करने के लिए, वर्तमान और वोल्टेज के प्रभावी मूल्य का उपयोग करना सुविधाजनक है। उदाहरण के लिए, 220-240 वोल्ट का मान आधुनिक घरेलू सॉकेट में वोल्टेज का प्रभावी मान है, और आयाम बहुत अधिक है - 311 से 339 वोल्ट तक।

करंट के साथ भी ऐसा ही है, उदाहरण के लिए जब वे कहते हैं कि घरेलू हीटिंग डिवाइस के माध्यम से 8 एम्पीयर का करंट प्रवाहित होता है, तो इसका मतलब एक प्रभावी मान है, जबकि आयाम 11.3 एम्पीयर है।

एक या दूसरे तरीके से, विद्युत प्रतिष्ठानों में यांत्रिक कार्य और विद्युत ऊर्जा वोल्टेज और धाराओं के प्रभावी मूल्यों के समानुपाती होते हैं। मापने वाले उपकरणों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा वोल्टेज और धाराओं के बिल्कुल प्रभावी मान दिखाता है।