Частота электрического тока — это… Что такое Частота электрического тока?

Частота электрического тока

        временной параметр периодически (циклически) изменяющегося электрического тока (См. Электрический ток), выражающийся отношением числа полных циклов изменения тока к единице времени; величина, обратная периоду изменения тока. Измеряется в Герцах. Для синусоидального переменного тока используют понятие угловой частоты (См. Угловая частота), связанной с Ч. э. т. соотношением ω = 2πf (ω — угловая частота, f — Ч. э. т.). Во многих странах мира (в т. ч. в СССР) частота промышленного тока, вырабатываемого электростанциями, равна 50 гц, в США — 60 гц. В ряде стран на железных дорогах используют ток частотой 16 2/3 гц (для электрической тяги), а также частотой 25 и 75 гц (в системах автоматической блокировки, например, в рельсовых цепях (См. Рельсовая цепь)). В авиационной энергетике используют ток частотой 400 гц (в автономных системах энергопитания). В промышленных и с.-х. установках в некоторых случаях повышают рабочую частоту до 200—400 гц.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Частота колебаний
• Частотная модуляция

Смотреть что такое «Частота электрического тока» в других словарях:

• Частота электрического тока — величина, обратная периоду электрического тока… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением Госстандарта РФ от 09.01.2003 N 3 ст) …   Официальная терминология

• частота (электрического тока) — 234 частота (электрического тока) Величина, обратная периоду электрического тока. Примечание Аналогично определяют частоты электрического напряжения, электродвижущей силы, магнитного потока и т.д. Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Частота электрического тока — English: Current frequency Величина, обратная периоду электрического тока. Примечание. Аналогично определяются частоты ЭДС, напряжения, магнитодвижущей силы, магнитного потока и т.д. (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в… …   Строительный словарь

• Частота (электрического тока) — 1. Величина, обратная периоду электрического тока Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий …   Телекоммуникационный словарь

• частота электрического тока — Величина, обратная периоду электрического тока …   Политехнический терминологический толковый словарь

• угловая частота синусоидального электрического тока — угловая частота синусоидального электрического тока; угловая частота Частота синусоидального электрического тока, умноженная на 2π …   Политехнический терминологический толковый словарь

• угловая частота (синусоидального электрического тока) — 241 угловая частота (синусоидального электрического тока) Скорость изменения фазы синусоидального электрического тока, равная частоте синусоидального электрического тока, умноженной на 2л. Примечание Аналогично определяют угловые частоты… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Угловая частота (синусоидального электрического тока) — 1. Скорость изменения фазы синусоидального электрического тока, равная частоте синусоидального электрического тока, умноженной на 2pi Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий …   Телекоммуникационный словарь

• частота — Величина, обратная периоду электрического тока. Примечание — Аналогично определяют частоты электрического напряжения, электродвижущей силы, магнитного потока и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчика

• частота — 3.2 частота: Вероятность появления последствия (возникновения опасного события). Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 14798 2003: Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа риска 06.01.15 частота [ frequency]: Число циклов периодического… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Какова частота напряжения электрического тока, чему равна, для какого тока она характерна.

Выражение «напряжение тока» не верно по своему смыслу. Напряжение и ток, это две различные электрические характеристики. Если хотеть понять, какова частота у электрического тока, то стоит сначала разобраться с самим понятием этого тока. Потом уже стане ясно, что есть сила тока, его частота, напряжение. Итак, давайте сравним электричество с обычной водой. Вода течёт по трубам. Трубы бывают различной толщины. Когда краник в рукомойнике закрытый, то внутри труб имеется определённое давление воды, чем больше его отрываешь, тем больше поток воды начинает течь.

Так вот, воду мы будем сравнивать с самими электрическими частицами (электроны и ионы), их движение по электрическому проводнику будет схоже с движением воды в водопроводной трубе. Давление воды, имеющееся внутри труб будет в некотором смысле уподобляться электрическому напряжению. Ну, а о частоте напряжения тока чуть позже. Итак, у нас имеется электрический источник в виде обычной батарейки, у которой имеется плюс и минус. Если мы к ней подключим, допустим, обычную лампочки или моторчик, используя соединительные проводки, а ещё между ними поставим выключатель, то получится обычная электрическая цепь.

Когда мы замкнём выключатель заряженные частицы из одного полюса батарейки устремятся по проводам к противоположному её полюсу, преодолевая свой путь через провода, лампочку и выключатель. Это движение по создавшейся электрической цепи и есть электрический ток (то есть поток самих заряженных частиц). Когда мы разомкнём выключатель, то ток внутри проводников прервётся, а вместо него появиться (точнее говоря возрастёт) напряжение. Это как в кране с водой. Когда мы закрываем кран, то давление воды внутри труб возрастает.

Если же мы начнём постоянно то замыкать, то размыкать выключатель, мы получим периодическое течение электрического тока в цепи. Так вот, тут мы и можем обнаружить нашу частоту напряжения тока, точнее частоту электрического тока. Из физики известно, что частота измеряется в герцах. Один герц равен 1 колебанию в секунду. Следовательно, если у нас получиться за одну секунду замкнуть и разомкнуть нашу электрическую цепочку 3 раза в секунду, мы получим частоту электрического тока (не правильно выражаясь — частоту напряжения тока) в 3 герца. Ну думаю смысл понятен.

Теперь, где мы можем обнаружить эту самую частоту электрического тока. Думаю все слышали, что в обычной домашней розетки напряжение равно 220 вольтам, а частота этого тока (переменного) 50 герц. Это стандартная частота для обычной бытовой электрической сети 220 и 380 вольт. Она зависит от определённых параметров и характеристик, используемых в электроснабжении города. В других электрических и электронных устройствах и системах может применяться другая частота. К примеру, в обычных домашних компьютерах используется частота уже измеряемая в мегагерцах (средняя частота компьютерного процессора равна около 2.7 мегагерца, это довольно высокая частота электрического тока).

Если мы в примере с батарейкой просто замыкали и размыкали переключатель в цепи, получая при этом просто прерывистое течение тока, то в случае переменного тока всё иначе. Переменный ток имеет синусоидальную форму, периодически изменяя свою полярность. То есть, за свои 50 герц в секунду переменный ток в сети попеременно 25 раз плавно будет нарастать то в одной части графика (график зависимости напряжения, тока от времени) (на двух имеющихся проводах будет одна полярность), то 25 раз в противоположной части (другая полярность, + меняется на -, а — на +).

P.S. Из примеров выше думаю Вы поняли, что же такое частота электрического тока (частота напряжения тока, выражаясь неправильно). Это всего лишь периодичность колебаний движения электрических заряженных частиц, движущихся в проводнике. То есть, грубо выражаясь, скорость изменения состояния покоя-движения этих самых частиц (электронов).

Период и частота переменного тока: переменный и постоянный ток.

Изобретение электричества позволило вывести человечество на новый, более высокий уровень развития. Цивилизация получила мощный толчок для технологического рывка. Прогресс стал очевиден практически во всех сферах деятельности, и все это – благодаря использованию электроэнергии.

Современный пользователь повсеместно сталкивается с различными электротехническими устройствами, приборами и изделиями. Поэтому, одной из важнейших задач, позволяющих эффективно и рационально использовать электрическую энергию, является понимание основ, протекающих в электрических цепях технологических процессов.

Изначально, между пользователями, инженерами и специалистами активно велась дискуссия о том, какой именно ток целесообразно использовать: переменный или постоянный. У каждого из предлагаемых вариантов были свои преимущества и недостатки, и все-таки столетний спор выиграли приверженцы использования энергии, создаваемой переменным электрическим током.

Прежде чем разбираться с такими терминами, как период и частота переменного тока, необходимо четко понять, что собой представляет непосредственно сам переменный электрический ток.

Переменный ток

Термин поясняет особенности одного из разновидностей электрического тока, который постоянно меняется с течением времени. Изменения происходят как по величине абсолютный показателей, так и по направлению. Как частный случай, возможны изменения только по величине, при сохранении неизменным направления колебательного движения в электрической цепи. Такой ток (переменный) повсеместно используется в осветительной сети бытового назначения, жилых домов, а также на многочисленных объектах промышленного назначения.

Если у постоянного тока электроны всегда движутся в одном направлении, то для переменного тока характерно многократное изменение не только направления, но и значений (несколько раз за единицу времени). Все такие изменения происходят в соответствии с одним законом – гармоническим. На картинке, отображаемой с помощью осциллографа такую картинку можно увидеть в форме четкой, геометрически точной синусоиды. Важно понимать, что переменный ток является алгебраической величиной, поэтому указывать его знак можно только с учетом конкретного мгновенного значения (с учетом того, в каком направлении осуществляется движение электронов в конкретный момент времени).

Периодический переменный электрический ток

Чтобы понимать, что собой представляет период переменного тока, необходимо дать точное определение самому физическому явлению. Итак, если ток меняется в определенный период времени, успевает пройти полный цикл преобразований и в конечном итоге, вернуться к своему исходному положению, то такой ток называется периодическим.

На практике эти колебания получаются при изменении движения электронов в электрическом проводе, которые осуществляются сначала в одну сторону, а затем – в противоположную.

Период и частота

Если рассмотреть внимательно представленный график протекания периодического переменного тока, то можно зафиксировать следующее правило: через одни и те же одинаковые по продолжительности интервалы времени колебательные движения на графике отображаются со 100% точностью.

Такие временные интервалы называют периодами и на бумаге отображают символом «Т».

Частота электрического тока, имеющего переменное значение, представляет собой определенное число повторяющихся в течение заданной единицы времени колебательных движений.

Для формирования единого подхода к обозначениям параметров электрического тока, частота считается математической величиной, равной количеству периодов в секунду. Единица измерения – герц (Гц). Частота переменного тока – это один из важнейших параметров, позволяющих охарактеризовать технологический процесс. Важно понимать, что многочисленные электрические машины, аппараты и установки переменного тока могут эффективно работать только в том случае, если при подаче электропитания на устройство будет обеспечена именно та частота, которая соответствует техническим характеристикам и параметрам устройства.

Современный стандарт частоты, используемой в сети переменного тока, составляет 50 Гц. Это означает, что электрический ток в течение одной секунды 50 раз будет направлен в одну сторону и ровно столько же – в другую. Число оборотов примышленных электрогенераторов синхронизируется с экономическими показателями машин, в том числе – с их весом и габаритными размерами.

Подведем итоги

Такие важные показатели электрического тока, как период и частота, важно понимать и учитывать при подборе соответствующего оборудования. Знание характеристик сети необходимо прежде всего для специалистов инженерно-технического блока. Полезно разобраться в вопросе и обывателям, приобретающим те или иные электроприборы, бытовую и иную технику.

Что показывает частота переменного тока. Отличие переменного тока от постоянного

В данной статье поговорим о параметрах переменного тока. Например, всем привычная бытовая розетка является источником переменного тока и переменной ЭДС.

Изменение ЭДС и изменение тока линейной нагрузки, подключенной к такому источнику, будет происходить по синусоидальному закону. При этом переменные ЭДС, переменные напряжения и токи, можно характеризовать основными четырьмя их параметрами:

Есть и вспомогательные параметры:

угловая частота;

фаза;

мгновенное значение.

Периодом Т переменного тока называется промежуток времени, за который ток или напряжение совершает один полный цикл изменений.

Поскольку источником переменного тока является генератор, то период связан со скоростью вращения его ротора, и чем выше скорость вращения витка или ротора генератора, тем меньшим оказывается период генерируемой переменной ЭДС, и, соответственно, переменного тока нагрузки.

Период измеряется в секундах, миллисекундах, микросекундах, наносекундах, в зависимости от конкретной ситуации, в которой данный ток рассматривается. На вышеприведенном рисунке видно, как напряжение U с течением времени изменяется, имея при этом постоянный характерный период Т.

Частота f является величиной обратной периоду, и численно равна количеству периодов изменения тока или ЭДС за 1 секунду. То есть f = 1/Т. Единица измерения частоты — герц (Гц), названная в честь немецкого физика Генриха Герца, внесшего в 19 веке немалый вклад в развитие электродинамики. Чем меньше период, тем выше частота изменения ЭДС или тока.

Сегодня в России стандартной частотой переменного тока в электрических сетях является 50 Гц, то есть за 1 секунду происходит 50 колебаний сетевого напряжения.

В других областях электродинамики используются и более высокие частоты, например 20 кГц и более — в современных инверторах, и до единиц МГц в более узких сферах электродинамики. На приведенном выше рисунке видно, что за одну секунду происходит 50 полных колебаний, каждое из которых длится 0,02 секунды, и 1/0,02 = 50.

По графикам изменения синусоидального переменного тока с течением времени видно, что токи различной частоты содержат разное количество периодов на одном и том же отрезке времени.

За один период фаза синусоидальной ЭДС или синусоидального тока изменяется на 2пи радиан или на 360°, поэтому угловая частота переменного синусоидального тока равна:

Под термином «фаза» понимают стадию развития процесса, и в данном случае, применительно к переменным токам и напряжениям синусоидальной формы, фазой называют состояние переменного тока в определенный момент времени.

На рисунках можно видеть: совпадение напряжения U1 и тока I1 по фазе, напряжения U1 и U2 в противофазе, а также сдвиг по фазе между током I1 и напряжением U2. Сдвиг по фазе φ измеряется в радианах, долях периода, в градусах. Так, сдвиг по фазе между током I1 и напряжением U2 равен φ = π радиан, как и между напряжением U1 и напряжением U2.

Амплитуда Uм и Iм

Говоря о величине синусоидального переменного тока или синусоидальной переменной ЭДС, наибольшее значение ЭДС или тока называют амплитудой или амплитудным (максимальным) значением.

Наибольшее значение величины, совершающей гармонические колебания (например, максимальное значение силы тока в переменном токе, отклонение колеблющегося маятника от положения равновесия), наибольшее отклонение колеблющейся величины от некоторого значения, условно принятого за начальное нулевое.

Если речь о генераторе переменного тока, то ЭДС на его выводах дважды за период достигает амплитудного значения, первое из которых +Eм, второе -Eм, соответственно во время положительного и отрицательного полупериодов. Аналогичным образом ведет себя и ток I, и обозначается соответственно Iм.

Мгновенное значение u и i

Значение ЭДС или тока в конкретный текущий момент времени называется мгновенным значением, они обозначаются маленькими буквами u и i. Но поскольку эти значения все время меняются, то судить о переменных токах и ЭДС по ним неудобно.

Действующие значения I, E и U

Способность переменного тока к совершению какой-нибудь полезной работы, например механически вращать ротор двигателя или производить тепло на нагревательном приборе, удобно оценивать по действующим значениям ЭДС и токов.

Так, называется значение такого постоянного тока, который при прохождении по проводнику в течение одного периода рассматриваемого переменного тока, производит такую же механическую работу или такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Действующие значения напряжений, ЭДС и токов обозначают заглавными буквами I, E и U. Для синусоидального переменного тока и для синусоидального переменного напряжения действующие значения равны:

Действующее значение тока и напряжения удобно практически использовать для описания электрических сетей. Например значение в 220-240 вольт — это действующее значение напряжения в современных бытовых розетках, а амплитуда гораздо выше — от 311 до 339 вольт.

Так же и с током, например когда говорят, что по бытовому нагревательному прибору протекает ток в 8 ампер, это значит действующее значение, в то время как амплитуда составляет 11,3 ампер.

Так или иначе, механическая работа и электрическая энергия в электроустановках пропорциональны действующим значениям напряжений и токов. Значительная часть измерительных приборов показывает именно действующие значения напряжений и токов.

Обозначения, параметры. Мы знаем, что постоянный электрический ток, это ток не меняющийся во времени как по величине, так и по направлению движения электронов. Основное назначение постоянного тока, это питание различной радио и электронной аппаратуры. Источниками постоянного тока являются аккумуляторы, солнечные фотоэлементы, батарейки и генераторы постоянного тока.
В быту и промышленности используется переменный синусоидальный ток. Это связано с тем, что современная энергетика основана на передаче энергии на дальние расстояния от гидро, тепловых и атомных электростанций к потребителю. Для получения электрической энергии на электростанциях используют генераторы переменного тока. Прередача переменного тока выгодна вследствие преимуществ его преобразования и из за малых потерь в линиях электропередачи. Переменный электрический ток легко преобразовать в постоянный ток, а так же получить любые нужные напряжения переменного тока. Например напряжение переменного тока передаваемое по линиям электропередачи составляет несколько тысяч вольт. В жилых кварталах линия электропередачи подключается к трансформатору который преобразует высокое напряжение в стандартное бытовое напряжение 220 вольт. Именно это напряжение мы и имеем в розетках наших квартир.

В отличие от постоянного тока, переменный синусоидальный ток (а так же и переменное напряжение) изменяется со временем по амплитуде (величине) и направлению движения электронов. На графике переменный ток имеет вид синусоиды.

Расстояние между двумя соседними вершинами на графике переменного синусоидального тока называется периодом и обозначается буквой Т. Период, это время одного колебания переменного тока. Измеряется период в секундах или в более малых единицах времени: миллисекундах; микросекундах; наносекундах и т.д. Величина: период Т=1 сек. в минус первой степени (Т -1) или 1/Т называется частотой в 1 Герц. Частота обозначается буквой f. В радио и электронных приборах, в зависимости от их назначения, частота может быть в единицах герц (Гц или Hz), тысячах герц (кГц или kHz) и так далее.

Стандартная частота в бытовой электрической сети равна 50 Гц. В некоторых зарубежных странах стандартная частота равна 60 Гц. Так же, как и постоянный ток, переменный ток передается по двум проводам. Если у постоянного тока есть два полюса — плюс и минус, то у переменного тока один провод является токоведущим и называется «фаза», а второй провод является общим и называется «земля» или «ноль». Напряжение в бытовой электрической розетке равно 220 вольт.

В отличие от постоянного тока, переменный электрический ток (или напряжение) изменяют свою величину, со временем, от максимального до минимального значения. В связи с этим значение переменного тока или напряжения будет несколько ниже значения U или I.

Эти значения называются эффективными (действующими) значениями тока или напряжения и обозначаются соответственно Iэф и Uэф (смотрите рисунок). Именно такие значения показывают измерительные приборы переменного тока.
&nbsp &nbsp Для исследования параметров переменного тока наиболее подходящим измерительным прибором является осциллограф. На электронно лучевой трубке осциллографа — дисплее (см. рисунок) можно наблюдать не только форму переменного тока, но и провести количественный анализ исследуемого сигнала.

Ось Х на дисплее проградуирована в делениях времени, а ось Y проградуирована в делениях амплитуды сигнала. На рисунке переключатель «Время» установлен на время 0.01 микросекунда на деление по оси Х.
На приведенном рисунке период сигнала равен 2 делениям, следовательно: Т = 2 * 0.01 = 0.02 мкС, а частота сигнала f = 1/T = 1/(0.02 -6) = 1/0.00000002 = 50000000 Гц = 50 МГц (МГц — мегагерц).
Переключатель «Значение Y» установлен на амплитуду 10 Вольт на деление по оси Y. Сигнал имеет амплитуду 6 делений, следовательно напряжение сигнала равно 6 * 10 = 60 вольт.
В заключение этой темы хотелось бы сказать о том, что переменный синусоидальный ток применяется не только для питания бытовых и промышленных электрических приборов. В радио и электронике широко используются, например, высокочастотные генераторы переменного тока для радио- передатчиков (как мощные для теле и радио студий, так и маломощные для телефонов сотовой связи, пейджеров и т.д.). В последующих наших темах мы будем часто сталкиваться с переменным электрическим током и законами его усиления, преобразования и так далее.

Электрический ток- это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — ионов, а в газах — электронов и ионов. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Определение постоянного электрического тока, его источники

Постоянный ток (DC, по-английски Direct Current) — это электрический ток, у которого свойства и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, в многочисленных электронных приборах: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.

Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающие от батареек так же являются потребителями постоянного тока, потому что батарея или аккумулятор- это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).

Принцип работы переменного тока

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current)- это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды « ~ ».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.

Переменный ток может быть как одно- , так и трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

Обратите внимание , как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода. На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт. Но мало кто знает, что это действующие значение переменного напряжения, но амплитудное или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.е будет равно 311 Вольт.

Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течении времени, то у переменного тока- напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).

И так мы подошли к понятию частота — это отношение числа полных циклов (периодов) к единице времени периодически меняющегося электрического тока. Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США- 60 Гц.

Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!

Источниками переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему в розетке не постоянный ток? Ответ прост. В сетях переменного тока легко и с минимальными потерями преобразовывается величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличивать для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.

С электростанции , где стоят мощные электрогенераторы, выходит напряжение величиной 330 000-220 000 , далее возле нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величины 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т. к. между напряжение равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.

И еще одним из важных достоинств переменного напряжения является то, что асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно проще и работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.

Как переменный ток сделать постоянным

Для потребителей, работающих на постоянном токе- переменный преобразуется при помощи выпрямителей.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Переменный и его применение в медицине.

1. Переменный ток, его виды и основные характеристики.

Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).

Примечание: не оговаривается форма кривой тока, периодичность, длительность его изменения.

На практике под переменным током чаще всего подразумевают периодический переменный ток.

Физическая сущность переменного тока сводиться к колебаниям электрических зарядов в среде (проводнике или диэлектрике).

Виды тока:

Ток проводимости.

Ток смещения.

Ток проводимости – это такой ток, который обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.

Ток смещения – это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).

Ток смещения связан с изменением во времени электрического поля на границе проводник – диэлектрик и имеет особенности:

Амплитуда тока смещения и его направления совпадают по фазе с таковыми тока проводимости.

По значению он всегда равен току проводимости.

Частным случаем тока смещения является ток поляризации. Ток поляризации – это ток смещению не в вакууме, а в материальной диэлектрической среде.

Сумма токов смещения и поляризации составляет полный ток смещения.

В медицинской практике применяются следующие виды токов по форме кривой тока:

Самым простым является периодический синусоидальный ток. Он легко описывается математически и графически, форма его не искажается в электрических цепях с R, C, L элементами.

Основные характеристики переменного тока.

Период – время одного цикла изменения тока по направлению и числовому значению (T, c).

Частота – это число циклов изменения тока в единицу времени.

 =1/Т (величина обратная периоду с -1 , Гц)

Круговая частота ( , 2 /Т радиан/с)

Фаза ( ) – это величина, определяющая во времени взаимоотношение тока и напряжения в электрической цепи.

Мгновенное значение тока и напряжения — значение этих величин в данный момент времени (i, u).

Амплитудное значение тока и напряжения – это максимальное за полупериод значение этих величин (I m , U m).

Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение тока и напряжения — вычисляется как положительный квадратный корень из среднего значению квадрата напряжения или тока по формулам.

I =  I 2 cp

U =  U 2 cp

Среднее значение (U ср ) за период (постоянная составляющая) – это среднее арифметическое мгновенных значений ток или напряжения за период.

На практике среднеквадратическое значение определяется по эффективному (действующему) значению. (I cp , U cp), которое для синусоидального тока вычисляется по формулам:

I эф = I = 0,707 I m

U эф = U = 0,707 U m

В отдельных случаях медицинского применения электрического тока приходиться учитывать и другие характеристики (например, коэффициент амплитуды К а, и коэффициент формы К ф).

Для практики имеют значения следующие формулы связи характеристик:

i(u) ≤I m (U m)

I эф = I = I m / 2 =0,707 I m I m = 1,41 I эф

U эф = U= U m / 2 =0,707 U m U m = 1,41 U эф

2. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью и их особенности.

Электрическая цепь — это реальная или мыслимая совокупность физических элементов, передающих электрическую энергию от одной точки пространства к другой.

Физическими элементами электрических цепей являются проводники, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Элементы цепи являются и элементами её связи, и, кроме того, реализуют соответствующие свойства сопротивления, емкости и индуктивности.

Виды электрических цепей:

Простые цепи содержат только единичные R, C, L – элементы, а сложные имеют их в различных количествах и сочетаниях.

Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое называется активным (R), индуктивным (X l), емкостным (X c).

Особенности простых идеальных цепей.

Цепь, состоящая из генератора тока и идеального резистора, называется простой цепью с активным сопротивлением.

Условию идеальности цепи :

Активное сопротивление не равно нулю,

индуктивность и ёмкость его равны нулю.

R  0

C r = 0 ~ R

Особенности:

Нет сдвига фаз ( ) между током и напряжением.

Это значит, что ток и напряжение одновременно проходят свои максимальные (амплитудные) и нулевые значения.

На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.

Цепь с индуктивностью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального L – элемента- катушки индуктивности.

Условия идеальности цепи:

Индуктивность катушки не равна нулю

Её ёмкость и сопротивление равны нулю.

L  0

Особенности цепи:

X L =  L = 2 L

В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током: V опережает I по фазе на угол  /2

Индуктивное сопротивление не потребляет энергии, т.к. она запасается в магнитном поле катушки, а затем отдается в электрическую цепь. Поэтому индуктивное сопротивление называется кажущимся или мнимым.

Цепь с ёмкостью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального C – элемента — конденсатора.

Условия идеальности цепи:

Ёмкость конденсатора не равна нулю, а его активное сопротивление и индуктивность равны нулю. С  0, R С = 0, L C = 0.

Особенности цепи с ёмкостью:

1. Соблюдается закон Ома.

2. Ёмкость оказывает переменному току сопротивление, которое называется ёмкостным. Оно обозначается X с и уменьшается с увеличением частоты не линейно.

В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током: V отстает от I по фазе на угол  /2

Ёмкостное сопротивление не потребляет энергии, т.к. она запасается в электрическом поле конденсатора, а затем отдается в электрическую цепь. Поэтому ёмкостное сопротивление называется кажущимся или мнимым.

1. Полная цепь переменного тока и её виды. Импеданс и его формула. Особенности импеданса живой ткани.

Полная цепь переменного тока — это цепь из генератора, а также R, C, и L элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.

Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные последовательные и параллельные цепи.

Последовательная цепь — это такая цепь, где все элементы могут быть соединены последовательно, один за другим.

В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.

Особенности полной цепи:

Соблюдается закон Ома

Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.

Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее значение:

Z — импеданс последовательной цепи,

R — активное сопротивление,

X L – индуктивное и X C – ёмкостное сопротивление,

L — индуктивность катушки (генри),

C — ёмкость конденсатора (фарад).

Так как ёмкостное и индуктивное сопротивления дают для напряжения сдвиг фаз в противоположном направлении, возможен случай, когда X L = X C . При этом алгебраическая сумма модулей будет равна нулю, а импеданс – наименьшим.

Состояние, при котором в цепи переменного тока ёмкостное сопротивление равно индуктивному, называется резонансом напряжения. Частота, при которой X L = X C , называется резонансной частотой. Эту частоту  p можно определить по формуле Томсона:

1. Особенности импеданса живой ткани и её эквивалентная электрическая схема.

При пропускании тока через живую ткань, её можно рассматривать как электрическую цепь, состоящую из определенных элементов.

Экспериментально установлено, что это цепь обладает свойствами активного сопротивления и ёмкости. Это доказывается выделением тепла и уменьшением полного сопротивления ткани с возрастанием частоты. Свойств индуктивности у живой ткани практически не обнаруживается. Таким образом, живая ткань представляет собой сложную, но не полную электрическую цепь.

Импеданс живой ткани можно рассматривать как для последовательного, так и для параллельного соединения её элементов.

При последовательном соединении токи через элементы равны, общее приложенное напряжение будет векторной суммой напряжений на R и C элементах и формула импеданса последовательной цепи будет иметь вид:

Z_ — импеданс последовательной цепи,

R — её активное сопротивление,

X C — ёмкостное сопротивление.

При параллельном соединении напряжения на R и C элементах равны, общий ток будет векторной суммой токов каждого элемента, а фомула импеданса будет следующей:

Теоретические формулы импеданса живой ткани при параллельном и последовательном соединении её элементов от экспериментальных отличаются следующим:

При последовательной схеме соединения практические данные дают большие отклонения на низких частотах.

При параллельной схеме эти измерения показывают конечное значение Z, хотя теоретически оно должно стремиться к нулю.

Эквивалентная электрическая схема живой ткани – э то условная модель, приближенно характеризующаяживую ткань, как проводник переменного тока.

Схема позволяет судить:

Какими электрическими элементами обладает ткань

Как соединены эти элементы.

Как будут меняться свойства ткани при изменении частоты тока.

В основе схемы лежат три положения:

Внеклеточная среда и содержимое клетки есть ионные проводники с активным сопротивлением среды Rср и клетки Rк.

Клеточная мембрана есть диэлектрик, но не идеальный, а с небольшой ионной проводимостью, а, следовательно, и сопротивлением мембраны Rм.

Внеклеточная среда и содержимое клетки, разделённые мембраной, являются конденсаторами См определенной ёмкости (0,1 – 3,0 мкФ/см 2).

Если в качестве модели живой ткани взять жидкую тканевую среду – кровь, содержащую только эритроциты, то при составлении эквивалентной схемы нужно учитывать пути электрического тока.

В обход клетки, через внеклеточную среду.

Через клетку.

Путь в обход клетки представлен только сопротивлением средыRср.

Путь через клетку сопротивлением содержимого клетки Rк, а также сопротивлением и ёмкостью мембраны.Rм, См.

Если заменить электрические характеристики соответствующими обозначениями, то получим эквивалентные схемы разной степени точности:

Схема Фрике (ионная проводимость не

учитывается).

Схема Швана (ионная проводимость учитывается в виде сопротивления мембраны)

Обозначения на схеме:

Rcp — активное сопротивление клеточной среды

Rk — Сопротивление клеточного содержимого

Cm — ёмкость мембраны

Rm — сопротивление мембраны.

Анализ схемы показывает, что при увеличении частоты тока проводимость клеточных мембран увеличивается, а полное сопротивление тканевой среды уменьшается, что соответствует практически проведенным измерениям.

5. Живая ткань как проводник переменного электрического тока. Дисперсия электропроводности и её количественная оценка.

Экспериментально установлены следующие особенности живой ткани как проводника переменного ток:

1. Сопротивление живой ткани переменном току меньше, чем постоянному.

2. Электрические характеристики ткани зависят как от её вида, так и от частоты тока.

3. С увеличением частоты полное сопротивление живой ткани нелинейно уменьшается до определенного значения, а затем остаётся практически постоянным (в большинстве на частотах свыше 10 6 Гц)

4. На определенной частоте полное сопротивление зависит также от физиологического состояния (кровенаполнения), что используется на практике. Исследование периферического кровообращения на основе измерения электрического сопротивления называются реография (импедансплетизмография).

5. При умирании живой ткани её сопротивление уменьшается и от частоты не зависит.

6. При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается явление, которое называется дисперсией электропроводности.

Дисперсия электропроводности — это явление зависимости полного (удельного) сопротивления живой ткани от частоты переменного тока.

Графики такой зависимости называют дисперсионными кривыми. Дисперсионные кривые строят в прямоугольной системе координат, где по вертикали откладывают значения полного (Z) или удельного сопротивления, а по горизонтали — частоту в логарифмическом масштабе (Lg  ).

Частотные зависимости по форме кривой для разных тканей сходный, но отличается значением сопротивления.

Имеется несколько диапазонов частот, на которых дисперсия особенно выражена. Один из них соответствует интервалу 10 2 -10 6 Гц

Особенности дисперсии:

1. Присуща только живым тканям.

2. Более выражена на частотах до 1 МГц.

3. На практике используется для оценки физиологического состояния и жизнеспособности тканей.

Количественно оценка дисперсии проводиться по коэффициенту дисперсии (К).

Коэффициент дисперсии это безразмерная величина, равная отношению низкочастотного (10 2) полного (или удельного) сопротивления к высокочастотному (10 6 Гц).

Z 1 – полное сопротивление на частоте 10 2 Гц

Z 2 – полное сопротивление на частоте 10 6 Гц

 1 ,  2 — удельное сопротивление на этих частотах

Значение коэффициента дисперсии зависит от вида ткани, её физиологического состояния, эволюционной стадии развития животного. Например, для печени животного К = 9 -10 единиц, а для печени лягушки 2 -3 единицы. При умирании ткани коэффициент дисперсии стремиться к единице.

Явление дисперсии связывают с наличием в живых тканях поляризации, которая с увеличением частоты меньше влияет на полное сопротивление. Поэтому коэффициент дисперсии часто называют коэффициентом поляризации.

Кроме частотных зависимостей в живых тканях отмечаются фазовые сдвиги между током и напряжением, которые тоже, но в меньшей степени, зависят от частоты.

Фазовые сдвиги тоже уменьшаются при умирании тканей и, в перспективе, могут быть использованы для практических целей.

Похожие рефераты:

Порядок определения степени проводимости электрической цепи по закону Кирхгофа. Комплекс действующего напряжения. Векторная диаграмма данной схемы. Активные, реактивные и полные проводимости цепи. Сущность законов Кирхгофа для цепей синусоидального тока.

Изучение процессов в электрической однофазной цепи с параллельным соединением приемников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, при различном соотношении их параметров. Опытное определение условий достижения в данной цепи явления резонанса тока.

Расчет разветвленной цепи постоянного тока с одним или несколькими источниками энергии и разветвленной цепи синусоидального переменного тока. Построение векторной диаграммы по значениям токов и напряжений. Расчет трехфазной цепи переменного тока.

Вынужденными колебаниями называют такие колебания, которые вызываются действием на систему внешних сил, периодически изменяющихся с течением времени. В случае электромагнитных колебаний такой внешней силой является периодически изменяющаяся э.д.с. источника тока.

Влияние величины индуктивности катушки на электрические параметры цепи однофазного синусоидального напряжения, содержащей последовательно соединенные катушки индуктивности и конденсатор. Опытное определение условий возникновения резонанса напряжений.

Электротерапия

Электротерапия (электролечение) – применение c целью лечения и профилактики  заболеваний с помощью электрических токов, электрических и электромагнитных полей  различных параметров. 

Методы диагностики и лечения

Все это актуально при  различного  рода  болях:

• в суставах,
• в позвоночнике,
• в мышечных болях,
• при невралгиях и радикулитах.

Процедуры на аппарате BTL-vac:
Диагнозы:
— m Burger, акроцианоз, невралгия.
— m Osgood — Schalatter
— m Raynaud
— акроцианоз
— альгодистрофический синдром — нижние конечности
— анкилозирующий спондилоартрит
— артериит(верхних конечностей)
— артериит (нижних конечностей)
— артроз отечный
— ахилиодиния
— велленесс
— гемартроз
— гемотома — острая
— герпес опоясывающий лишай — невралгия
— гипотония мышц
— дисменорея
— Дюпюитрена контрактура
— Затылочная невралгия
— Комплексный региональный болевой синдром
— лимфатический стек
— люмбалгия(оль внизу спины)
— миалгия
— мочевой пузырь атонический
— невралгия
— невропатия
— недержание мочи
— острый артроз
— острый бурсит
— парастезия
— подострый тендовагинит
— послеоперационная боль
— послеоперационная гипотания мышц
— радиальный эпикандилит
— разрыв мышцы
— растяжение, контузия, затвердевание, острый, подострый
— ревматический артериит
— скалиоз
— смешанный тип недержания мочи
— сокращение мышц
— спастика
— спастическая обстипация
— стрессовое недержание мочи
— тонизация мышц «tonicum»
— тонизация мышц «phasicum»
— тригерные точки
— ургентное недержание мочи
— хронический артроз
— хронический тендовагинит
— эпикондилит (билатеральный)

1) Гальванизация (без лекарства) — противовосполительное действие, улучшающее кровообращение, снимающее спазмы
2) Электрофорез (гальванизация с лекарствами) — противовосполительное действие, улучшающее кровообращение, снимающее спазмы
3) Ампилпульс (ТЭНС)(СМТ) — без лекарства; улучшает кровообращение, снимает спазмы. При увеличении силы тока — действие стимуляции при таблетированных абортах
4) Ампилпульс (ТЭНС)(СМТ-форез) — с лекарственными припаратами. Противовоспалительное действие, аналгизирующее действие, регенерирующее действие, рассасывающее действие
5) Диадинамические токи (ДДТ — токи Бернара) — без лекарства; улучшает кровообращение, снимает спазмы. При увеличении силы тока — действие стимуляции при таблетированных абортах
6) Диадинамические токи (ДДТ — токи Бернара) — с лекарственными припаратами. Противовоспалительное действие, аналгизирующее действие, регенерирующее действие, рассасывающее действие

Ток низкой частоты

Ток низкой частоты в качестве лечебного средства применяется для раздражения тканей (электрораздражающая терапия). Также можно использовать электростимуляцию — метод воздействия на ослабленные мышцы с помощью электрического тока низкой частоты. Электростимуляция вызывает повторяющиеся непроизвольные сокращения мышц, что способствует их укреплению и препятствует развитию атрофии мышц. Показания к применению электротерапии током низкой частоты:

• Болезненные состояния чувствительных нервов, мышц и суставов (например, невралгии седалищного и лицевого нерва, боль в затылке, люмбаго, боль в плечевом суставе).
• Мышечная напряженность, мышечная слабость.
• Нарушения кровообращения в конечностях и нарушения кровообращения во внутренних органах.
• Стимуляция нервной системы и мышц.

Ток низкой частоты используется в качестве защитного средства от такого опасного заболевания, как тромбообразование, что особенно важно для лежачих или послеоперационых больных. Действие постоянного тока низкой частоты усиливается, если прокладку под электродом смачивать раствором лекарственного вещества, которое током вводится в ткани через кожу и оказывает присущее ему положительное действие на организм пациента. Преимущества такого воздействия в том, что в определенном месте получают большую концентрацию лекарства. Этот метод называется лекарственным электрофорезом. Ток низкой частоты может использоваться для т. н. электрических ванн: пациент находится в ванне с теплой водой, в которую погружены электроды.

Ток средней частоты

Электролечение током средней частоты — это интерференция двухчастотного переменного тока. Этот метод еще называется интерференционной терапией.

Во время процедуры продолжительностью 10-20 минут на тело пациента накладывают 4 электрода (для перекрестного движения тока). Прибор необходимо установить так, чтобы пациент ощущал легкое, приятное щекотание. Ток средней частоты действует несколько сильнее, чем ток низкой частоты. При его применении быстрее достигается обезболивающий эффект, кровообращение становится интенсивнее, более эффективной в этом случае бывает и резорбция. Этот метод также используется для раздражения тканей тела. Показания к применению данного метода лечения — мышечные боли, боль, вызванная дегенеративными заболеваниями позвоночника, боль в плечевом суставе, ушибы, травмы, вывихи, растяжения, а также плохо заживающие переломы костей.

Ток высокой частоты

Лечение током высокой частоты подразделяют на коротковолновую, дециметровую и микроволновую терапию.

При коротковолновой терапии (также как при использовании тока низкой частоты) по телу человека проходит электрический ток. Между тем, при использовании дециметровой и микроволновой терапии на тело пациента действует излучаемая электрическая энергия. В этом случае нет необходимости прикреплять электрод на теле пациента, достаточно на человека направить специальный излучатель. При электротерапии током высокой частоты получаемая глубинная теплота может использоваться для усиления кровообращения в глублежаших слоях тканей и внутренних органах, а также для уменьшения воспалительного процесса и расслабления.

Электрический ток высокой частоты запрещается применять пациентам с имплантантами (например, кардиостимулятором или другими металлическими предметами в их теле) во избежание электротравмы.

Аппарат BTL -5000 Puls, которым оснащена наша клиника генерирует полный спектр низко- и среднечастотных токов и их модификаций (гальванический ток, диадинамические токи, фарадические, неофарадические токи, русская стимуляция (токи Котца), стимулирующие импульсы, комбинированные импульсы, токи Leduc, спастическая стимуляция, высоковольтная терапия (HVT) и многие другие,  а также оснащен всеми необходимыми функциями, которые отражают последние достижения в электротерапии.

Что такое частота в электронике?

Как указано в ответе выше, частота является мерой повторения события. Поскольку вы задавали более одного вопроса о частоте, позвольте мне описать, что это означает в разных контекстах.

Синусоидальная волна

В этом случае частота — это число положительных (или отрицательных) пиков в сигнале за одну секунду. Синусоида является примером волн, связанных с источником питания переменного тока. Таким образом, источник переменного тока с частотой 60 Гц означает, что синусоидальная волна его напряжения повторяется 60 раз в секунду. Говорят, что сигнал постоянного тока (он не изменяется во времени) имеет частоту 0 Гц.

Синусоида намного более полезна и значима вне области питания переменного тока. На самом деле мы можем классифицировать сигналы на две части: периодические (сигналы, которые повторяют некоторую последовательность во времени) и апериодические (сигналы, которые не повторяются во времени).

Синусоида является наиболее фундаментальным периодическим сигналом. Это потому, что с ним связана только одна частота. Мы можем представить все периодические и апериодические сигналы, используя некоторую комбинацию синусоидальных волн разных частот. Периодический сигнал состоит из основной частоты и гармонических частот. Например, прямоугольная волна с частотой 100 Гц фактически означает, что она имеет основную частоту 100 Гц, а частоты гармоник (всегда целое кратное основной частоте) составляют 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц … и т. Д. Для частот, связанных с апериодическими сигналами, требуется немного больше вовлеченное обсуждение, поэтому я не буду включать это здесь.

фильтры

(Электронный) фильтр — это устройство, которое буквально «фильтрует» частоты. Например, если фильтр говорит, что это фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 1 кГц, это означает, что любая синусоидальная волна, приходящая на его вход, достигнет выхода, если и только если она имеет частоту менее 1 кГц. Таким образом, если мы пропустим прямоугольную волну 10 Гц через этот ФНЧ, на выходе мы увидим только гармоники прямоугольной волны, которые меньше 1000 Гц (100 гармоник).

Если мы не включим все (бесконечные для прямоугольной волны) гармоники (синусоиды) и сложим их вместе с синусоидальной основной частотой, мы не получим прямоугольную волну. Но, получающаяся волна была бы приближением прямоугольной волны. Таким образом, создание точной прямоугольной волны любой частоты практически невозможно.

DC-DC преобразователь

Я думаю, что это ваша основная тема вопроса, как «вещь» DC может иметь частоту. Фактически, преобразователь постоянного тока использует прямоугольную волну (по существу, переключатель, включающий и выключающий несколько раз) для преобразования одного напряжения постоянного тока (например, 5 В) в другое напряжение постоянного тока (например, 20 В). Таким образом, частота переключателя, который используется для выполнения этой функции (преобразование DC-DC), называется частотой преобразователя DC-DC.

Ширина полосы и частота

Давайте вернемся к фильтру снова. Мы только что видели, что делает LPF. Есть другой тип фильтров; фильтр высоких частот (HPF), полосовой фильтр (BPF) и многое другое. Давайте подумаем о БНФ. У BPF есть свойство, что он допускает только частоты (синусоиды), которые находятся в фиксированном диапазоне значений. BPF с частотой среза 100 Гц и 5 кГц будет пропускать только частоты в этом диапазоне. Таким образом, мы можем сказать, что «полоса пропускания» нашего фильтра равна (5000-100 = 4900 Гц. Даже ФНЧ может иметь полосу пропускания, равную самой частоте среза).

Пропускная способность — это термин, используемый в гораздо большем контексте, чем фильтры. Более общее и неясное объяснение состоит в том, насколько быстро устройство может работать (поэтому, если это устройство является фильтром, то какова верхняя граница этого фильтра, если мы не заботимся о нижней границе).

Частота в компьютерах

Я знаю, что вы не просили об этом, но это подходящее место для освещения этой темы. Что это значит, когда вы говорите, что у меня есть компьютер с тактовой частотой 3 ГГц?

Компьютер имеет процессор, который выполняет все математические и логические операции с использованием цифровых схем. Каждая операция в CPU делится на одну или несколько инструкций. Эти инструкции затем обрабатываются в несколько этапов. каждый этап обработки команд занимает некоторое время, а этап, который занимает максимальное время, определяет частоту ЦП. так что если этап ЦП, который занимает максимальное время = 1 нс (нано секунда = 0,000000001 с), то мы можем запустить этот ЦП на частоте 1 ГГц (1/1 нс). Это очень простое объяснение очень сложной концепции, поэтому она не слишком точна и отличается для разных процессоров.

Максимальная частота переменного тока. Основные параметры переменного тока

В данной статье поговорим о параметрах переменного тока. Например, всем привычная бытовая розетка является источником переменного тока и переменной ЭДС.

Изменение ЭДС и изменение тока линейной нагрузки, подключенной к такому источнику, будет происходить по синусоидальному закону. При этом переменные ЭДС, переменные напряжения и токи, можно характеризовать основными четырьмя их параметрами:

Есть и вспомогательные параметры:

угловая частота;

фаза;

мгновенное значение.

Периодом Т переменного тока называется промежуток времени, за который ток или напряжение совершает один полный цикл изменений.

Поскольку источником переменного тока является генератор, то период связан со скоростью вращения его ротора, и чем выше скорость вращения витка или ротора генератора, тем меньшим оказывается период генерируемой переменной ЭДС, и, соответственно, переменного тока нагрузки.

Период измеряется в секундах, миллисекундах, микросекундах, наносекундах, в зависимости от конкретной ситуации, в которой данный ток рассматривается. На вышеприведенном рисунке видно, как напряжение U с течением времени изменяется, имея при этом постоянный характерный период Т.

Частота f является величиной обратной периоду, и численно равна количеству периодов изменения тока или ЭДС за 1 секунду. То есть f = 1/Т. Единица измерения частоты — герц (Гц), названная в честь немецкого физика Генриха Герца, внесшего в 19 веке немалый вклад в развитие электродинамики. Чем меньше период, тем выше частота изменения ЭДС или тока.

Сегодня в России стандартной частотой переменного тока в электрических сетях является 50 Гц, то есть за 1 секунду происходит 50 колебаний сетевого напряжения.

В других областях электродинамики используются и более высокие частоты, например 20 кГц и более — в современных инверторах, и до единиц МГц в более узких сферах электродинамики. На приведенном выше рисунке видно, что за одну секунду происходит 50 полных колебаний, каждое из которых длится 0,02 секунды, и 1/0,02 = 50.

По графикам изменения синусоидального переменного тока с течением времени видно, что токи различной частоты содержат разное количество периодов на одном и том же отрезке времени.

За один период фаза синусоидальной ЭДС или синусоидального тока изменяется на 2пи радиан или на 360°, поэтому угловая частота переменного синусоидального тока равна:

Под термином «фаза» понимают стадию развития процесса, и в данном случае, применительно к переменным токам и напряжениям синусоидальной формы, фазой называют состояние переменного тока в определенный момент времени.

На рисунках можно видеть: совпадение напряжения U1 и тока I1 по фазе, напряжения U1 и U2 в противофазе, а также сдвиг по фазе между током I1 и напряжением U2. Сдвиг по фазе φ измеряется в радианах, долях периода, в градусах. Так, сдвиг по фазе между током I1 и напряжением U2 равен φ = π радиан, как и между напряжением U1 и напряжением U2.

Амплитуда Uм и Iм

Говоря о величине синусоидального переменного тока или синусоидальной переменной ЭДС, наибольшее значение ЭДС или тока называют амплитудой или амплитудным (максимальным) значением.

Наибольшее значение величины, совершающей гармонические колебания (например, максимальное значение силы тока в переменном токе, отклонение колеблющегося маятника от положения равновесия), наибольшее отклонение колеблющейся величины от некоторого значения, условно принятого за начальное нулевое.

Если речь о генераторе переменного тока, то ЭДС на его выводах дважды за период достигает амплитудного значения, первое из которых +Eм, второе -Eм, соответственно во время положительного и отрицательного полупериодов. Аналогичным образом ведет себя и ток I, и обозначается соответственно Iм.

Мгновенное значение u и i

Значение ЭДС или тока в конкретный текущий момент времени называется мгновенным значением, они обозначаются маленькими буквами u и i. Но поскольку эти значения все время меняются, то судить о переменных токах и ЭДС по ним неудобно.

Действующие значения I, E и U

Способность переменного тока к совершению какой-нибудь полезной работы, например механически вращать ротор двигателя или производить тепло на нагревательном приборе, удобно оценивать по действующим значениям ЭДС и токов.

Так, называется значение такого постоянного тока, который при прохождении по проводнику в течение одного периода рассматриваемого переменного тока, производит такую же механическую работу или такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Действующие значения напряжений, ЭДС и токов обозначают заглавными буквами I, E и U. Для синусоидального переменного тока и для синусоидального переменного напряжения действующие значения равны:

Действующее значение тока и напряжения удобно практически использовать для описания электрических сетей. Например значение в 220-240 вольт — это действующее значение напряжения в современных бытовых розетках, а амплитуда гораздо выше — от 311 до 339 вольт.

Так же и с током, например когда говорят, что по бытовому нагревательному прибору протекает ток в 8 ампер, это значит действующее значение, в то время как амплитуда составляет 11,3 ампер.

Так или иначе, механическая работа и электрическая энергия в электроустановках пропорциональны действующим значениям напряжений и токов. Значительная часть измерительных приборов показывает именно действующие значения напряжений и токов.

Переменный и его применение в медицине.

1. Переменный ток, его виды и основные характеристики.

Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).

Примечание: не оговаривается форма кривой тока, периодичность, длительность его изменения.

На практике под переменным током чаще всего подразумевают периодический переменный ток.

Физическая сущность переменного тока сводиться к колебаниям электрических зарядов в среде (проводнике или диэлектрике).

Виды тока:

Ток проводимости.

Ток смещения.

Ток проводимости – это такой ток, который обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.

Ток смещения – это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).

Ток смещения связан с изменением во времени электрического поля на границе проводник – диэлектрик и имеет особенности:

Амплитуда тока смещения и его направления совпадают по фазе с таковыми тока проводимости.

По значению он всегда равен току проводимости.

Частным случаем тока смещения является ток поляризации. Ток поляризации – это ток смещению не в вакууме, а в материальной диэлектрической среде.

Сумма токов смещения и поляризации составляет полный ток смещения.

В медицинской практике применяются следующие виды токов по форме кривой тока:

Самым простым является периодический синусоидальный ток. Он легко описывается математически и графически, форма его не искажается в электрических цепях с R, C, L элементами.

Основные характеристики переменного тока.

Период – время одного цикла изменения тока по направлению и числовому значению (T, c).

Частота – это число циклов изменения тока в единицу времени.

 =1/Т (величина обратная периоду с -1 , Гц)

Круговая частота ( , 2 /Т радиан/с)

Фаза ( ) – это величина, определяющая во времени взаимоотношение тока и напряжения в электрической цепи.

Мгновенное значение тока и напряжения — значение этих величин в данный момент времени (i, u).

Амплитудное значение тока и напряжения – это максимальное за полупериод значение этих величин (I m , U m).

Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение тока и напряжения — вычисляется как положительный квадратный корень из среднего значению квадрата напряжения или тока по формулам.

I =  I 2 cp

U =  U 2 cp

Среднее значение (U ср ) за период (постоянная составляющая) – это среднее арифметическое мгновенных значений ток или напряжения за период.

На практике среднеквадратическое значение определяется по эффективному (действующему) значению. (I cp , U cp), которое для синусоидального тока вычисляется по формулам:

I эф = I = 0,707 I m

U эф = U = 0,707 U m

В отдельных случаях медицинского применения электрического тока приходиться учитывать и другие характеристики (например, коэффициент амплитуды К а, и коэффициент формы К ф).

Для практики имеют значения следующие формулы связи характеристик:

i(u) ≤I m (U m)

I эф = I = I m / 2 =0,707 I m I m = 1,41 I эф

U эф = U= U m / 2 =0,707 U m U m = 1,41 U эф

2. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью и их особенности.

Электрическая цепь — это реальная или мыслимая совокупность физических элементов, передающих электрическую энергию от одной точки пространства к другой.

Физическими элементами электрических цепей являются проводники, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Элементы цепи являются и элементами её связи, и, кроме того, реализуют соответствующие свойства сопротивления, емкости и индуктивности.

Виды электрических цепей:

Простые цепи содержат только единичные R, C, L – элементы, а сложные имеют их в различных количествах и сочетаниях.

Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое называется активным (R), индуктивным (X l), емкостным (X c).

Особенности простых идеальных цепей.

Цепь, состоящая из генератора тока и идеального резистора, называется простой цепью с активным сопротивлением.

Условию идеальности цепи :

Активное сопротивление не равно нулю,

индуктивность и ёмкость его равны нулю.

R  0

C r = 0 ~ R

Особенности:

Нет сдвига фаз ( ) между током и напряжением.

Это значит, что ток и напряжение одновременно проходят свои максимальные (амплитудные) и нулевые значения.

На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.

Цепь с индуктивностью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального L – элемента- катушки индуктивности.

Условия идеальности цепи:

Индуктивность катушки не равна нулю

Её ёмкость и сопротивление равны нулю.

L  0

Особенности цепи:

X L =  L = 2 L

В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током: V опережает I по фазе на угол  /2

Индуктивное сопротивление не потребляет энергии, т.к. она запасается в магнитном поле катушки, а затем отдается в электрическую цепь. Поэтому индуктивное сопротивление называется кажущимся или мнимым.

Цепь с ёмкостью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального C – элемента — конденсатора.

Условия идеальности цепи:

Ёмкость конденсатора не равна нулю, а его активное сопротивление и индуктивность равны нулю. С  0, R С = 0, L C = 0.

Особенности цепи с ёмкостью:

1. Соблюдается закон Ома.

2. Ёмкость оказывает переменному току сопротивление, которое называется ёмкостным. Оно обозначается X с и уменьшается с увеличением частоты не линейно.

В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током: V отстает от I по фазе на угол  /2

Ёмкостное сопротивление не потребляет энергии, т.к. она запасается в электрическом поле конденсатора, а затем отдается в электрическую цепь. Поэтому ёмкостное сопротивление называется кажущимся или мнимым.

1. Полная цепь переменного тока и её виды. Импеданс и его формула. Особенности импеданса живой ткани.

Полная цепь переменного тока — это цепь из генератора, а также R, C, и L элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.

Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные последовательные и параллельные цепи.

Последовательная цепь — это такая цепь, где все элементы могут быть соединены последовательно, один за другим.

В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.

Особенности полной цепи:

Соблюдается закон Ома

Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.

Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее значение:

Z — импеданс последовательной цепи,

R — активное сопротивление,

X L – индуктивное и X C – ёмкостное сопротивление,

L — индуктивность катушки (генри),

C — ёмкость конденсатора (фарад).

Так как ёмкостное и индуктивное сопротивления дают для напряжения сдвиг фаз в противоположном направлении, возможен случай, когда X L = X C . При этом алгебраическая сумма модулей будет равна нулю, а импеданс – наименьшим.

Состояние, при котором в цепи переменного тока ёмкостное сопротивление равно индуктивному, называется резонансом напряжения. Частота, при которой X L = X C , называется резонансной частотой. Эту частоту  p можно определить по формуле Томсона:

1. Особенности импеданса живой ткани и её эквивалентная электрическая схема.

При пропускании тока через живую ткань, её можно рассматривать как электрическую цепь, состоящую из определенных элементов.

Экспериментально установлено, что это цепь обладает свойствами активного сопротивления и ёмкости. Это доказывается выделением тепла и уменьшением полного сопротивления ткани с возрастанием частоты. Свойств индуктивности у живой ткани практически не обнаруживается. Таким образом, живая ткань представляет собой сложную, но не полную электрическую цепь.

Импеданс живой ткани можно рассматривать как для последовательного, так и для параллельного соединения её элементов.

При последовательном соединении токи через элементы равны, общее приложенное напряжение будет векторной суммой напряжений на R и C элементах и формула импеданса последовательной цепи будет иметь вид:

Z_ — импеданс последовательной цепи,

R — её активное сопротивление,

X C — ёмкостное сопротивление.

При параллельном соединении напряжения на R и C элементах равны, общий ток будет векторной суммой токов каждого элемента, а фомула импеданса будет следующей:

Теоретические формулы импеданса живой ткани при параллельном и последовательном соединении её элементов от экспериментальных отличаются следующим:

При последовательной схеме соединения практические данные дают большие отклонения на низких частотах.

При параллельной схеме эти измерения показывают конечное значение Z, хотя теоретически оно должно стремиться к нулю.

Эквивалентная электрическая схема живой ткани – э то условная модель, приближенно характеризующаяживую ткань, как проводник переменного тока.

Схема позволяет судить:

Какими электрическими элементами обладает ткань

Как соединены эти элементы.

Как будут меняться свойства ткани при изменении частоты тока.

В основе схемы лежат три положения:

Внеклеточная среда и содержимое клетки есть ионные проводники с активным сопротивлением среды Rср и клетки Rк.

Клеточная мембрана есть диэлектрик, но не идеальный, а с небольшой ионной проводимостью, а, следовательно, и сопротивлением мембраны Rм.

Внеклеточная среда и содержимое клетки, разделённые мембраной, являются конденсаторами См определенной ёмкости (0,1 – 3,0 мкФ/см 2).

Если в качестве модели живой ткани взять жидкую тканевую среду – кровь, содержащую только эритроциты, то при составлении эквивалентной схемы нужно учитывать пути электрического тока.

В обход клетки, через внеклеточную среду.

Через клетку.

Путь в обход клетки представлен только сопротивлением средыRср.

Путь через клетку сопротивлением содержимого клетки Rк, а также сопротивлением и ёмкостью мембраны.Rм, См.

Если заменить электрические характеристики соответствующими обозначениями, то получим эквивалентные схемы разной степени точности:

Схема Фрике (ионная проводимость не

учитывается).

Схема Швана (ионная проводимость учитывается в виде сопротивления мембраны)

Обозначения на схеме:

Rcp — активное сопротивление клеточной среды

Rk — Сопротивление клеточного содержимого

Cm — ёмкость мембраны

Rm — сопротивление мембраны.

Анализ схемы показывает, что при увеличении частоты тока проводимость клеточных мембран увеличивается, а полное сопротивление тканевой среды уменьшается, что соответствует практически проведенным измерениям.

5. Живая ткань как проводник переменного электрического тока. Дисперсия электропроводности и её количественная оценка.

Экспериментально установлены следующие особенности живой ткани как проводника переменного ток:

1. Сопротивление живой ткани переменном току меньше, чем постоянному.

2. Электрические характеристики ткани зависят как от её вида, так и от частоты тока.

3. С увеличением частоты полное сопротивление живой ткани нелинейно уменьшается до определенного значения, а затем остаётся практически постоянным (в большинстве на частотах свыше 10 6 Гц)

4. На определенной частоте полное сопротивление зависит также от физиологического состояния (кровенаполнения), что используется на практике. Исследование периферического кровообращения на основе измерения электрического сопротивления называются реография (импедансплетизмография).

5. При умирании живой ткани её сопротивление уменьшается и от частоты не зависит.

6. При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается явление, которое называется дисперсией электропроводности.

Дисперсия электропроводности — это явление зависимости полного (удельного) сопротивления живой ткани от частоты переменного тока.

Графики такой зависимости называют дисперсионными кривыми. Дисперсионные кривые строят в прямоугольной системе координат, где по вертикали откладывают значения полного (Z) или удельного сопротивления, а по горизонтали — частоту в логарифмическом масштабе (Lg  ).

Частотные зависимости по форме кривой для разных тканей сходный, но отличается значением сопротивления.

Имеется несколько диапазонов частот, на которых дисперсия особенно выражена. Один из них соответствует интервалу 10 2 -10 6 Гц

Особенности дисперсии:

1. Присуща только живым тканям.

2. Более выражена на частотах до 1 МГц.

3. На практике используется для оценки физиологического состояния и жизнеспособности тканей.

Количественно оценка дисперсии проводиться по коэффициенту дисперсии (К).

Коэффициент дисперсии это безразмерная величина, равная отношению низкочастотного (10 2) полного (или удельного) сопротивления к высокочастотному (10 6 Гц).

Z 1 – полное сопротивление на частоте 10 2 Гц

Z 2 – полное сопротивление на частоте 10 6 Гц

 1 ,  2 — удельное сопротивление на этих частотах

Значение коэффициента дисперсии зависит от вида ткани, её физиологического состояния, эволюционной стадии развития животного. Например, для печени животного К = 9 -10 единиц, а для печени лягушки 2 -3 единицы. При умирании ткани коэффициент дисперсии стремиться к единице.

Явление дисперсии связывают с наличием в живых тканях поляризации, которая с увеличением частоты меньше влияет на полное сопротивление. Поэтому коэффициент дисперсии часто называют коэффициентом поляризации.

Кроме частотных зависимостей в живых тканях отмечаются фазовые сдвиги между током и напряжением, которые тоже, но в меньшей степени, зависят от частоты.

Фазовые сдвиги тоже уменьшаются при умирании тканей и, в перспективе, могут быть использованы для практических целей.

Похожие рефераты:

Порядок определения степени проводимости электрической цепи по закону Кирхгофа. Комплекс действующего напряжения. Векторная диаграмма данной схемы. Активные, реактивные и полные проводимости цепи. Сущность законов Кирхгофа для цепей синусоидального тока.

Изучение процессов в электрической однофазной цепи с параллельным соединением приемников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, при различном соотношении их параметров. Опытное определение условий достижения в данной цепи явления резонанса тока.

Расчет разветвленной цепи постоянного тока с одним или несколькими источниками энергии и разветвленной цепи синусоидального переменного тока. Построение векторной диаграммы по значениям токов и напряжений. Расчет трехфазной цепи переменного тока.

Вынужденными колебаниями называют такие колебания, которые вызываются действием на систему внешних сил, периодически изменяющихся с течением времени. В случае электромагнитных колебаний такой внешней силой является периодически изменяющаяся э.д.с. источника тока.

Влияние величины индуктивности катушки на электрические параметры цепи однофазного синусоидального напряжения, содержащей последовательно соединенные катушки индуктивности и конденсатор. Опытное определение условий возникновения резонанса напряжений.

Переменный ток , в отличие от , непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего .

Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле . Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Рисунок 1. Схема простейшего генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство действительно является источником переменной ЭДС.

Предположим, что магнит создает между своими полюсами , т. е. такое, в котором плотность магнитных силовых линий в любой части поля одинаковая. вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б .

Стороны же в и г рамки — нерабочие, так как при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, следовательно, не участвуют в создании ЭДС.

В любой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, противоположна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом нетрудно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки .

Для этого надо ладонь правой руки расположить так, чтобы она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в которой мы хотим определить направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке. При этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС изменяется в ней на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Действительно, в то время, когда рамка подходит к своему вертикальному положению и проходит его, скорость пересечения силовых линий сторонами рамки бывает наибольшей, и в рамке индуктируется наибольшая ЭДС. В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким образом, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, периодически изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для создания тока во внешней цепи.

Графическое изображение постоянного и переменного токов

Графический метод дает возможность наглядно представить процесс изменения той или иной переменной величины в зависимости от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся с течением времени, начинают с построения двух взаимно перпендикулярных линий, называемых осями графика. Затем на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в некотором масштабе, — значения той величины, график которой собираются построить (ЭДС, напряжения или тока).

На рис. 2 графически изображены постоянный и переменный токи . В данном случае мы откладываем значения тока, причем вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываются значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принято называть отрицательным.

Рисунок 2. Графическое изображение постоянного и переменного тока

Сама точка О служит одновременно началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точке соответствует нулевое значение тока и тот начальный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в дальнейшем будет изменяться ток.

Убедимся в правильности построенного на рис. 2, а графика постоянного тока величиной 50 мА.

Так как этот ток постоянный, т. е. не меняющий с течением времени своей величины и направления, то различным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е. 50 мА. Следовательно, в момент времени, равный нулю, т. е. в начальный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси вверх отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы обязаны сделать и для следующего момента времени, соответствующего точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально вверх отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка определит нам вторую точку графика.

Проделав подобное построение для нескольких последующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением постоянного тока величиной 50 мА.

Перейдем теперь к изучению графика переменной ЭДС . На рис. 3 в верхней части показана рамка, вращающаяся в магнитном поле, а внизу дано графическое изображение возникающей переменной ЭДС.

Рисунок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем равномерно вращать рамку по часовой стрелке и проследим за ходом изменения в ней ЭДС, приняв за начальный момент горизонтальное положение рамки.

В этот начальный момент ЭДС будет равна нулю, так как стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответствующее моменту t = 0, изобразится точкой 1 .

При дальнейшем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до тех пор, пока рамка не достигнет своего вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся вверх кривой, которая достигает своей вершины (точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и упадет до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Следовательно, за время, соответствующее половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до наибольшей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При дальнейшем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет постепенно возрастать по величине, однако направление ее уже изменится на обратное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и располагается теперь ниже этой оси. ЭДС возрастает опять-таки до тех пор, пока рамка не займет вертикальное положение.

Затем начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка вернется в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот. На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в обратном направлении своей вершины (точка 4), встретится затем с осью времени (точка 5)

На этом заканчивается один цикл изменения ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается второй цикл, в точности повторяющий первый, за которым, в свою очередь, последует третий, а потом четвертый, и так до тех пор, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким образом, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл своего изменения.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Полученная нами волнообразная кривая называется синусоидой , а ток, ЭДС или напряжение, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными .

Сама кривая названа синусоидой потому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, называемой синусом.

Синусоидальный характер изменения тока — самый распространенный в электротехнике, поэтому, говоря о переменном токе, в большинстве случаев имеют в виду синусоидальный ток.

Для сравнения различных переменных токов (ЭДС и напряжений) существуют величины, характеризующие тот или иной ток. Они называются параметрами переменного тока .

Период, амплитуда и частота — параметры переменного тока

Переменный ток характеризуется двумя параметрами — периодом и амплитудо й, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и построить график тока.

Рисунок 4. Кривая синусоидального тока

Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменения тока, называется периодом.

Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Промежуток времени, на протяжении которого совершается половина полного цикла изменения тока, называется полупериодом. Следовательно, период изменения тока (ЭДС или напряжения) состоит из двух полупериодов. Совершенно очевидно, что все периоды одного и того же переменного тока равны между собой.

Как видно из графика, в течение одного периода своего изменения ток достигает дважды максимального значения.

Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — общепринятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы прежде всего обратили внимание на , однако, как это видно из графика, существует бесчисленное множество промежуточных его значений, меньших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответствующее любому выбранному моменту времени, называется его мгновенным значением.

i , е и u — общепринятые обозначения мгновенных значений тока, ЭДС и напряжения.

Мгновенное значение тока, как и амплитудное его значение, легко определить с помощью графика. Для этого из любой точки на горизонтальной оси, соответствующей интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки пересечения с кривой тока; полученный отрезок вертикальной прямой определит значение тока в данный момент, т. е. мгновенное его значение.

Очевидно, что мгновенное значение тока по истечении времени Т/2 от начальной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени — T/4 его амплитудному значению. Ток также достигает своего амплитудного значения; но уже в обратном на правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график показывает, как с течением времени меняется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При этом значение тока в данный момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в любой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, называется частотой переменного тока и обозначается латинской буквой f .

Чтобы определить частоту переменного тока, т. е. узнать, сколько периодов своего изменения ток совершил в течение 1 секунды , необходимо 1 секунду разделить на время одного периода f = 1/T . Зная частоту переменного тока, можно определить период: T = 1/f

Измеряется единицей, называемой герцем.

Если мы имеем переменный ток , частота изменения которого равна 1 герцу, то период такого тока будет равен 1 секунде. И, наоборот, если период изменения тока равен 1 секунде, то частота такого тока равна 1 герцу.

Итак, мы определили параметры переменного тока — период, амплитуду и частоту , — которые позволяют отличать друг от друга различные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это необходимо, их графики.

При определении сопротивления различных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так называемую угловую или круговую частоту .

Круговая частота обозначается буквой ω и связана с частотой f соотношениемω = 2π f

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы видели, что за время одного полного оборота рамки происходит полный цикл изменения ЭДС. Иначе говоря, для того чтобы рамке сделать один оборот, т. е. повернуться на 360°, необходимо время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота. Следовательно, 360°/T есть угол, на который поворачивается ра мка в 1 секунду, и выражает собой скор ость вращения рамки, которую принято называть угловой или круговой скоростью.

Но так как период Т связан с частотой f соотношением f=1/T, то и круговая скорость может быть выражена через частоту и будет равна ω = 360°f.

Итак, мы пришли к выводу, что ω = 360°f. Однако для удобства пользования круговой частотой при всевозможных расчетах угол 360°, соответствующий одному обороту, заменяют его радиальным выражением, равным 2π радиан, где π =3,14. Таким образом, окончательно получим ω = 2π f. Следовательно, чтобы определить круговую частоту переменного тока (), надо частоту в герцах умножить на постоянное число 6,28.

двигатель — зависимость между частотой и током

2-й вопрос: Куда он девается?

Энергия, отправляемая в катушки индуктивности (и конденсаторы!), Временно сохраняется. Затем он течет обратно, возвращаясь к источнику питания. Во время 1/2 цикла переменного тока в идеале вся энергия возвращается, а катушка или конденсатор потребляют ноль.

Итак, если мы подключим катушку индуктивности к батарее, ток катушки возрастет, и энергия будет накапливаться в магнитном поле. Затем мы внезапно меняем местами соединения катушек.Это меняет направление тока, которое затем плавно падает до нуля. Магнитное поле схлопывается, и энергия течет обратно по цепи, чтобы «перезарядить» батарею. Наконец, как только ток упадет до нуля, отсоедините аккумулятор. Это симуляция одного полупериода переменного тока. В идеале вся энергия, которая шла в индуктор, теперь текла обратно и снова возвращалась в батарею.

Реальный переменный ток: подключите идеальную индуктивность с нулевым сопротивлением к генератору переменного тока, и генератор отправит энергию на индуктор, а затем снова всасывает ее обратно, дважды за цикл.(Это дважды за цикл, потому что энергия отправляется и обратно во время положительной фазы, а также отправляется и обратно во время отрицательной фазы.)

Практические эффекты: катушка и соединительные провода нагреваются из-за своего сопротивления. Мы получили бы 100% возвращаемой энергии, только если бы катушка и провода были сверхпроводящими. Настоящие катушки также действуют как резисторы, как электрические нагреватели. Кроме того, ваш ротор динамо-машины переменного тока будет вибрировать с частотой 120 Гц при попытке привести в действие большую катушку индуктивности. Дважды за цикл генератор видит нагрузку, большой ток, затем видит «антинагрузку» от обратного тока, и его вал получает толчок вперед от возвращаемой энергии.Средний поток энергии равен нулю, но между динамо-машиной и удаленной катушкой индуктивности «колеблется» значительная часть энергии.

Чтобы устранить этот эффект, добавьте к катушке индуктивности «настроечный конденсатор» и отрегулируйте его значение для резонанса при 60 Гц, 400 Гц, какой бы ни была частота вашей системы переменного тока. Теперь «всплеск энергии» происходит только между катушкой индуктивности и конденсатором, в то время как динамо-машина видит постоянную нагрузку переменного тока.

переменного тока — Ток с частотой менее 1 Гц по-прежнему считается постоянным током?

Как уже отмечали другие, вы можете иметь переменный ток любой низкой частоты.

Я думаю, что стоит добавить, однако, что на таких низких частотах в основном не будет действовать так, как большинство из нас обычно думает о действии переменного тока.

В качестве очевидного примера, вы обычно можете думать о конденсаторе как о пропускании переменного тока через него, но как о останавливающем постоянном токе. На очень низких частотах, о которых вы думаете, вы, вероятно, не увидите значительного протекания тока, даже если технически это переменный ток.

В частности, конденсатор в основном действует как (очень мягкий) фильтр верхних частот.Чтобы хорошо передать такую ​​низкую частоту, вам понадобится невероятно большой конденсатор . Безусловно, наиболее распространенным типом больших конденсаторов является электролитический конденсатор. Электролитический конденсатор немного похож на специализированную батарею, то есть часть его работы является химической, а не чисто электрической. Как и батареи, электролитические конденсаторы со временем могут саморазрядиться. Я никогда не тестировал, чтобы определить точную скорость саморазряда, но меня бы не сильно удивило, если бы саморазряд быстрее , чем (например) 0.Его заряжал сигнал с частотой 01 Гц — если это так, в конечном итоге конденсатор никогда не заряжается, и он будет действовать так, как если бы его вообще не было. ¹

Суть в том, что большинство цепей переменного тока рассчитаны на гораздо более высокие частоты, поэтому, даже если нет резкого среза, ниже которого сигнал больше не является переменным током, некоторые типичные представления о конструкции цепей переменного тока могут легко начать разваливаться. когда вы достигнете таких … подземных частот.

Для справки, самая низкая частота переменного тока в действительно распространенном / широком использовании, вероятно, находится в аудиосхемах.Хотя (опять же) это не резкая отсечка, типичное значение, используемое в качестве нижнего предела звукового диапазона, составляет 20 Гц.

Была проделана некоторая работа в области радиосвязи с экстремально низкими частотами, но самая низкая частота, о которой я знаю, была около 50 Гц или около того. Для сигнала 1 Гц полуволновая дипольная антенна будет значительно больше, чем планета Земля.

---

^{1. Честно говоря, большинство электролитических конденсаторов поляризованы, поэтому вы обычно используете их для таких вещей, как фильтры в источниках питания постоянного тока.Здесь я предполагаю (по общему признанию, менее распространенный) неполяризованный электролитический конденсатор.}

Коммунальная частота | Определение и значение

Определение

Хорошо известно, что бытовой переменный ток (AC) в Германии и Европе имеет частоту 50 Гц (Гц), в то время как в других частях мира используется частота 60 Гц. Менее известно то, что эта частота электросети (также известная как частота сети или частота сети) также предоставляет информацию о соотношении выработки электроэнергии к потреблению электроэнергии в энергосистеме.Если частота падает слишком низко, в сети недостаточно электроэнергии; если частота увеличивается слишком сильно, в сети слишком много электроэнергии. Интеллектуальный механизм спроса и предложения и функциональная система вспомогательных услуг для компенсации отклонения частоты необходимы для поддержания стабильной частоты сети 50 или 60 Гц.

50 Гц против 60 Гц

Во всем мире в большинстве регионов, где используется переменный ток, номинальная частота электросети составляет 50 или 60 Гц.Эта разница в основном связана с историческими и может быть прослежена до самых истоков электрификации. В то время технические и логистические факторы означали, что частота 60 Гц была наиболее подходящей для Соединенных Штатов. В Германии эталонное значение 50 Гц восходит к основателю AEG Эмилю Ратенау. Начиная с Берлина, номинал расширился и постепенно стал эталоном. Даже в 1940-х разные частоты — иногда внутри страны — не были редкостью. Сегодня в большинстве стран используется коммунальная частота 50 Гц, но полное глобальное преобразование на 50 или 60 Гц в настоящее время не является жизнеспособным экономическим вариантом.В Японии, Саудовской Аравии и Южной Корее есть еще более сложные сценарии, в которых используются обе частоты сети.

• Антигуа и Барбуда
• Аруба
• Багамы
• Белиз
• Бермуды
• Бразилия
• Канада
• Каймановы острова
• Колумбия
• Коста-Рика
• Куба
• Кюрасао
• Доминиканская Республика
• Эквадор
• Сальвадор
• Гуам
• Гватемала
• Гайана
• Гаити
• Гондурас
• Либерия
• Мексика
• Никарагуа
• Панама
• Филиппины
• Пуэрто-Рико
• г.Китс и Невис
• Тайвань
• Тринидад и Тобаго
• США
• Венесуэла

• Афганистан
• Албания
• Алжир
• Андорра
• Ангола
• Ангилья
• Аргентина
• Армения
• Австралия
• Австрия
• Азербайджан
• Бахрейн
• Бангладеш
• Барбадос
• Беларусь
• Бельгия
• Бенин
• Бутан
• Боливия
• Bonaire
• Босния и Герцеговина
• Ботсвана
• Болгария
• Буркина-Фасо
• Бурунди
• Cabo Verde
• Камбоджа
• Камерун
• Центральноафриканская Республика
• Чад
• Чили
• Китай
• Коморские острова
• Конго
• Кот-д’Ивуар
• Хорватия
• Кипарис
• Чешская Республика
• Дания
• Джибути
• Доминика
• Египет
• Англия
• Эритрея
• Эстония
• Эфиопия
• Фарерские острова
• Фиджи
• Финляндия
• Франция
• Габон
• Гамбия
• Грузия
• Германия
• Гана
• Греция
• Гренландия
• Гренада
• Гваделупа
• Гвинея
• Гонконг
• Венгрия
• Индия
• Индонезия
• Иран
• Ирак
• Ирландия
• Исландия
• Израиль
• Италия
• Ямайка
• Иордания
• Казахстан
• Кения
• Кувейт
• Киргизия
• Лаос
• Латвия
• Ливан
• Лесото
• Ливия
• Лихтенштейн
• Литва
• Люксембург
• Макао
• Македония
• Мадагаскар
• Малави
• Малайзия
• Мали
• Мальта
• Мартиника
• Mauretania
• Маврикий
• Молдова
• Монако
• Монголия
• Черногория
• Марокко
• Мозамбик
• Мьянма
• Намибия
• Непал
• Нидерланды
• Новая Зеландия
• Нигер
• Нигерия
• Норвегия
• Оман
• Пакистан
• Папуа-Новая Гвинея
• Парагвай
• Польша
• Португалия
• Катар
• Румыния
• Руанда
• Россия
• Самоа
• Шотландия
• Сенегал
• Сербия
• Сейшелы
• Сьерра-Леоне
• Сингапур
• Словакия
• Словения
• Соломоновы Острова
• Сомали
• Южная Африка
• Испания
• Шри-Ланка
• г.Люсия
• Сент-Винсент и Гренадины
• Судан
• Свазиленд
• Швеция
• Швейцария
• Сирия
• Таджикистан
• Танзания
• Таиланд
• Тунис
• Турция
• Туркменистан
• Объединенные Арабские Эмираты
• Уганда
• Украина
• Уругвай
• Узбекистан
• Вьетнам
• Уэльс
• Йемен
• Замбия
• Зимбабве

Что происходит с технической точки зрения? Основы работы переменного тока

Как следует из названия, переменный ток непрерывно меняет свою полярность .Это достигается за счет создания силы напряжения между двумя противоположно заряженными полюсами. Заряженные частицы приводятся в движение между полюсами для протекания тока. Это электрическое напряжение; это основное требование, чтобы электричество вообще протекало. Большая разница между заряженными полюсами приводит к более высокому электрическому напряжению, которое измеряется в вольтах (В). Чем выше напряжение, тем выше электрическая мощность . Применяется следующая формула:

P (электрическая мощность) = V (электрическое напряжение) * A (электрический ток)

Тесно взаимосвязанная сеть, работающая от переменного напряжения, требует постоянной частоты, которая в значительной степени постоянна во времени.Частота обозначает, как часто полярность меняется между двумя точками.

Практическое использование служебной частоты: сигнал времени для радиочасов

Взаимосвязанная европейская сеть теперь испытывает лишь незначительные отклонения от номинального значения в 50 Гц. Однако совсем недавно, в 80-х годах прошлого века, в бывшей Германской Демократической Республике не было ничего необычного в том, что частота энергопотребления падала на один или два герца в дни с низким уровнем выработки электроэнергии. Даже сегодня небольшие отклонения частоты электросети имеют очень практические последствия: Частота электросети используется в качестве сигнала времени для простых электронных устройств , таких как радиочасы.Весной 2018 года падение частоты электросети по всей Европе привело к многочисленным задержкам в школах и офисах, поскольку низкая частота электросети заставила радиочасы работать медленнее и позже подавать сигналы будильника.
Однако, согласно пресс-релизу Ассоциации операторов передающих систем ENTSOE-E , эти отклонения частоты в энергосистеме были вызваны не конкретными физическими или техническими проблемами в электросети, а политическим спором между Сербией и Автономной Республикой. Косово.В настоящее время 113 ГВтч неподключенной электроэнергии остаются некомпенсированными. Согласно пресс-релизу ENTSOE-E, решение о политической компенсации все еще не принято.

Расчет частоты электросети

Частота сети, указанная в герцах, рассчитывается на основе изменений полярности в секунду, которые выражаются в волнах напряжения. При частоте сети 50 Гц в секунду возникает всего 50 волн напряжения, при этом полярность напряжения меняется 100 раз.
Поскольку хранить электроэнергию в сети сложно, необходимо соблюдать баланс между производством и потреблением, чтобы источник питания функционировал должным образом. Если частота электросети отклоняется от номинального значения, это является результатом избытка или дефицита электроэнергии. Это делает частоту сети эталонным значением для доступной мощности в данный момент.
В европейской энергосистеме возможны лишь незначительные отклонения от номинального значения 50 Гц, то есть вмешательство сетевых операторов происходит с уменьшающейся частотой.Тем не менее, вспомогательные службы постоянно готовы уравновесить любые возможные несоответствия. Расширенное использование возобновляемых источников энергии теоретически может привести к большим колебаниям частоты, но, как показали прошлые годы, это не обязательно влияет на стабильность сети (как указано в индексе SAIDI).

О

Виртуальная электростанция для перехода к устойчивой энергетике.

Наша компания

Новостная рассылка

Получайте последние новости от нашего вице-президента и энергетической отрасли.

Подписывайся

Частота питания насоса и переменный ток (AC)

Краткий обзор частоты и переменного тока

Частота определяется как количество гребней волны, которые проходят через заданную точку за определенный промежуток времени.Наиболее распространенная единица измерения частоты — герц (Гц), что означает один цикл в секунду. Как правило, вся мощность, подаваемая в дома и предприятия в Соединенных Штатах, составляет 60 Гц. Помимо 60 Гц, почти вся мощность, подаваемая в дома и предприятия, имеет форму переменного тока (переменного тока).

Электропитание переменного тока — это форма электрического тока, который меняет направление на противоположное в течение определенного интервала. Стандартная форма сигнала для большинства цепей переменного тока представляет собой синусоидальную волну, амплитуда которой является функцией величины тока, проходящего через цепь (рисунок 1).Расстояние между двумя идентичными точками на синусоиде, например, двумя гребнями или двумя впадинами, называется длиной волны. Длина волны зависит от рабочей частоты, а не от проходящего тока. Время между двумя идентичными точками на синусоиде называется периодом, и при частоте 60 Гц (60 циклов в секунду) будет период приблизительно 16,6 миллисекунды, как показано на диаграмме.

Рис. 1. Простая синусоида с длиной волны 2π, периодом 16,667 мс и максимальной амплитудой 1.0. Начиная с начала координат, узел будет через каждые 180 ° или 1π

50 Гц по сравнению с 60 Гц

Довольно распространенной ошибкой является покупка двигателя, предназначенного для работы на частоте 50 Гц или 60 Гц, когда эта частота недоступна. Эта ошибка обычно возникает, когда двигатели приобретаются в странах, которые работают на разных стандартных частотах.

Работа двигателя с частотой 50 Гц и частотой 60 Гц приведет к тому, что двигатель будет вращаться выше стандартных оборотов, что в большинстве случаев приведет к повышению температуры двигателя и потенциально опасным моментам.Температуры выше расчетных сокращают срок службы подшипников и часто приводят к преждевременному выходу из строя. Работа двигателя с частотой 60 Гц и частотой 50 Гц приведет к тому, что двигатель будет вращаться с более низкой частотой вращения, чем предусмотрено. Более низкие обороты напрямую повлияют на производительность вашего насоса, но не могут повредить двигатель. Двухчастотные двигатели производятся и доступны для многих применений. При использовании двухчастотного двигателя специалист по запуску должен правильно подключить двигатель, чтобы избежать работы на неправильной частоте.

Таким образом, частота является предопределенным фактором при работе с мощностью питания и двигателями.Базовое понимание свойств частоты поможет понять приводы с регулируемой частотой (VFD), проблемы с частотой двигателя, а также фазу питания и напряжение.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашим сообщением «Выбор конфигурации насоса: однофазное или трехфазное питание».

О частотном пределе и фазе подвижности наружных волосковых клеток: эффекты мембранного фильтра

Для изучения электрофизиологических и механических свойств наружной волосковой клетки морской свинки (НВК) были использованы методы фиксации напряжения всей ячейки и фотодиода для измерения смещения.OHC демонстрируют функцию напряжения-механического отклика (V-M), которая может быть описана соотношением Больцмана с двумя состояниями, когда клетка обычно находится около области гиперполяризационного насыщения (от -70 до -90 мВ). Напряжение при половинном изменении длины (Vh) деполяризовано относительно потенциала покоя, и это гарантирует, что для симметричной синусоидальной стимуляции напряжения относительно потенциала покоя будут генерироваться механические отклики переменного и постоянного тока. Анализ подвижности OHC с использованием всплесков напряжения чистого тона от 11 до 3200 Гц демонстрирует механические реакции как переменного, так и постоянного тока.Используя частотно-зависимое разделение фаз между током и напряжением, которое характерно для системы с доминированием RC при ограничении напряжения, продемонстрировано, что подвижность OHC следует фазе трансмембранного напряжения переменного тока, а не фазе тока. Для стимуляции напряжением по частотам в акустическом диапазоне частота отсечки подвижности соответствует частоте отсечки наложенного трансмембранного напряжения. Частотные отсечки, приближающиеся к 1 кГц, были измерены, но постоянная времени фиксации ограничена.Эти наблюдения согласуются с гипотезой зависимости подвижности OHC от напряжения. Вдобавок показано, что постоянная составляющая механического отклика не зависит от частоты, но ее величина непропорционально уменьшается по сравнению с составляющей переменного тока по мере уменьшения величины управляющего напряжения. Это предсказывается из формы функции V-M, нелинейность по постоянному току, зависящая от уровня, является следствием смещения потенциала покоя с Vh. В результате механическое соотношение постоянного и переменного тока приближается к нулю при малых напряжениях переменного тока.Взятые вместе, эти результаты ставят под сомнение способность механического ответа OHC влиять на орган микромеханики Корти на высоких акустических частотах, где предполагается настроенное усиление движения базилярной мембраны.

Гармоники и частота гармоник в цепях переменного тока

В цепи переменного тока сопротивление ведет себя точно так же, как и в цепи постоянного тока. То есть ток, протекающий через сопротивление, пропорционален напряжению на нем.Это связано с тем, что резистор является линейным устройством, и если приложенное к нему напряжение является синусоидальной волной, ток, протекающий через него, также является синусоидальной волной, поэтому разность фаз между двумя синусоидами равна нулю.

Обычно при работе с переменными напряжениями и токами в электрических цепях предполагается, что они имеют чистую синусоидальную форму и присутствует только одно значение частоты, называемое «основной частотой», но это не всегда так.

В электрическом или электронном устройстве или схеме, вольт-амперная характеристика которой не является линейной, то есть ток, протекающий через нее, не пропорционален приложенному напряжению.Чередующиеся формы сигналов, связанные с устройством, будут в большей или меньшей степени отличаться от сигналов идеальной синусоидальной формы. Эти типы сигналов обычно называют несинусоидальными или сложными сигналами.

Сложные формы сигналов генерируются обычными электрическими устройствами, такими как индукторы с железным сердечником, переключающие трансформаторы, электронные балласты в люминесцентных лампах и другие такие сильно индуктивные нагрузки, а также формы выходного напряжения и тока генераторов переменного тока, генераторов и других подобных электрических машин.В результате форма волны тока может не быть синусоидальной, даже если форма волны напряжения синусоидальна.

Также большинство электронных схем переключения источников питания, таких как выпрямители, кремниевые выпрямители (SCR), силовые транзисторы, преобразователи мощности и другие подобные твердотельные переключатели, которые отсекают и прерывают синусоидальную форму волны источников питания для управления мощностью двигателя или для преобразования синусоидального переменного тока. подача на постоянный ток. Эти схемы переключения имеют тенденцию потреблять ток только при пиковых значениях источника переменного тока, и, поскольку форма волны тока переключения не является синусоидальной, результирующий ток нагрузки, как говорят, содержит гармоники .

Несинусоидальные сложные формы сигналов создаются путем «сложения» серии синусоидальных частот, известных как «гармоники». Гармоники — это обобщенный термин, используемый для описания искажения синусоидальной формы волны сигналами разных частот.

Затем, независимо от формы, сложный сигнал может быть математически разделен на отдельные компоненты, называемые основной частотой и рядом «гармонических частот». Но что мы подразумеваем под «основной частотой»?

Основная частота

A Основная форма волны (или первая гармоника) — это синусоидальная форма волны, имеющая частоту питания. Основная частота — это самая низкая или базовая частота, ƒ на которой построена комплексная форма волны, и поэтому периодическое время Τ результирующей сложной формы волны будет равно периодическому времени основной частоты.

Давайте рассмотрим основную форму волны переменного тока основной гармоники или 1-й гармоники, как показано на рисунке.

Где: V _max — пиковое значение в вольтах, а ƒ — частота формы волны в герцах (Гц).

Мы можем видеть, что синусоидальная форма волны представляет собой переменное напряжение (или ток), которое изменяется как синусоидальная функция угла, 2πƒ. Частота осциллограмм ƒ определяется количеством циклов в секунду. В Соединенном Королевстве эта основная частота установлена ​​на 50 Гц, а в Соединенных Штатах — 60 Гц.

Гармоники — это напряжения или токи, которые действуют на частоте, которая является целым (целым) кратным основной частоты. Таким образом, учитывая основную форму волны 50 Гц, это означает, что частота 2-й гармоники будет 100 Гц (2 x 50 Гц), 3-я гармоника будет 150 Гц (3 x 50 Гц), пятая — 250 Гц, 7-я — 350 Гц и так далее.Аналогично, для основной формы волны 60 Гц частоты 2-й, 3-й, 4-й и 5-й гармоник будут составлять 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц и 300 Гц соответственно.

Другими словами, мы можем сказать, что «гармоники» кратны основной частоте и поэтому могут быть выражены как: 2ƒ, 3ƒ, 4ƒ и т. Д., Как показано.

Сложные формы сигналов из-за гармоник

Обратите внимание, что красные формы сигналов выше — это фактические формы сигналов, видимые нагрузкой из-за того, что гармонические составляющие добавляются к основной частоте.

Основной сигнал также может называться 1 ^st гармоническим сигналом. Следовательно, вторая гармоника имеет частоту в два раза больше основной, третья гармоника имеет частоту в три раза больше основной, а четвертая гармоника имеет частоту в четыре раза больше основной, как показано в левом столбце.

В правом столбце показана сложная форма волны, сгенерированная в результате эффекта между добавлением основной формы волны и гармонических сигналов на разных гармонических частотах.Обратите внимание, что форма результирующего сложного сигнала будет зависеть не только от количества и амплитуды присутствующих гармонических частот, но также от фазового соотношения между основной или базовой частотой и отдельными гармоническими частотами.

Мы видим, что сложная волна состоит из основной формы волны и гармоник, каждая из которых имеет собственное пиковое значение и фазовый угол. Например, если основная частота задана как; E = V _max (2πƒt), значения гармоник будут представлены как:

Для второй гармоники:

E ₂ = V _{2 (макс)} (2 * 2πƒt) = V _{2 (макс)} (4πƒt), = V _{2 (макс)} (2ωt)

Для третьей гармоники:

E ₃ = V _{3 (макс)} (3 * 2πƒt) = V _{3 (макс)} (6πƒt), = V _{3 (макс)} (3ωt)

Для четвертой гармоники:

E ₄ = V _{4 (макс)} (4 * 2πƒt) = V _{4 (макс)} (8πƒt), = V _{4 (макс)} (4ωt)

и так далее.

Тогда уравнение для значения сложной формы сигнала будет:

Гармоники

обычно классифицируются по названию и частоте, например, гармоника 2 ^nd основной частоты на 100 Гц, а также по их последовательности. Гармоническая последовательность относится к вращению вектора гармонических напряжений и токов относительно основной формы волны в сбалансированной 3-фазной 4-проводной системе.

Гармоника прямой последовательности (4-я, 7-я, 10-я,…) будет вращаться в том же направлении (вперед), что и основная частота.Гармоника обратной последовательности (2-я, 5-я, 8-я,…) вращается в направлении, противоположном (обратном) основной частоте.

Как правило, гармоники прямой последовательности нежелательны, поскольку они вызывают перегрев проводников, линий электропередач и трансформаторов из-за сложения форм сигналов.

Гармоники обратной последовательности, с другой стороны, циркулируют между фазами, создавая дополнительные проблемы с двигателями, поскольку вращение противоположного вектора ослабляет вращающееся магнитное поле, требуемое двигателями, и особенно асинхронными двигателями, заставляя их производить меньший механический крутящий момент.

Другой набор специальных гармоник, называемых «тройками» (кратными трем), имеет нулевую последовательность вращения. Триплены кратны третьей гармонике (3-я, 6-я, 9-я,…) и т. Д., Отсюда и их название, и поэтому они смещены на ноль градусов. Гармоники нулевой последовательности циркулируют между фазой и нейтралью или землей.

В отличие от гармонических токов прямой и обратной последовательности, которые компенсируют друг друга, гармоники третьего порядка или тройные гармоники не компенсируются. Вместо этого сложите арифметически в общем нейтральном проводе, на который действуют токи всех трех фаз.

В результате амплитуда тока в нейтральном проводе из-за этих тройных гармоник может в 3 раза превышать амплитуду фазного тока на основной частоте, что приводит к снижению его эффективности и перегреву.

Тогда мы можем суммировать эффекты последовательности как кратные основной частоты 50 Гц как:

Гармоническая последовательность

Имя	Фонд.	2-я	3-я	4-я	5-я	6-й	7-я	8-й	9-я
Частота, Гц	50	100	150	200	250	300	350	400	450
Последовательность	+	–	0	+	–	0	+	–	0

Обратите внимание, что та же гармоническая последовательность также применяется к сигналам основной частоты 60 Гц.

Последовательность	Вращение	Гармонический эффект
+	Вперед	Чрезмерное нагревание
–	Реверс	Проблемы с крутящим моментом двигателя
0	Нет	Добавляет напряжения и / или токи в нейтральный провод, вызывая нагрев

Сводка гармоник

Гармоники — это сигналы с более высокой частотой, наложенные на основную частоту, то есть частоту цепи, и которых достаточно для искажения формы волны.Величина искажения, применяемого к основной волне, будет полностью зависеть от типа, количества и формы присутствующих гармоник.

Гармоники присутствовали в достаточном количестве только за последние несколько десятилетий с момента появления электронных приводов для двигателей, вентиляторов и насосов, схем переключения источников питания, таких как выпрямители, преобразователи мощности и тиристорные контроллеры мощности, а также большинства нелинейных электронных фаз. контролируемые нагрузки и высокочастотные (энергосберегающие) люминесцентные лампы.Это происходит главным образом из-за того, что управляемый ток, потребляемый нагрузкой, не точно следует синусоидальным формам волны питания, как в случае выпрямителей или схем переключения силовых полупроводников.

Гармоники в системе распределения электроэнергии в сочетании с основной частотой (50 Гц или 60 Гц) создают искажение формы волны напряжения и / или тока. Это искажение создает сложную форму волны, состоящую из ряда гармонических частот, которые могут отрицательно сказаться на электрическом оборудовании и линиях электропередач.

Степень искажения формы сигнала, придающего сложной форме сигнала его отличительную форму, напрямую связана с частотами и величинами наиболее доминирующих гармонических составляющих, гармоническая частота которых кратна (целым числам) основной частоты. Наиболее доминирующими гармоническими составляющими являются гармоники низкого порядка от 2 ^nd до 19 ^th , причем тройные являются наихудшими.

Точность и стабильность частоты сети 50 Гц

Точность и стабильность частоты сети 50 Гц

Обновление об аномалии от февраля 2018 г. здесь.

В большинстве стран используется переменный ток (переменный ток). 50 (например, Европа) или 60 (например, Америка) Гц. Многие электрические и электронные часы используют это не только для питания, но и для также как эталонная частота для отслеживания времени. Эти 50 или 60 Гц не совсем стабильны из-за постоянно меняющихся нагрузка электросети и реакция генератора на изменение нагрузки. Однако говорят, что в более долгосрочной перспективе (например, день или неделя) средняя частота поддерживается очень близкой к 50 или 60 Гц, именно потому, что их используют часы.Я сделал несколько измерений на частоте сети 50 Гц у себя дома. в Энсхеде (Нидерланды) результаты из которых представлены ниже.

Девиация фазы и частоты

На следующем графике красная линия, указывает на наблюдаемую фазовую ошибку (которая является ошибкой, синхронизированной с сетью). часов), в течение 69 дней с 13 августа по 21 октября 2005 г. Зеленая и голубая линии указывают частоту за тот же период.

Очевидно, что суточные колебания в фазе обычно составляют около 5 секунд, но случаются и более крупные вариации, в общей сложности около 60 секунд. в период измерения.Я где-то читал, что энергокомпании гарантируют, что количество циклов в одном весь день всегда правильный, но здесь, очевидно, не так.

Частота до сих пор редко отклонялась более чем на 0,2% от 50 Гц, т. Е. это почти всегда было между 49,9 и 50,1 Гц.

Устойчивость

Стабильность периодического сигнала можно охарактеризовать его так называемым отклонение Аллана (что является квадратным корнем из отклонения Аллана ).Это отклонение связано с заданным временем усреднения, которое следует интерпретировать как продолжительность измерения; грубо говоря, если отклонение Аллана при длительности усреднения 10 секунд 10 ^-4 , это означает, что если вы измеряете частоту в течение 10 секунд и еще раз в течение следующих 10 секунд эти измерения будут отличаться в среднем на 0,01%. Обратите внимание, что это не говорит о том, насколько точен частота составляет: оба измерения могут значительно отличаться от номинального значения.Для более подробного объяснения и определения см. Этот публикация usenet или запись в этот глоссарий.

На приведенном выше графике показаны найденное отклонение Аллана и так называемое модифицированное отклонение Аллана. по моим меркам. Относительно большое отклонение на очень малых временных масштабах вполне может быть связано с неточностями измерения, шум в электросети и т. д. Однако из графика видно, что при малых масштабах времени, порядка секунды, частота намного стабильнее, чем на уровне e.грамм. четверть часа; предположительно, это связано с механической инерцией генераторов: они просто не могут изменить свое скорость вращения быстро. Для очень длинных временных масштабов, порядка суток или более, стабильность снова явно возрастает, что предположительно связано с тем, что энергокомпании ограничили среднюю частоту еще стабильный источник.

Измерительная установка

Установка для этих измерений была очень простой: простой трансформатор для преобразования 230 вольт примерно до 15 вольт, и резистивный делитель напряжения, который питает это низковольтное напряжение 50 Гц синусоидальной волны в DCD-линию порта RS232 на моем ПК под управлением Linux.Я модифицировал драйвер COM-порта в ядре Linux, чтобы создать отметку времени в потоке данных. каждый раз, когда DCD становится активным; какое-то программное обеспечение пользовательского пространства устраняет сбои, проверяет наличие пробелов в данных, и вычисляет отклонения фазы и частоты, указанные выше.

Часы Linux-ПК были синхронизированы с использованием протокола сетевого времени (NTP). через Интернет к (в конце концов) атомным часам GPS. Время приема-передачи до NTP-сервера через мою ADSL-ссылку составляло около 14 мс, поэтому это должно сделать часы ПК работают достаточно точно, чтобы не пропустить ни одного сетевого цикла (и, вероятно, намного лучше).

К сожалению, по неизвестной причине синхронизация NTP моей машины пошло наперекосяк 27 августа, когда ntpd применил три скачка к часам ПК на несколько децисекунд каждый, а также позволяя часам работать несколько hunderd ppm слишком быстро или медленно (согласно системному журналу). Данные за этот период были исключены из расчета Аллана. отклонение.
3 сентября мне не удалось избежать перезагрузки компьютера дважды, что привело к перерывы в измерениях на несколько минут каждое.К сожалению, во время такого перерыва в несколько сотен секунд сеть может легко потерять или получить несколько циклов по сравнению с реальными 50 Гц. Для полного отклонения фазы (первый график) это не вызывает видимого погрешность, так как вертикальная шкала имеет диапазон 2000 циклов. Однако расчет отклонения Аллана (второй график) возмущен, поэтому я изменил его расчет, чтобы обработать измерения до и после перерывов как самостоятельные.
Кроме того, 27 сентября произошла ошибка синхронизации NTP (причина неизвестна), чего я не замечал до 8 октября, когда часы моего ПК набрал около 0.86 секунд; это было ретроактивно компенсировано поскольку, если предположить, что эта ошибка линейно увеличивалась за этот период (точнее, наверное, квадратичная, но погрешность несущественная в этой шкале).

Вид энергокомпании

Поскольку мои измерения не дали однозначного ответа на главный вопрос, а именно, регулируется ли долгосрочная средняя частота точно до 50 Гц, я отправил вопрос в свою энергетическую компанию (Essent) обслуживание клиентов. Почти две недели спустя я получил хороший ответ с некоторыми фактами и ссылаясь на сайт UCTE (Союз по координации передачи электроэнергии), организация операторов систем передачи электроэнергии в континентальной Европы и некоторых соседних стран, в частности их оперативное руководство по адресу http: // www.ucte.org/ohb/cur_status.asp. В разделе P.1.D этого справочника говорится, что долгосрочная средняя частота действительно регулируется точно до 50 Гц, поэтому с питанием от сети часы никогда не отклонятся слишком далеко. Правила вроде бы следующие:

• Кратковременно (от секунд до часов) задействуются несколько механизмов которые постоянно стараются поддерживать частоту как можно ближе к 50,0000 Гц, но это не учитывает фазу (т.е. ошибку часов).
• Пока отклонение между истинным временем и указанным временем по часам, работающим от сети, составляет менее 20 секунд, наблюдается в 8 часов утром дальнейшие меры не принимаются.
• Когда это отклонение превышает 20 секунд, планируется коррекция: на следующий день (с полуночи до полуночи) частотные регуляторы во всей зоне будет установлено на 10 мГц выше или ниже, чем нормальный 50.0000 Гц. В идеале это дает коррекцию 17,28 секунды.
• Вышеупомянутое обычно должно удерживать отклонение в пределах 30 секунд. Только если отклонение превышает 60 секунд, поправки больше допускается более 10 мГц.

Можем ли мы увидеть на графике дневные коррекции 10 МГц? Кажется, что период между 41 и 43 днями действительно такой Коррекция: в предыдущие дни фаза медленно сдвигалась вверх, а затем в течение двух дней фаза сдвигается вниз более чем на 34 секунды: на удивление приятно 17 секунд в день.Почему исправление было очевидно применяется в течение двух дней подряд, мне непонятно: если через один день коррекции фаза была еще слишком далека, тогда эта коррекция должно было быть выполнено на несколько дней раньше. Похоже, что аналогичные большие корректировки произошли в дни 17-19 и 53-55.

Ссылки

На http://www.leapsecond.com/pages/mains/ представлены результаты аналогичного эксперимента в США (что, конечно, я не узнаю, пока не установлю свою .