Prąd przemienny. Natężenie i napięcie skuteczne
Prądnica prądu przemiennego- idea wytwarzania prądu przemiennego
Prądnica prądu przemiennego, jest to urządzenie przetwarzające energię mechaniczną, pobieraną z zewnętrznego urządzenia napędzającego prądnicę, na energię elektryczną w postaci przemiennego prądu Do tego celu wykorzystuje się zjawisko indukowania siły elektromotorycznej w wyniku ruchu przewodnika w polu magnetycznym indukcji elektromagnetycznej. Zmiana strumienia magnetycznego obejmowanego przez ramkę powoduje powstanie SEM indukcji w dwóch bokach ramki AB i CD. Im zwojów (ramek) na wirniku prądnicy będzie więcej, tym większa powstanie SEM.
Wyprowadzenie wzoru na SEM indukcji powstającej w prądnicy
SEM indukcji powstaje w dwóch bokach wirującej ramki w polu magnetycznym. Na rysunku boki mają długość (b). W jednym boku powstaje SEM o wartości
Prąd przemienny
Prąd przemienny, to taki prąd elektryczny, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób, z określoną częstotliwością. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne -stąd nazwa przemienny.Wielkości opisujące prąd przemienny:
- natężenie prądu przemiennego
- napięcie prądu przemiennego
- częstotliwość prądu przemiennego
- faza prądu przemiennego
Wykres natężenia i napięcia prądu przemiennego
Natężenie skuteczne
Wartość natężenia prądu stałego (Is), którego moc jest równa mocy prądu przemiennego, nazywamy wartością skuteczna natężenia prądu przemiennego.
Napięcie skuteczne
Wartość napięcia prądu stałego (Us), którego moc jest równa mocy prądu przemiennego, nazywamy wartością skuteczna napięcia prądu przemiennego.
Natężenie i napięcie skuteczne- wyprowadzenie wzoru
Z definicji natężenia skutecznego przyrównujemy moc prądu przemiennego do mocy prądu stałego. Moc chwilowa prądu przemiennego opisana jest zależnością:
Jest to moc chwilowa prądu przemiennego, moc średnia będzie odpowiadać pracy pradu w czasie jednego okresu
Moc prądu stałego przyrównamy do średniej mocy prądu przemiennego
Napięcie skuteczne, to:
Moc skuteczna prądu przemiennego
Moc skuteczna prądu przemiennego odpowiada wartości iloczynu napięcia skutecznego (Us) i natężenia skutecznego (Is)
Opór indukcyjny
Opór indukcyjny jest to opór, który występuje w obwodach prądu przemiennego i związany jest z indukcyjnością elementów obwodu na przykład cewka. Jego wartość dla tego samego elementu (cewki) będzie różna w zależności od częstotliwości prądu przemiennego. Opór oporników (opór omowy) nie posiada tej cechy (nie zmienia się)
Opór pojemnościowy
Opór pojemnościowy jest to opór, który występuje w obwodach prądu przemiennego i związany jest z pojemnością elektryczną elementów obwodu, na przykład kondensator. Jego wartość dla tego samego elementu (kondensatora) będzie różna w zależności od częstotliwości prądu przemiennego. Opór oporników (opór omowy) nie posiada tej cechy (nie zmienia się)
Cewka w obwodzie prądu przemiennego
Napięcie na cewce wyprzedza w fazie natężenie o 90°. Przesunięcie fazowe wynosi 90°.
Wykres wskazowy i przesunięcie fazowe obwodu indukcyjnego
Kondensator w obwodzie prądu przemiennego
Napięcie na kondensatorze osiąga później swą wartość maksymalną niż natężenie prądu. Przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a natężeniem wynosi -(minus)90st. Natężenie wyprzedza napięcie.
Wykres wskazowy i przesunięcie fazowe obwodu pojemnościowego
Zawada obwodu RLC
Zawada obwodu RLC, to całkowity opór obwodu:
Przesunięcie fazowe w obwodzie RLC
Przesunięcie fazowe w obwodzie RLC, jest to różnica faz pomiędzy napięciem i natężeniem prądu przemiennego, której wartość odpowiada
Transformator
Transformator, to urządzenie pozwalające zmienić napięcie przemienne z wyższego na niższe lub odwrotnie. Działanie transformatora oparte jest na zjawisku indukcji wzajemnej. Jedno z uzwojeń (zwane pierwotnym) podłączone jest do źródła prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Zmienny strumień pola magnetycznego, przewodzony przez rdzeń transformatora, przechodzi przez drugie uzwojenie (zwane wtórnym). Zmiana strumienia pola magnetycznego w cewkach wtórnych wywołuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej - powstaje w nich SEM indukcji (napięcie).
Przekładnia transformatora
Przekładnia transformatora, jest to wielkość określająca stosunek wartości napięcia wtórnego do pierwotnego w transformatorze. Jej wartość można obliczyć z poniższych wzorów:
