Действующее значение это: Что такое действующее значение силы тока. Действующие значения силы тока и напряжения

Сержант, это действующее федеральное расследование. .. это секретная информация.

А так же действующее завещание и доверенность.

Антон Хавелка открыл в 1876 году действующее и поныне кафе «Под пальмой».

Anton Hawelka eröffnete 1876 das heute noch bestehende Café Pod Palmą („Unter der Palme»).

После указанного периода все случаи незаконного ношения и хранения оружия подпадают под действующее законодательство Украины.

Nach dieser Frist fallen alle Fälle von illegalem Transport und Lagerung von Waffen wieder unter die Gesetze der Ukraine.

Понятие права включает в себя только положительное, действующее право.

Действующее наименование «Nottaway» было принято в начале двадцатого столетия.

Сила тяжести — это тоже силовое поле, действующее на тела, имеющие массу.

Ни Европейская Комиссия, ни любое лицо, действующее от имени Комиссии, не несет ответственность за использованиенижеследующей информации.

Weder die Europäische Kommission noch Personen, die im Namen dieser Kommission handeln, sind für die etwaige Verwendungder nachstehenden Informationen verantwortlich.

Моя фабрика — самое старое действующее производство в Вуберне.

Meine Fabrik ist das älteste überlebende Unternehmen in Woburn.

Он просит ввести новое действующее лицо в пьесу — полицейского.

Er möchte, dass ein Polizist vorkommt.

Это действующее место преступления, сэр.

Я не собираюсь снова превращаться в действующее лицо в «Амнезии Корди».

Скажи им, что это действующее место преступления, пресс-конференция будет позже.

Katrin Schinköth-Haase (действующее лицо и певица) и Maria-Clara Thiele (действующее лицо и пианистка (Флюгель)) Валерия Моретти: Клара Шуман.

Действующее агентство было создано в качестве замены EBN при президенте Фернанду Колор ди Мелу и управляется компанией «Empresa Brasil de Comunicação» (EBC).

Die heutige Agentur wurde als EBN-Ersatz unter Präsident Fernando Collor de Mello geschaffen und untersteht der Verwaltung durch die Empresa Brasil de Comunicação (EBC).

Одно из этих умений, доступное с самого начала игры и действующее на протяжении всей игры, называется Пассивным.

ССНС был известен как «стратегически планирующее и тактически действующее ядро внепарламентской оппозиции» против «чрезвычайного законодательства».

Управление. Действующее правительство — вот что вывело Калифорнию из кошмара 1850 года.

Дьявол также довольно часто фигурирует как действующее лицо «Симпсонов».

Действующее значение силы переменного тока это

При расчетах цепей переменного тока, а также при электрических измерениях неудобно пользоваться мгновенными или амплитудными значениями токов и напряжений, а их средние значения за период равны нулю. Кроме того, об электрическом эффекте периодически изменяющегося тока (о количестве выделенной теплоты, о совершенной работе и т. д.) нельзя судить по амплитуде этого тока.

Наиболее удобным оказалось введение понятий так называемых действующих значений тока и напряжения . В основу этих понятий положено тепловое (или механическое) действие тока, не зависящее от его направления.

Действующее значение переменного тока — это значение постоянного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе.

Для оценки действия, производимого переменным током, мы сравним его действия с тепловым эффектом постоянного тока.

Мощность Р постоянного тока I , проходящего через сопротивление r , будет Р = Р 2 r .

Мощность переменного тока выразится как средний эффект мгновенной мощности I 2 r за целый период или среднее значение от ( Im х sin ω t ) 2 х r за то же время.

Пусть среднее значение t2 за период будет М. Приравнивая мощность постоянного тока и мощность при переменном токе, имеем: I 2 r = Mr, откуда I = √ M ,

Величина I называется действующим значением переменного тока.

Среднее значение i2 при переменном токе определим следующим образом.

Построим синусоидальную кривую изменения тока. Возведя в квадрат каждое мгновенное значение тока, получим кривую зависимости Р от времени.

Обе половины этой кривой лежат выше горизонтальной оси, так как отрицательные значения тока (- i ) во второй половине периода, будучи возведены в квадрат, дают положительные величины.

Построим прямоугольник с основанием Т и площадью, равной площади, ограниченной кривой i 2 и горизонтальной осью. Высота прямоугольника М будет соответствовать среднему значению Р за период. Это значение за период, вычисленное при помощи высшей математики, будет равно 1/2I 2 m . Следовательно, М = 1/2I 2 m

Так как действующее значение I переменного тока равно I = √ M , то окончательно I = Im / √ 2

Аналогично зависимость между действующим и амплитудным значениями для напряжения U и Е имеет вид:

U = Um / √ 2 E= Em / √ 2

Действующие значения переменных величин обозначаются прописными буквами без индексов ( I , U, Е).

На основании сказанного выше можно сказать, что действующее значение переменного тока равно такому постоянному току, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, за то же время выделяет такое же количество энергии.

Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры), включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения.

При построении векторных диаграмм удобнее откладывать не амплитудные, а действующие значения векторов. Для этого длины векторов уменьшают в √ 2 раз. От этого расположение векторов на диаграмме не изменяется.

Значение периодического тока, равное такому значению постоянного тока, который за время одного периода произведет тот же самый тепловой или электродинамический эффект, что и периодический ток, называют действующим значением периодического тока:

Аналогично определяются действующие значения ЭДС и напряжения.

Синусоидально изменяющийся ток

Из всех возможных форм периодических токов наибольшее распространение получил синусоидальный ток. По сравнению с другими видами тока синусоидальный ток имеет то преимущество, что позволяет в общем случае наиболее экономично осуществлять производство, передачу, распределение и использование электрической энергии. Только при использовании синусоидального тока удается сохранить неизменными формы кривых напряжений и токов на всех участках сложной линейной цепи. Теория синусоидального тока является ключом к пониманию теории других цепей.

Изображение синусоидальных эдс, напряжений и токов на плоскости декартовых координат

Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений с тригонометрическими функциями, представить в виде векторов на декартовой плоскости или комплексными числами.

Приведенным на рис. 1, 2 графикам двух синусоидальных ЭДС е₁ и е₂ соответствуют уравнения:

Величину

При совместном рассмотрении двух синусоидальных величин одной частоты разность их фазовых углов, равную разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз.

Векторное изображение синусоидально изменяющихся величин

На декартовой плоскости из начала координат проводят векторы, равные по модулю амплитудным значениям синусоидальных величин, и вращают эти векторы против часовой стрелки (в ТОЭ данное направление принято за положительное) с угловой частотой, равной w. Фазовый угол при вращении отсчитывается от положительной полуоси абсцисс. Проекции вращающихся векторов на ось ординат равны мгновенным значениям ЭДС е₁ и е₂ (рис. 3). Совокупность векторов, изображающих синусоидально изменяющиеся ЭДС, напряжения и токи, называют векторными диаграммами. При построении векторных диаграмм векторы удобно располагать для начального момента времени (t=0), что вытекает из равенства угловых частот синусоидальных величин и эквивалентно тому, что система декартовых координат сама вращается против часовой стрелки со скоростью w. Таким образом, в этой системе координат векторы неподвижны (рис. 4). Векторные диаграммы нашли широкое применение при анализе цепей синусоидального тока. Их применение делает расчет цепи более наглядным и простым. Это упрощение заключается в том, что сложение и вычитание мгновенных значений величин можно заменить сложением и вычитанием соответствующих векторов.

Пусть, например, в точке разветвления цепи (рис. 5) общий ток

Каждый из этих токов синусоидален и может быть представлен уравнением

Результирующий ток также будет синусоидален:

Определение амплитуды

Так как алгебраическая сумма проекций векторов на ось ординат равна мгновенному значению общего тока, вектор общего тока равен геометрической сумме векторов токов:

Построение векторной диаграммы в масштабе позволяет определить значения

Господа, в прошлой статье мы говорили про мощность и работу переменного тока. Напомню, что тогда мы считали ее через некоторый интеграл, а в самом конце статьи я вскользь сказал, что существуют способы облечения и без того нелегкой жизни и часто можно обойтись вообще без взятия интеграла, если знать про действующее значение тока. Сегодня про него и поговорим!

Господа, вероятно, для вас не станет секретом, что в природе существует большое число видов переменного тока: синусоидальный, прямоугольный, треугольный и так далее. И как их вообще можно сравнивать между собой? По форме? Хмм…Пожалуй, да. Они же визуально различаются, с этим не поспоришь. По частоте? Тоже да, но иногда это вызывает вопросы. Некоторые считают, что само определение частоты применимо исключительно для синусоидального сигнала и его нельзя использовать, например, для последовательности импульсов. Возможно, формально они и правы, но я не разделяю их точку зрения. А еще как еще можно? А, например, по деньгам! Неожиданно? Напрасно. Ток ведь стоит денег. Вернее, стоит денег работа тока. В конце концов ведь те самые киловатт·часы, за которые вы все платите каждый месяц по счетчику не что иное, как работа тока. А поскольку деньги вещь серьезная, то ради такого стоит и термин отдельный ввести. И для сравнения между собой токов различной формы по количеству работы ввели понятие действующего тока.

Итак, действующее (или среднеквадратичное) значение переменного тока — это такая величина некоторого постоянного тока, который за время, равное периоду переменного тока выделит столько же тепла на резисторе, что и наш переменный ток. Звучит очень хитро и, скорее всего, если вы читаете это определение в первый раз, то вряд ли вы его поймете. Это нормально. Когда я его в первый раз услышал в школе, я сам долго доходил, что же это значит. Поэтому сейчас я постараюсь разобрать это определение поподробнее, чтобы вы поняли, что за этой мудреной фразой скрывается быстрее, чем я в свое время.

Итак, у нас есть переменный ток. Допустим, синусоидальный. У него своя амплитуда А_m и период T_период (ну или частота f). На фазу в данном случае пофиг, считаем ее равной нулю. Этот переменный ток течет через некоторый резистор R и на этом резисторе выделяется энергия. За один период T_период нашего синусоидального тока выделится вполне определенное количество джоулей энергии. Это число джоулей мы можем точно посчитать по формулам с интегралом, которые я приводил в прошлый раз . Допустим, мы насчитали, что за один период T_период синусоидального тока выделится Q джоулей тепла. А теперь, внимание, господа, важный момент! Давайте мы заменим переменный ток на постоянный, причем выберем его такой величины (ну то есть столько ампер), чтобы на том же самом резисторе R за то же самое время T_период выделилось ровно такое же количество джоулей Q. Очевидно, мы должны как-то определить величину этого самого постоянного тока, эквивалентного переменному с энергетической точки зрения. И вот когда мы найдем эту величину, то она-то как раз и будет тем самым действующим значением переменного тока. А теперь, господа, вернитесь еще разок к тому мудреному формальному определению, которое я давал вначале. Сейчас оно стало лучше понятно, не так ли?

Итак, суть вопроса, надеюсь, стала понятной, поэтому давайте все сказанное выше переведем на язык математики. Как мы уже писали в прошлой статье , закон изменения мощности переменного тока равен

Количество выделившейся энергии при работе тока за время T_период — соответственно, равно интегралу за время периода T_период:

Господа, теперь нам надо взять этот интеграл. Если по причине нелюбви к математике вам это кажется чем-то слишком мудреным, вы волне можете пропустить выкладки и посмотреть сразу результат. А у меня что-то сегодня настроение вспомнить молодость и аккуратненько разобраться со всеми этими интегральчиками

Итак, как его нам брать? Ну, величины I_m 2 и R являются константами и их можно сразу вынести за знак интеграла. А для квадрата синуса нам надо применить формулу понижения степени из курса тригонометрии. Надеюсь, вы ее помните

Теперь давайте разобьем интеграл на два интеграла. Можно воспользоваться тем, что интеграл от суммы или разности равен сумме или разности интегралов. В принципе, это очень даже логично, если вспомнить про то, что интеграл — это площадь.

Господа, у меня есть для вас просто отличнейшая новость. Второй интеграл равен нулю!

Почему это так? Да просто потому, что интеграл любого синуса/косинуса на величине, кратной его периоду, равен нулю. Полезнейшее свойство, кстати! Рекомендую его запомнить. Геометрически это тоже понятно: первая полуволна синуса идет выше оси абсцисс и интеграл от нее больше нуля, а вторая полуволна идет ниже оси абсцисс, поэтому его величина меньше нуля. А по модулю они равны между собой, поэтому их сложение (собственно, интеграл за весь период) даст в итоге нолик.

Итак, отбрасывая интеграл с косинусом, получаем

Ну и не надо быть большим гуру математики, чтобы сказать, что этот интеграл равен

И, таким образом, получаем ответ

Это мы получили количество джоулей, которое выделится на резисторе R при протекании через него синусоидального тока амплитудой I_m в течении периода T_период. Теперь, чтобы найти чему в данном случае равен действующий ток нам надо исходить из того, что на том же самом резисторе R за то же самое время T_период выделится то же самое количество энергии Q. Поэтому мы можем записать

Если не совсем понятно, откуда здесь взялась левая часть, рекомендую вам повторить статью про закон Джоуля-Ленца . А мы тем временем выразим действующее значение тока I _{действ.} из этого выражения, предварительно сократив все, что можно

Вот такой вот результат, господа. Действующее значение переменного синусоидального тока в корень из двух раз меньше его амплитудного значения. Хорошо запомните этот результат, это важный вывод.

Вообще говоря никто не мешает по аналогии с током ввести действующее значение напряжения. При этом у нас зависимость мощности от времени примет вот такой вид

Именно его мы будем подставлять под интеграл и выполнять все преобразования. Господа, каждый из вас может на досуге при желании это проделать, я же просто приведу конечный результат, поскольку он полностью аналогичен случаю с током. Итак, действующее значение напряжения синусоидального тока равно

Как видим, аналогия полнейшая. Действующее значения напряжения точно также в корень из двух раз меньше амплитуды.

Подобным образом можно рассчитать действующее значение тока и напряжения для сигнала абсолютно любой формы: надо только лишь записать закон изменения мощности для этого сигнала и выполнить пошагово все вышеописанные преобразования.

Все вы, наверняка, слышали, что у нас в розетках напряжение 220 В. А каких вольт? У нас ведь теперь есть два термина — амплитудное и действующее значение. Так вот, оказывается, что 220 В в розетках — это действующее значение! Вольтметры и амперметры , включаемые в цепи переменного тока показывают именно действующие значения. А форму сигнала вообще и его амплитуду в частности можно посмотреть с помощью осциллографа. Ну, мы же уже говорили, что всем интересны деньги, то бишь работа тока, а не какая-то там непонятная амплитуда. Тем не менее давайте-ка все-таки определим, чему равна амплитуда напряжения в наших с вами сетях. Пользуясь только что написанной формулой, можно записать

Вот так вот, господа. В розетках у нас, оказывается, синус с амплитудой аж 311 В, а не 220, как можно было подумать сначала. Что бы убрать все сомнения представлю вам картинку, как выглядит закон изменения напряжения в наших розетках (помним, что частота сети равна 50 Гц или, что тоже самое, период равен 20 мс). Этот закон представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 — Закон изменения напряжения в розетках

И специально для вас, господа, я посмотрел напряжение в розетке с помощью осциллографа. Смотрел я его через делитель напряжения 1:5. То есть форма сигнала полностью сохранится, а амплитуда сигнала на экране осциллографа будет в пять раз меньше, чем на самом деле в розетке. Зачем я так сделал? Да просто потому, что из-за большого размаха входного напряжения картинка целиком не влезает на экран осциллографа.

ВНИМАНИЕ! Если у вас нет достаточного опыта работы с высоким напряжением, если вы абсолютно четко не представляете себе как могут течь токи при измерениях в гальванически не отвязанных от сети цепях, настоятельно не рекомендую проводить подобный эксперимент самостоятельно, это опасно! Дело в том, что при подобных измерениях с помощью осциллографа, подключенного к розетке с заземлением есть очень большой шанс что произойдет короткое замыкание через внутренние земли осциллографа и прибор сгорит без возможности восстановления! А если делать эти измерения с помощью осциллографа, подключенного к розетке без заземления, на его корпусе, кабелях и разъемах может присутствовать смертельно опасный потенциал! Это не шутки, господа, если нет понимания, почему это так, лучше этого не делать, тем более, что осциллограммы уже сняты и вы можете их наблюдать на рисунке 2.

Рисунок 2 — Осциллограмма напряжения в розетке (делитель 1:5)

На рисунке 2 мы видим, что амплитуда синуса составляет около 62 вольт, а частота — ровно 50 Гц. Помня, что мы смотрим через делитель напряжения, который делит входное напряжение на 5, мы можем рассчитать реальную величину напряжения в розетке, она равна

Как мы видим, результат измерения очень близок к теоретическому, не смотря на погрешность измерения осциллографа и неидеальность резисторов делителя напряжения. Это свидетельствует о том, что все наши расчеты верны.

На этом на сегодня все, господа. Сегодня мы узнали, что такое действующий ток и действующее напряжение, научились их рассчитывать и проверили результаты расчетов на практике. Спасибо что прочитали это и до новых статей!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

НАШ САЙТ РЕКОМЕНДУЕТ:

Что называют действующими значениями силы тока и напряжения.

Переменный синусоидальный ток в течение периода имеет разные секундные значения. Естественно поставить вопрос, какое же значение тока будет измеряться амперметром, включенным в цепь?

При расчетах цепей переменного тока, также при электронных измерениях неловко воспользоваться моментальными либо амплитудными значениями токов и напряжений, а их средние значения за период равны нулю. Не считая того, об электронном эффекте временами изменяющегося тока (о количестве выделенной теплоты, о совершенной работе и т. д.) нельзя судить по амплитуде этого тока.

Более комфортным оказалось введение понятий так именуемых действующих значений тока и напряжения . В базу этих понятий положено термическое (либо механическое) действие тока, не зависящее от его направления.

— это значение неизменного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе.

Для оценки деяния, производимого переменным током, мы сравним его деяния с термическим эффектом неизменного тока.

Мощность Р неизменного тока I , проходящего через сопротивление r , будет Р = Р 2 r .

Мощность переменного тока выразится как средний эффект моментальной мощности I 2 r за целый период либо среднее значение от (Im х sinωt ) 2 х r за то же время.

Пусть среднее значение t2 за период будет М. Приравнивая мощность неизменного тока и мощность при переменном токе, имеем: I 2 r = Mr, откуда I = √ M ,

Величина I именуется действующим значением переменного тока.

Среднее значение i2 при переменном токе определим последующим образом.

Построим синусоидальную кривую конфигурации тока. Возведя в квадрат каждое секундное значение тока, получим кривую зависимости Р от времени.

Обе половины этой кривой лежат выше горизонтальной оси, потому что отрицательные значения тока (-i ) во 2-ой половине периода, будучи построены в квадрат, дают положительные величины.

Построим прямоугольник с основанием Т и площадью, равной площади, ограниченной кривой i 2 и горизонтальной осью. Высота прямоугольника М будет соответствовать среднему значению Р за период. Это значение за период, вычисленное с помощью высшей арифметики, будет равно 1/2I 2 m . Как следует, М = 1/2I 2 m

Потому что действующее значение I переменного тока равно I = √ M , то совсем I = Im / √ 2

Аналогично зависимость меж действующим и амплитудным значениями для напряжения U и Е имеет вид:

U = Um / √ 2 , E= Em / √ 2

Действующие значения переменных величин обозначаются строчными знаками без индексов (I , U, Е).

На основании произнесенного выше можно сказать, что действующее значение переменного тока равно такому неизменному току, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, за то же время выделяет такое же количество энергии.

Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры), включенные в цепь переменного тока, демонстрируют действующие значения тока либо напряжения.

При построении векторных диаграмм удобнее откладывать не амплитудные, а действующие значения векторов. {2}dt}}.}

Для синусоидального тока:

I = 1 2 ⋅ I m ≈ 0,707 ⋅ I m , {\displaystyle I={\frac {1}{\sqrt {2}}}\cdot I_{m}\approx 0{,}707\cdot I_{m},}

I m {\displaystyle I_{m}} — амплитудное значение тока.

Для тока треугольной и пилообразной формы:

I = 1 3 ⋅ I m ≈ 0,577 ⋅ I m . {\displaystyle I={\frac {1}{\sqrt {3}}}\cdot I_{m}\approx 0{,}577\cdot I_{m}.}

Аналогичным образом определяются действующие значения ЭДС и напряжения.

Дополнительные сведения

В англоязычной технической литературе для обозначения действующего значения употребляется термин effective value — эффективное значение. Также применяется аббревиатура RMS (rms) — root mean square — среднеквадратичное (значение).

В электротехнике приборы электромагнитной, электродинамической и тепловой систем калибруются на действующее значение.

Источники

• «Справочник по физике», Яворский Б. М., Детлаф А. А., изд. «Наука», 1979 г.1
• Курс физики. А. А. Детлаф, Б. М. Яворский М.: Высш. шк., 1989. § 28.3, п.5
• «Теоретические основы электротехники», Л. А. Бессонов: Высш. шк., 1996. § 7.8 — § 7.10

Ссылки

• Действующие значения тока и напряжения
• Среднеквадратичное значение

Мгновенные, максимальные, действующие и средние значения электрических величин переменного тока

Мгновенное и максимальное значения. Величину переменной электродвижущей силы, силы тока, напряжения и мощности в любой момент времени называют мгновенными значениями этих величин и обозначают соответственно строчными буквами (e, i, u, p ).
Максимальным значением (амплитудой) переменной э. д. с. (или напряжения или тока) называется та наибольшая величина, которой она достигает за один период. Максимальное значение электродвижущей силы обозначается Е m , напряжения — U m , тока — I m .

Действующим (или эффективным) значением переменного тока называется такая сила постоянного тока, которая, протекая через равное сопротивление и за одно и то же время, что и переменный ток, выделяет одинаковое количество тепла.

Для синусоидального переменного тока действующее значение меньше максимального в 1,41 раз, т. е. в раз.

Аналогично действующие значения переменной электродвижущей силы и напряжения меньше их максимальных значений тоже в 1,41 раза.

По величине измеренных действующих значений силы переменного тока, напряжения или электродвижущей силы можно вычислить их максимальные значения:

E m = E · 1,41; U m = U · 1,41; I m = I · 1,41;

Среднее значение = отношению количества эл энергии прошедшего через сечение проводника за половину периода к величине этого полупериода.

Под средним значением понимают среднеарифметическое ее значение за половину периода.

/ Среднее и действующие значения синусоидальных токов и напряжений

Под средним значением синусоидально изменяющейся величины понимают ее среднее значение за полпериода. Среднее значение тока

т. е. среднее значение синусоидального тока составляет от амплитудного. Аналогично,

Широко применяют понятие действующего значения синусоидально изменяющейся величины (его называют также эффективным или среднеквадратичным). Действующее значение тока

Следовательно, действующее значение синусоидального тока равно 0,707 от амплитудного. Аналогично,

Можно сопоставить тепловое действие синусоидального тока с тепловым действием постоянного тока, текущего то же время по тому же сопротивлению.

Количество теплоты, выделенное за один период синусоидальным током,

Выделенная за то же время постоянным током теплота равна Приравняем их:

Таким образом, действующее значение синусоидального тока численно равно значению такого постоянного тока, который за время, равное периоду синусоидального тока, выделяет такое же количество теплоты, что и синусоидальный ток.

Для установления эквивалентности переменного тока в отношении энергии и мощности, общности методов расчета, а также сокращения вычислительной работы изменяющиеся непрерывно во времени токи. ЭДС и напряжения заменяют эквивалентными неизменными во времени величинами. Действующим или эквивалентным значением называется такой неизменный во времени ток, при котором выделяется в резистивном элементе с активным сопротивлением r за период то же количество энергии, что и при действительном изменяющемся синусоидально токе.

Энергия за период, выделяющаяся в резистивном элементе при синусоидальном токе,

При неизменном во времени токе энергия

W = I 2rT

Приравняв правые части

I m

0,707I m .

Таким образом, действующее значение тока меньше амплитудного в √2 раз.

Аналогично определяют действующие значения ЭДС и напряжения:

Е = E m / √2, U = U m / √2.

Действующему значению тока пропорциональна сила, действующая на ротор двигателя переменного тока, подвижную часть измерительного прибора и т. д. Когда говорят о значе­ниях напряжения, ЭДС и тока в цепях переменного тока, имеют в виду их действующие значения. Шкалы измерительных приборов переменного тока отградуированы соответственно в действующих значениях тока и напряжения. Например, если прибор показывает 10 А, то это значит, что амплитуда тока

I m = √2I = 1,41 10 = 14,1 A,

и мгновенное значение тока

i = I m sin (ωt + ψ) = 14,1 sin (ωt + ψ).

При анализе и расчет выпрямительных устройств пользуются средними значениями тока, ЭДС и напряжения, под которыми понимают среднее арифметическое значение соответствующей величины за полпериода (среднее значение за период, как известно, равно нулю):

Аналогично можно найти средние значения тока и напряжения:

I ср = 2I т /π; U ср = 2U т /π.

Отношение действующего значения к среднему значению какой-либо периодически изменяющейся величины называется коэффициентом формы кривой. Для синусоидального тока

Список параметров напряжения и силы электрического тока

В связи с тем, что электрические сигналы представляют собой изменяющиеся во времени величины, в электротехнике и радиоэлектронике используются по необходимости разные способы представлений напряжения и силы электрического тока

Значения переменного напряжения (тока)

Мгновенное значение

Мгновенное значение — это значение сигнала в определённый момент времени, функцией которого является (u (t) , i (t) {\displaystyle u(t)~,\quad i(t)}).{2}(t)dt}}}

Среднеквадратичные значения являются самыми распространёнными, так как они наиболее удобны для практических расчётов, поскольку в линейных цепях с чисто активной нагрузкой переменный ток с действующими значениями I {\displaystyle I} и U {\displaystyle U} совершает ту же работу, что и постоянный ток с теми же значениями тока и напряжения. Например, лампа накаливания или кипятильник, включённые в сеть с переменным напряжением с действующим значением 220 В, работают (светят, греют) точно так же, как и будучи подключенными к источнику постоянного напряжения с тем же значением напряжения.

Когда не оговаривают особо, то обычно имеют ввиду именно среднеквадратичные значения величины напряжения или силы тока.

В среднеквадратичных значениях проградуированы показывающие устройства большинства вольтметров и амперметров переменного тока, за исключением специальных приборов, однако эти обычные приборы дают правильные показания для среднеквадратических значений только при форме сигнала синусоидальной формы. Некритичны к форме сигнала приборы с термопреобразователем, в которых измеряемый ток или напряжение с помощью нагревателя, представляющим собой активное сопротивление, преобразуется в далее измеряемую температуру, которая и характеризует величину электрического сигнала. Также нечувствительны к форме сигнала специальные устройства, возводящие мгновенное значение сигнала в квадрат с последующим усреднением во времени (с квадратичным детектором) или АЦП, возводящие в входной сигнал в квадрат тоже с усреднением по времени. Квадратный корень из выходного сигнала таких устройств как раз и является среднеквадратическим значением.

Квадрат среднеквадратичного значения напряжения, выраженного в вольтах, численно равен средней рассеиваемой мощности в ваттах на резисторе с сопротивлением 1 Ом.

Среднее значение

Среднее значение (смещение) — постоянная составляющая напряжения или силы тока

U = 1 T ∫ 0 T u (t) d t , I = 1 T ∫ 0 T i (t) d t {\displaystyle U={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u(t)dt~,\qquad I={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}i(t)dt}

В электротехнике используется редко, но сравнительно часто используется в радиотехнике (ток смещения и напряжение смещения).{T}\mid i(t)\mid dt}

На практике используется редко, однако большинство измерительных приборов переменного тока — магнитоэлектрической системы (т. е., в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала проградуирована по среднеквадратичным значениям для синусоидальной формы сигнала. Если сигнал заметно отличается от синусоидального, показания приборов магнитоэлектрической системы имеют систематическую ошибку. В отличие от приборов магнитоэлектрической системы, приборы электромагнитной, электродинамической и тепловой систем измерения всегда реагируют на действующее значение, независимо от формы электрического тока.

Геометрически это сумма площадей, ограниченная кривой над и под осью времени за время измерения. При однополярном измеряемом напряжении среднее и средневыпрямленное значения равны между собой.

Коэффициенты пересчёта значений

• Коэффициент формы кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению действующего значения периодического напряжения (тока) к его средневыпрямленному значению. Для синусоидального напряжения (тока) равен π / 2 2 ≈ 1.11 {\displaystyle {\frac {{\pi }/2}{\sqrt {2}}}\approx 1.11} .

• Коэффициент амплитуды кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению максимального по модулю за период значения напряжения (тока) к действующему значению периодического напряжения (тока). Для синусоидального напряжения (тока) равен 2 {\displaystyle {\sqrt {2}}} .

Параметры постоянного тока

• Размах пульсации напряжения (тока) — величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями пульсирующего напряжения (тока) за определенный интервал времени

• Коэффициент пульсации напряжения (тока) — величина, равная отношению наибольшего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей.
  • Коэффициент пульсации напряжения (тока) по действующему значению — величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей
  • Коэффициент пульсации напряжения (тока) пo среднему значению — величина, равная отношению среднего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей

Параметры пульсации определяются по осциллографу, либо с помощью двух вольтметров или амперметров (постоянного и переменного тока)

Литература и документация

Литература

• Справочник по радиоэлектронным устройствам : В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
• Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. М.:Энергоатомиздат, 1989

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 16465-70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения
• ГОСТ 23875-88 Качество электрической энергии. Термины и определения
• ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

Ссылки

• Электрические цепи постоянного тока
• Переменный ток. Изображение синусоидальных переменных
• Амплитудное, среднее, эффективное
• Периодические несинусоидальные ЭДС, токи и напряжения в электрических цепях
• Системы тока и номинальные напряжения электроустановок
• Электричество
• Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания

Какой физический смысл имеет действующее значение напряжения и тока

Александр титов

Действующее значение силы ПЕРЕМЕННОГО тока — это такое значение величины ПОСТОЯННОГО тока, действие которого произведёт ту же самую работу (или тепловой эффект) , что и действие переменного тока за время одного периода его действия.2 = Im/2, откуда I = Im / корень из 2. Это и есть действующее значение тока.

То же самое с действующим значением напряжения и ЭДС.

Vitas latish

можно грубо сказать
— напряжение — потенциальная энергия…. расческа- волосы…. напряжение = свечение, искорки, подъем волос… .
— ток это работа, действие, сила.. . тепло, горение, движение выплеск кенетической энергии

Определение 1

Эффективным (действующим) называют значение переменного тока равное величине эквивалентного постоянного тока, который при прохождении через такое же сопротивление, что и переменный ток выделяет на нем то же количество тепла за одинаковые промежутки времени.

Количественная связь амплитуд силы и напряжения переменного тока и эффективных значений

Количество тепла, которое выделяется переменным током на сопротивлении $R$ за малый промежуток времени $dt$, равно:

Тогда за один период переменный ток выделяет тепла ($W$):

Обозначим через $I_{ef}$ силу постоянного тока, который на сопротивлении $R$ выделяет такое же количество тепла ($W$), как и переменный ток $I$ за время равное периоду колебаний переменного тока ($T$). Тогда выразим $W$ через постоянный ток и приравняем выражение к правой части уравнения (2), имеем:

Выразим из уравнения (3) силу эквивалентного постоянного тока, получим:

Если сила тока изменяется по синусоидальному закону:

подставим выражение (5) для переменного тока в формулу (4), тогда величина постоянного тока выразится как:

Следовательно, выражение (6) может быть преобразовано к виду:

где $I_{ef}$ называют эффективным значением силы тока. Аналогично записывают выражения для эффективных (действующих) значений напряжений:

Применение действующих значений тока и напряжения

Когда в электротехнике говорят о силе переменного тока и напряжении, то имеют в виду их эффективные значения. В частности, вольтметры и амперметры градуируют обычно на эффективные значения. Следовательно, максимальное значение напряжения в цепи переменного тока примерно в 1,5 раза больше того, что показывает вольтметр. Этот факт следует учесть при расчете изоляторов, исследовании проблем безопасности.

Эффективные значения используют для характеристики формы сигнала переменного тока (напряжения). Так, вводят коэффициент амплитуды ($k_a$). равный:

и коэффициент формы ($k_f$):

где $I_{sr\ v}=\frac{2}{\pi }\cdot I_m$ —средневыпрямленное значение силы тока.

Для синусоидального тока $k_a=\sqrt{2},\ k_f=\frac{\pi }{2\sqrt{2}}=1,11.$

Пример 1

Задание: Напряжение, которое показал вольтметр равно $U=220 В$. Какова амплитуда напряжения?

Решение:

Как было сказано, вольтметры и амперметры обычно градуируют на действующие значения напряжения (силу тока), следовательно, прибор показывает в наших обозначениях $U_{ef}=220\ В.$ В соответствии с известным соотношением:

найдем амплитудное значение напряжения, как:

Вычислим:

Ответ: $U_m\approx 310,2\ В.$

Пример 2

Задание: Как связана мощность переменного тока на сопротивлении $R$ и эффективные значения тока и напряжения?

Решение:

Среднее значение мощности переменного тока в цепи равно

\[\left\langle P\right\rangle =\frac{A_T}{T}=\frac{U_mI_mcos\varphi }{2}\left(2.2}_mR=\frac{U_mI_mcos \varphi}{2}\left(2.3\right),\]

где $I_m\ $- амплитуда силы тока, $U_m$ — амплитуда внешнего напряжения, $\varphi$ — разность фаз между силой тока и напряжением.

У постоянного тока мгновенная мощность совпадает со средней. Для $I_{ef}$=const можно положить $cos\varphi =1,\ $значит формулу (2.3) можно записать как:

если вместо амплитудных значений ($U_m\ и\ I_m$) использовать их эффективные (действующие) значения:

Следовательно, мощность тока можно записать как:

где $cos \varphi$ — коэффициент мощности. В технике этот коэффициент делают как можно большим. При малом $cos\varphi $ для того, чтобы в цепи выделялась необходимая мощность нужно пропускать большой ток, что ведет к росту потерь в подводящих проводах.

Такую же мощность (как в выражении (2.3)) развивает постоянный ток, сила которого представлена в формуле (2.5).

Ответ: $P_{tR}=U_{ef}I_{ef}cos\varphi .$

При расчете цепей переменного тока обычно пользуются понятием действующих (эффективных) значений переменного тока, напряжения и э. д. с.

Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначаются прописными буквами .

На шкалах измерительных приборов и технической документации также указываются действующие значения величин.

Действующее значение переменного тока равно значению такого эквивалентного постоянного тока, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, выделяет в нем за период то же количество тепла.

Количество тепла, выделенное переменным током в со противлении за бесконечно малый промежуток времени

а за период переменного тока Т

Приравняв Полученное выражение количеству тепла выделенному в том же сопротивлении постоянным током за то же время Т, получим:

Сократив общий множитель , получим действующее значение тока

Рис. 5-8. График переменного тока и квадрата тока.

На рис. 5-8 построена кривая мгновенных значений тока i и кривая квадратов мгновенных значений Площадь, ограниченная последней кривой и осью абсцисс, представляет собой в некотором масштабе величину, определяемую выражением Высота прямоугольника равновеликого площади, ограниченной кривой и осью абсцисс, равная среднему значению ординат кривой представляет собой квадрат действующего значения тока

Если ток изменяется по закону синуса, т. е.

Аналогично для действующих значений синусоидальных напряжений и э. д. с. можно написать:

Кроме действующего значения тока и напряжения, иногда пользуются еще понятием среднего значения тбка и напряжения.

Среднее значение синусоидального тока за период равно нулю, так как в течение первой половины периода определенное количество электричества Q проходит через поперечное сечение проводника в прямом направлении. В течение второй половины периода то же количество электричества проходит через сечение проводника в обратном направлении. Следовательно, количество электричества, прошедшее через сечение проводника за период, равно нулю, равно нулю и среднее за период значение синусоидального тока.

Поэтому среднее значение синусоидального тока вычисляют за полупериод, в течение которого ток остается положительным. Среднее значение тока равно отношению количества электричества, прошедшего через сечение проводника за половину периода, к продолжительности этого полупериода.

В механической системе вынужденные колебания возникают при действии на нее внешней периодической силы. Аналогично этому вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи происходят под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС или внешнего изменяющегося напряжения.

Вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи представляют собой переменный электрический ток .

• Переменный электрический ток — это ток, сила и направление которого периодически меняются.

Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω по синусоидальному или косинусоидальному закону:

\(~u = U_m \cdot \sin \omega t\) или \(~u = U_m \cdot \cos \omega t\) ,

где u – мгновенное значение напряжения, U m – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае

\(~i = I_m \cdot \sin (\omega t + \varphi_c)\) ,

где φ c – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Исходя из этого можно дать еще такое определение:

• Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.

Генератор переменного тока

Основная часть электроэнергии в мире в настоящее время вырабатывается генераторами переменного тока, создающими гармонические колебания.

• Генератором переменного тока называется электротехническое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.

ЭДС индукции генератора изменяется по синусоидальному закону

\(e={\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)

где \({\rm E}_{m} =B\cdot S\cdot \omega\) — амплитудное (максимальное) значение ЭДС. При подключении к выводам рамки нагрузки сопротивлением R , через нее будет проходить переменный ток. По закону Ома для участка цепи сила тока в нагрузке

\(i=\dfrac{e}{R} =\dfrac{B \cdot S \cdot \omega }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)

где \(I_{m} = \dfrac{B\cdot S\cdot \omega }{R}\) — амплитудное значение силы тока.

Основными частями генератора являются (рис. 1):

• индуктор — электромагнит или постоянный магнит, который создает магнитное поле;
• якорь — обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;
• коллектор со щетками — устройство, посредством которого снимается с вращающихся частей или подается по ним ток.

Неподвижная часть генератора называется статором , а подвижная — ротором . В зависимости от конструкции генератора его якорь может быть как ротором, так и статором. При получении переменных токов большой мощности якорь обычно делают неподвижным, чтобы упростить схему передачи тока в промышленную сеть.

На современных гидроэлектростанциях вода вращает вал электрогенератора с частотой 1-2 оборота в секунду. Таким образом, если бы якорь генератора имел только одну рамку (обмотку), то получался бы переменный ток частотой 1-2 Гц. Поэтому, для получения переменного тока промышленной частоты 50 Гц якорь должен содержать несколько обмоток, позволяющих увеличить частоту вырабатываемого тока. Для паровых турбин, ротор которых вращается очень быстро, используют якорь с одной обмоткой. В этом случае частота вращения ротора совпадает с частотой переменного тока, т.е. ротор должен делать 50 об/с.

Мощные генераторы вырабатывают напряжение 15-20 кВ и обладают КПД 97-98 %.

Из истории . Первоначально Фарадей обнаружил лишь едва заметный ток в катушке при движении вблизи нее магнита. «Какая от этого польза?» — спросили его. Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорож­денного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р. Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».

*Принцип действия

Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции.

Пусть проводящая рамка площадью S вращается с угловой скоростью ω вокруг оси, расположенной в ее плоскости перпендикулярно однородному магнитному полю индукцией \(\vec{B}\) (см. рис. 1).

При равномерном вращении рамки угол α между направлениями вектора индукции магнитного поля \(\vec{B}\) и нормали к плоскости рамки \(\vec{n}\) меняется со временем по линейному закону. Если в момент времени t = 0 угол α 0 = 0 (см. рис. 1), то

\(\alpha = \omega \cdot t = 2\pi \cdot \nu \cdot t,\)

где ω — угловая скорость вращения рамки, ν — частота ее вращения.

В этом случае магнитный поток, пронизывающий рамку будет изменяться следующим образом

\(\Phi \left(t\right)=B\cdot S\cdot \cos \alpha =B\cdot S\cdot \cos \omega \cdot t.\)

Тогда согласно закону Фарадея индуцируется ЭДС индукции

\(e=-\Phi «(t)=B\cdot S\cdot \omega \cdot \sin \omega \cdot t = {\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\)

Подчеркнем, что ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное, которое также остается неизменным в течение следующего полуоборота.

Действующие значения силы тока и напряжения

Пусть источник тока создает переменное гармоническое напряжение

\(u=U_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\;\;\;(1)\)

Согласно закону Ома, сила тока в участке цепи, содержащей только резистор сопротивлением R , подключенный к этому источнику, изменяется со временем также по синусоидальному закону:

\(i = \dfrac{u}{R} =\dfrac{U_{m} }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\;\;\; (2)\)

где \(I_m = \dfrac{U_{m}}{R}.\) Как видим, сила тока в такой цепи также меняется с течением времени по синусоидальному закону. Величины U m , I m называются амплитудными значениями напряжения и силы тока . Зависящие от времени значения напряжения u и силы тока i называют мгновенными .

Кроме этих величин используются еще одна характеристика переменного тока: действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения .

• Действующим (эффективным) значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Обозначается буквой I .

• Действующим (эффективным) значением напряжения переменного тока называется напряжение такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Обозначается буквой U .{2}}{R}.\)

Необходимо отметить, что закон Ома для цепи переменного тока, содержащей только резистор сопротивлением R , выполняется как для амплитудных и действующих, так и для мгновенных значений напряжения и силы тока, вследствие того, что их колебания совпадают по фазе.

Эффективное значение синусоидальной волны

E _max , E _avg , I _max и I _avg — используемые значения в измерениях переменного тока. Другое используемое значение — ЭФФЕКТИВНОЕ значение переменного тока. Это значение переменное напряжение или ток, которые будут иметь такое же влияние на сопротивление, как и сопоставимое значение постоянного напряжения или тока будет иметь на том же сопротивлении.

В предыдущем обсуждении вам сказали, что когда ток течет через сопротивление, тепло выделяется. произведено.Когда через сопротивление протекает постоянный ток, количество электроэнергии преобразованная в тепло, равна I ² R Вт. Однако, поскольку переменный ток при максимальном значении 1 ампер не поддерживает постоянное значение, переменный ток не будет выделять столько тепла в сопротивлении, сколько постоянный ток 1 ампер.

На Рисунке 1-15 сравнивается эффект нагрева 1 ампера постоянного тока с эффектом нагрева 1 ампер переменного тока.

Рисунок 1-15.- Нагревательный эффект переменного и постоянного тока.

Изучите виды A и B на рис. 1-15 и обратите внимание, что тепло (70,7 ° C), производимое 1 ампер переменного тока (то есть переменного тока с максимальным значением 1 ампер) составляет всего лишь 70,7% тепла (100 C) вырабатывается 1 ампером постоянного тока. Математически,

Следовательно, для действующего значения переменного тока (I _eff ) = 0.707 X I _макс. .

Скорость, с которой выделяется тепло в сопротивлении, является удобной основой для установление эффективного значения переменного тока, известное как «нагрев эффект «. Считается, что переменный ток имеет эффективное значение, равное единице. ампер, когда он выделяет тепло с заданным сопротивлением с той же скоростью, что и один ампер постоянный ток.

Вы можете вычислить эффективное значение синусоидального тока с достаточной степенью точности, принимая мгновенные значения тока через равные промежутки времени вдоль кривой и извлечение квадратного корня из средней суммы квадратов значений.

По этой причине эффективное значение часто называют «среднеквадратическим». (среднеквадратичное) значение. Таким образом,

Другими словами, эффективное или среднеквадратичное значение (I _eff ) синусоидальной волны ток составляет 0,707 максимального значения тока (I _max ). Таким образом, I _eff = 0,707 X I _макс. . Если известен I _eff , вы можете найти I _max по используя формулу I _max = 1.414 X I _эфф . Вы можете задаться вопросом, где постоянная 1,414 происходит от. Чтобы узнать это, еще раз изучите рисунок 1-15 и прочтите следующее. объяснение. Предположим, что постоянный ток на рисунке 1-15 (A) поддерживается на уровне 1 ампер, а температура резистора на уровне 100С. Также предположим, что переменный ток на рисунке 1-15 (B) увеличен. до тех пор, пока температура резистора не достигнет 100 C. На этом этапе обнаруживается, что максимальная Значение переменного тока 1,414 ампер требуется для того, чтобы иметь такой же нагревательный эффект, как и прямой Текущий.Следовательно, в цепи переменного тока максимальный требуемый ток в 1,414 раза больше эффективный ток. Вам важно помнить вышеупомянутые отношения и то, что эффективное значение (I _eff ) любой синусоидальной волны тока всегда в 0,707 раза больше максимальное значение (I _max ).

Поскольку переменный ток возникает из-за переменного напряжения, соотношение эффективное значение напряжения к максимальному значению напряжения такое же, как отношение эффективное значение тока до максимального значения тока.Другими словами, эффективное или среднеквадратичное значение (E _eff ) синусоидального напряжения в 0,707 раз больше максимальное значение напряжения (E _max ),

Когда значение переменного тока или напряжения указано в книге или на диаграмме, значение является эффективным, если не указано иное. Помните, что все измерители, если не указано иное, откалиброваны для индикации действующие значения тока и напряжения.

Проблема: известно, что в цепи имеется переменное напряжение 120 В и пиковое или максимальный ток 30 ампер. Каковы значения пикового напряжения и эффективного тока?

На рисунке 1-16 показано соотношение между различными значениями, используемыми для обозначения амплитуда синусоидальной волны. Просмотрите значения на рисунке, чтобы убедиться, что вы понимаете, что каждый значение указывает.

Рисунок 1-16. — Различные значения, используемые для обозначения амплитуды синусоидальной волны.

Q.32 Какая наиболее удобная основа для сравнения переменного и постоянного напряжения а токи?
В.33 Какое значение переменного тока используется для сравнения с постоянным током?
В.34 Какова формула для определения действующего значения переменного тока?
В.35 Если пиковое значение синусоидальной волны составляет 1000 вольт, то каково эффективное (E _eff ) ценить?
В.36 Если I _eff = 4,25 ампера, что такое _max ?

Пик vs.Среднее значение по сравнению с действующим напряжением

Термин «среднеквадратичное значение» означает «среднеквадратическое значение», также называемое эквивалентом переменного тока и постоянного напряжения.

Термин «среднеквадратичное значение» означает «среднеквадратическое значение», также называемое эффективным или тепловым значением переменного тока, эквивалентно напряжению постоянного тока, которое будет обеспечивать такое же количество тепловыделения в резисторе, как и напряжение переменного тока. если применяется к тому же резистору.

RMS не является «средним» напряжением, и его математическое отношение к пиковому напряжению зависит от типа формы сигнала. Среднеквадратичное значение — это квадратный корень из среднего (среднего) значения функции квадрата мгновенных значений.

Поскольку напряжение переменного тока повышается и понижается со временем, для получения заданного среднеквадратичного напряжения требуется большее напряжение переменного тока, чем для постоянного тока. Например, для достижения среднеквадратичного значения 120 В (0,707 x169) потребуется пиковое значение переменного тока 169 вольт.

В этом примере величина нагрева напряжения 169 переменного тока эквивалентна значению нагрева источника постоянного тока на 120 вольт.Большинство мультиметров, будь то вольтметры или амперметры, измеряют среднеквадратичное значение, принимая чисто синусоидальную форму волны.

Важные термины, которые следует запомнить

Пиковое напряжение (Vp)

Максимальное мгновенное значение функции, измеренное от нулевого уровня напряжения. Для формы волны, показанной выше, пиковая амплитуда и пиковое значение одинаковы, поскольку среднее значение функции равно нулю вольт.

Пиковое напряжение (В пик-пик)

Полное напряжение между положительным и отрицательным пиками формы волны; то есть сумма величин положительного и отрицательного пиков.

RMS Напряжение (Vrms)

Среднеквадратичное или эффективное значение сигнала.

Среднее напряжение (Vavg)

Уровень сигнала, определяемый условием, что площадь, ограниченная кривой выше этого уровня, в точности равна площади, ограниченной кривой ниже этого уровня.

Важные уравнения, которые следует запомнить

• Vp x 0,707 = Vrms
• Vrms = 1,11 x Vavg
• 1.414 x Vrms = Vp
• Vavg = 0,637 x Vp

Дополнительная литература / Источники

Комментарии

Значения переменного тока

Есть три значения переменного тока, которые мгновенное, пиковое и эффективное (среднеквадратичное, RMS).

Мгновенное значение

Мгновенное значение напряжения или тока — это индуцированное напряжение или ток, протекающий в любой момент во время цикл.Синусоидальная волна представляет собой серию этих значения. Мгновенное значение напряжения меняется от нуля при 0 ° до максимума при 90 °, обратно до нуля при 180 °, максимум в обратном направлении на 270 °, и снова до нуля на 360 °. Любая точка на синусоиде считается мгновенным значением напряжения.

Пиковое значение

Пиковое значение — это наибольшее мгновенное значение. В наибольшее положительное значение возникает, когда синусоида напряжения составляет 90 °, а наибольшее отрицательное значение происходит при 270 °.Максимальное значение 1,41 раза эффективное значение. Это так называемые пиковые значения.

Эффективное значение

Действующее значение также известно как среднеквадратичное значение или среднеквадратичный, который относится к математическому процессу по которому выводится значение. Большинство вольтметров переменного тока при использовании будет отображать эффективное или среднеквадратичное значение. Действующее значение меньше максимального значения, равный 0,707 максимального значения.

Эффективное значение синусоиды на самом деле является мерой теплового эффекта синусоидальной волны.Фигура 10-107 показано, что происходит, когда резистор подключен к источнику переменного напряжения. В иллюстрации A, некоторое количество тепла выделяется мощность в резисторе. На рисунке B показано то же самое резистор теперь вставлен в источник постоянного напряжения. В значение источника постоянного напряжения теперь можно регулировать так что резистор рассеивает такое же количество тепла, как это было, когда он был в цепи переменного тока. RMS или эффективное значение синусоидальной волны равно постоянное напряжение, выделяющее такое же количество тепла как синусоидальное напряжение.

Пиковое значение синусоиды можно преобразовать в соответствующее среднеквадратичное значение, используя следующие отношение.

Может применяться как к напряжению, так и к току.

Алгебраическое преобразование формулы и решение для Vp также может определять пиковое напряжение. Результирующий формула:

Вп = 1,414 В среднекв.

Таким образом, значение 110 вольт дано для переменного тока. в дома поставлено всего 0.707 от максимального напряжения этого предложения. Максимальное напряжение примерно 155 вольт (110 1,41 = максимум 155 вольт).

При исследовании переменного тока используются любые значения для тока или напряжения принимаются действующие значения если не указано иное, и на практике только используются действующие значения напряжения и тока. Аналогично вольтметры и амперметры переменного тока измерить эффективное значение.

Что такое пиковое значение, среднее значение и среднеквадратичное значение? — определение и объяснение

Пиковое значение

Определение: Максимальное значение, достигаемое переменным количеством в течение одного цикла, называется его значением P eak .Он также известен как максимальное значение, амплитуда или пик. Синусоидальная переменная величина достигает пикового значения под углом 90 градусов, как показано на рисунке ниже.

Пиковые значения переменного напряжения и тока представлены E _m и I _m соответственно.

Среднее значение

Определение: Среднее значение всех мгновенных значений переменного напряжения и токов за один полный цикл называется средним значением .

Если мы рассмотрим симметричные волны, такие как синусоидальный ток или форма волны напряжения, положительный полупериод будет точно равен отрицательному полупериоду. Следовательно, среднее значение за полный цикл будет ноль .

Работа выполняется как по положительному, так и по отрицательному циклу, поэтому среднее значение определяется без учета знаков.

Итак, единственным положительным полупериодом считается определение среднего значения переменных величин синусоидальных волн.Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

Разделите положительный полупериод на ( n ) количество равных частей, как показано на рисунке выше

Пусть i ₁ , i ₂ , i ₃ …… .. i _n — средние ординаты

Среднее значение тока I _ср = среднее значение средних ординат

R.M.S значение

Определение: Постоянный ток, который при протекании через резистор с известным сопротивлением в течение определенного периода времени, в результате такое же количество тепла выделяется переменным током, когда он протекает через тот же резистор в течение того же периода времени. время называется р.M.S или действующее значение переменного тока.

Другими словами, значение R.M.S определяется как квадратный корень из средних квадратов мгновенных значений.

Пусть I будет переменным током, протекающим через резистор R в течение времени t секунд, который производит такое же количество тепла, как и постоянный ток (I _eff ). База одного изменения делится на n равных частей, так что каждый интервал составляет t / n секунд, как показано на рисунке ниже.

Пусть i ₁ , i ₂ , i ₃ , ………..in быть средними ординатами

Затем тепло произведено в

Так как Ieff рассматривается как эффективное значение этого тока, то общее количество тепла, произведенного этим током, будет

Теперь, приравняв уравнение (1) и (2), получим

I _eff = квадратный корень из среднего квадратов мгновенных значений = R.M.S значение

Среднеквадратичное значение — это фактическое значение переменной величины, которая говорит нам о способности источника переменного тока передавать энергию.

Амперметр регистрирует среднеквадратичное значение переменного тока, а вольтметр записывает среднеквадратическое значение переменного напряжения. Бытовая однофазная сеть переменного тока составляет 230 В, 50 Гц, где 230 В — это среднеквадратичное значение переменного напряжения.

Значения напряжения и тока системы в цепи постоянного тока постоянны, поэтому нет проблем с оценкой их величин, но в системе переменного тока переменное напряжение и ток изменяются время от времени, и, следовательно, необходимо оценивать их величины.

Следующие три способа (пиковое значение, среднее значение и среднеквадратичное значение), приведенные выше, используются для выражения величины напряжения и тока.

: эффективные значения, фазовый угол и частота

Анализ процесса производства электроэнергии переменного тока и переменного тока, который мы используем практически во всех аспектах нашей жизни, необходим для лучшего понимания того, как мощность переменного тока используется в современных технологиях.

Эффективные значения

Выходное напряжение генератора переменного тока можно выразить двумя способами.Один — графически с использованием синусоидальной волны (рис. 3). Второй способ — алгебраически с помощью уравнения e = E _max sin ωt, которое будет рассмотрено позже в тексте.

Рисунок 3: Синусоидальная волна напряжения

Когда напряжение вырабатывается генератором переменного тока, результирующий ток изменяется пропорционально напряжению. Когда катушка генератора вращается на 360 °, выходное напряжение проходит один полный цикл. За один цикл напряжение увеличивается от нуля до E в одном направлении, уменьшается до нуля, увеличивается до E _max в противоположном направлении (отрицательное значение E _max ), а затем снова уменьшается до нуля.Значение E _max происходит при 90 ° и называется пиковым напряжением. Время, необходимое генератору для завершения одного цикла, называется периодом, а количество циклов в секунду называется частотой (измеряется в герцах).

Один из способов обозначения переменного напряжения или тока — это пиковое напряжение (E _p ) или пиковый ток (I _p ). Это максимальное напряжение или ток для синусоидального сигнала переменного тока.

Другое значение, значение размаха (E _p-p или I _p ), представляет собой величину напряжения или диапазон тока, охватываемого синусоидальной волной.Однако наиболее часто используемым значением переменного тока является эффективное значение. Эффективное значение переменного тока — это количество переменного тока, которое производит такой же нагревательный эффект, как и такое же количество постоянного тока.

Проще говоря, эффективное значение переменного тока в один ампер будет производить такое же количество тепла в проводнике за заданное время, что и один ампер постоянного тока. Эффект нагрева от данного переменного тока пропорционален квадрату тока. Эффективное значение переменного тока можно вычислить, возведя в квадрат все амплитуды синусоидальной волны за один период, взяв среднее из этих значений, а затем извлекая квадратный корень.Действующее значение, являющееся корнем из среднего (среднего) квадрата токов, известно как среднеквадратическое значение или среднеквадратичное значение. Чтобы понять значение эффективного тока, приложенного к синусоиде, см. Рисунок 4.

Значения I нанесены на верхнюю кривую, а соответствующие значения I ² нанесены на нижнюю кривую. Кривая I ² имеет вдвое большую частоту, чем I, и изменяется выше и ниже новой оси. Новая ось представляет собой среднее значение I ² , а квадратный корень из этого значения представляет собой среднеквадратичное или эффективное значение тока.Среднее значение ½ I _max ² . Тогда среднеквадратичное значение

Существует шесть основных уравнений, которые используются для преобразования значения переменного напряжения или тока в другое значение, как указано ниже.

• Среднее значение = пиковое значение x 0,637
• Эффективное значение (RMS) = пиковое значение x 0,707
• Пиковое значение = среднее значение x 1,57
• Эффективное значение (RMS) = среднее значение x 1,11
• Пиковое значение = эффективное значение (RMS) x 1.414
• Среднее значение = эффективное (RMS) x 0,9

Обычно встречающиеся значения тока (I) и напряжения (E) считаются действующими значениями; поэтому нижний индекс не используется.

Рисунок 4: Действующее значение тока

Еще одно полезное значение — это среднее значение амплитуды в течение положительной половины цикла.

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическую связь между I _av , I _max и I.

I _средн. = 0,637 I _макс. = 0,9 I

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическую связь между E _ср. , E _max и E.

E _ср. = 0,637 E _макс. = 0,9 E

Пример 1:

Пиковое значение напряжения в цепи переменного тока составляет 200 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

E = 0,707E _макс.

E = 0,707 x 200 = 141,4 В

Пример 2:

Пиковый ток в цепи переменного тока составляет 10 ампер.Какое среднее значение тока в цепи?

I _средн. = 0,637 I _макс.

I _av = 0,637 x 10 = 6,37 ампер

Фазовый угол — это доля цикла в градусах, которая прошла с тех пор, как напряжение или ток прошли через заданное значение. Данное значение обычно равно нулю. Возвращаясь к рисунку 3, возьмите точку 1 как начальную точку или нулевую фазу. Фаза в точке 2 равна 30 °, точке 3 — 60 °, точке 4 — 90 ° и так далее, до точки 13, где фаза равна 360 ° или нулю.Более часто используется термин разность фаз.

Рисунок 5: Соотношение фаз

Разность фаз может использоваться для описания двух разных напряжений с одинаковой частотой, которые проходят через нулевые значения в одном направлении в разное время. На рисунке 5 углы вдоль оси указывают фазы напряжений e ₁ и e ₂ в любой момент времени.

При 120 ° e ₁ проходит через нулевое значение, которое на 60 ° опережает e ₂ (e ₂ равно нулю при 180 °).Считается, что напряжение e ₁ опережает e ₂ на 60 электрических градусов, или можно сказать, что e ₂ отстает от e ₁ на 60 электрических градусов.

Разность фаз также используется для сравнения двух разных токов или тока и напряжения. Если разность фаз между двумя токами, двумя напряжениями или напряжением и током равна нулю, они считаются «синфазными». Если разность фаз отлична от нуля, говорят, что они «не совпадают по фазе».”

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление напряжения, связанного с любой конкретной ориентацией катушки (индуктора).

e = E _макс sinθ

где

e = наведенная ЭДС
E _max = максимальная наведенная ЭДС
θ = угол от точки отсчета (градусы или радианы)

Пример 1:

Какова наведенная ЭДС в катушке, создающей максимальную ЭДС 120 В, когда угол от точки отсчета составляет 45 °?

e = E _макс. sinθ

e = 120 v Sin (45)

е = 84.84 В

Максимальное индуцированное напряжение также можно назвать пиковым напряжением E _p . Если (t) — это время, за которое катушка поворачивается на угол (θ), то угловая скорость (ω) катушки равна θ / t и выражается в радианах / сек.

Уравнение ниже является математическим представлением угловой скорости.

θ = ωt

где

ω = угловая скорость (радиан / сек)
t = время поворота на угол от точки отсчета (с)
θ = угол от точки отсчета (радианы)

Используя законы замещения, можно выразить взаимосвязь между наведенным напряжением, максимальным наведенным напряжением и угловой скоростью.

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление взаимосвязи между индуцированным напряжением, максимальным напряжением и угловой скоростью, оно равно выходной мощности генератора переменного тока.

e = E _макс sin (ωt)

, где
e = наведенная ЭДС (вольты)
E _max = максимальная наведенная ЭДС (вольты)
ω = угловая скорость (радиан / сек)
t = время поворота на угол от точки отсчета (сек)

Максимальный наведенный ток рассчитывается аналогичным образом.Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление зависимости между максимальным индуцированным током и угловой скоростью.

i = I _макс sin (ωt)

где

I = индуцированный ток (AMPS)
_{я макс} = максимальный наведенный ток (AMPS)
ω = угловая скорость (рад / сек) =
т время, чтобы повернуть на угол от опорного (сек)

Частота переменного напряжения или тока может быть напрямую связана с угловой скоростью вращающейся катушки.Единицы угловой скорости — радианы в секунду, а 2π радиан — полный оборот.

Радиан — это угол, образующий дугу, равную радиусу окружности. Один радиан равен 57,3 градуса. Один цикл синусоидальной волны генерируется, когда катушка вращается на 2π радиан.

Уравнение ниже представляет собой математическое соотношение между частотой (f) и угловой скоростью (ω) в цепи переменного тока.

ω = 2πf

где

ω = угловая скорость (радиан / сек)
f = частота (Гц)

Пример 1:

Частота цепи 120 В переменного тока составляет 60 Гц.Найдите следующее: 1. Угловая скорость 2. Угол от точки отсчета через 1 мс 3. Индуцированная ЭДС в этой точке

Решение:

1. ω = 2πf

ω = 2 (3,14) (60 Гц) = 376,8 радиан / сек

2. θ = ωt

θ = (376,8 радиан / сек) (0,001 сек) = 0,3768 радиан

3. e = E _max sinθ

e = (120 В) (sin 0,3768 радиан)
e = (120 В) (0,3679)
e = 44,15 В

электрических цепей — Почему мы используем среднеквадратические значения (RMS), когда говорим о напряжении переменного тока

Попытки найти среднее значение AC напрямую дадут вам ответ ноль … Следовательно, используются значения RMS. Они помогают найти эффективное значение переменного тока (напряжения или тока).

Это RMS — математическая величина (используется во многих математических полях ), используемая для сравнения как переменного, так и постоянного тока (или напряжения). Другими словами (в качестве примера), среднеквадратичное значение переменного тока (тока) — это постоянный ток, который при пропускании через резистор в течение заданного периода времени будет производить такое же тепло, что и переменный ток при прохождении через такой же резистор за то же время.2/2 $, а затем определение квадратного корня $ I_0 / \ sqrt {2} $ даст RMS.

Это пример , время : (я думаю, вы не просили вычислить RMS)

Учтите, что обе лампы выдают одинаковый уровень яркости. Таким образом, они теряют одинаковое количество тепла (независимо от того, переменный или постоянный ток). Чтобы связать и то и другое, нам нечего использовать лучше, чем значение RMS. Постоянное напряжение лампы составляет 115 В, а переменное — 170 В.2} $$

Измерений амплитуды переменного тока | Базовая теория переменного тока

На данный момент мы знаем, что переменное напряжение меняется по полярности, а переменный ток — по направлению. Мы также знаем, что переменный ток может изменяться множеством различных способов, и, отслеживая изменение во времени, мы можем построить его в виде «формы волны».

Мы можем измерить скорость чередования, измерив время, необходимое для развития волны, прежде чем она повторится («период»), и выразить это как количество циклов в единицу времени или «частоту».В музыке частота такая же, как , высота звука , что является важным свойством, отличающим одну ноту от другой.

Однако мы сталкиваемся с проблемой измерения, если пытаемся выразить, насколько велика или мала величина переменного тока. С постоянным током, где величины напряжения и тока обычно стабильны, у нас нет проблем с выражением того, сколько напряжения или тока у нас есть в любой части цепи.

Но как дать единичное измерение величины чему-то, что постоянно меняется?

Способы выражения величины сигнала переменного тока

Один из способов выразить интенсивность или величину (также называемую амплитудой ) величины переменного тока — это измерить высоту его пика на графике формы сигнала.Это известно как значение пика или пика сигнала переменного тока: Рисунок ниже

Пиковое напряжение формы волны.

Другой способ — измерить общую высоту между противоположными вершинами. Это известно как значение размаха (P-P) сигнала переменного тока: Рисунок ниже

Размах напряжения формы волны.

К сожалению, любое из этих выражений амплитуды сигнала может ввести в заблуждение при сравнении двух разных типов волн.Например, прямоугольная волна с пиком 10 вольт, очевидно, представляет собой большее количество напряжения в течение большего количества времени, чем треугольная волна с пиком 10 вольт.

Эффекты этих двух напряжений переменного тока, питающих нагрузку, будут совершенно разными: Рисунок ниже

Прямоугольная волна дает больший эффект нагрева, чем такая же треугольная волна пикового напряжения.

Один из способов выразить амплитуду различных форм волны более эквивалентным способом — это математически усреднить значения всех точек на графике формы волны до единого совокупного числа.Это измерение амплитуды известно просто как среднее значение сигнала.

Если мы усредним все точки на осциллограмме алгебраически (то есть с учетом их знака , положительного или отрицательного), среднее значение для большинства сигналов технически равно нулю, потому что все положительные точки компенсируют все отрицательные точки по полный цикл: рисунок ниже

Среднее значение синусоиды равно нулю.

Это, конечно, будет верно для любой формы волны, имеющей участки равной площади выше и ниже «нулевой» линии графика.Однако, как практическая мера совокупного значения формы волны, «среднее» обычно определяется как математическое среднее абсолютных значений всех точек за цикл.

Другими словами, мы вычисляем практическое среднее значение сигнала, рассматривая все точки на волне как положительные величины, как если бы форма сигнала выглядела следующим образом: Рисунок ниже

Форма волны, измеренная измерителем «среднего отклика» переменного тока.

Нечувствительные к полярности движения механических счетчиков (счетчики, рассчитанные на одинаковую реакцию на положительные и отрицательные полупериоды переменного напряжения или тока) регистрируются пропорционально (практическому) среднему значению формы сигнала, потому что инерция стрелки относительно напряжения пружина естественным образом усредняет силу, создаваемую изменяющимися значениями напряжения / тока с течением времени.

И наоборот, чувствительные к полярности движения измерителя бесполезно вибрируют при воздействии переменного напряжения или тока, их стрелки быстро колеблются около нулевой отметки, указывая истинное (алгебраическое) среднее значение нуля для симметричной формы волны. Когда в этом тексте упоминается «среднее» значение формы сигнала, предполагается, что подразумевается «практическое» определение среднего значения, если не указано иное.

Другой метод получения совокупного значения амплитуды сигнала основан на способности формы сигнала выполнять полезную работу при приложении к сопротивлению нагрузки.К сожалению, измерение переменного тока, основанное на работе, выполняемой осциллограммой, не совпадает со «средним» значением этой формы сигнала, потому что мощность , рассеиваемая данной нагрузкой (работа, выполняемая за единицу времени), не прямо пропорциональна величине любого из них. напряжение или ток, приложенные к нему.

Напротив, мощность пропорциональна квадрату напряжения или тока, приложенного к сопротивлению (P = E ² / R и P = I ² R). Хотя математика такого измерения амплитуды может быть непростой, польза от этого есть.

Рассмотрим ленточную пилу и лобзик, две части современного деревообрабатывающего оборудования. Пилы обоих типов режут дерево тонким зубчатым металлическим диском с приводом от двигателя. Но в то время как ленточная пила использует непрерывное движение полотна для резки, лобзик использует возвратно-поступательное движение.

Сравнение переменного тока (AC) с постоянным током (DC) можно сравнить со сравнением этих двух типов пил: Рисунок ниже

Ленточная пила — аналог DC vs AC.

Проблема попытки описать изменяющиеся величины переменного напряжения или тока в одном совокупном измерении также присутствует в этой аналогии с пилой: как бы мы могли выразить скорость полотна лобзика? Полотно ленточной пилы движется с постоянной скоростью, подобно тому, как проталкивает постоянное напряжение или постоянный ток движется с постоянной величиной. С другой стороны, полотно лобзика движется вперед и назад, скорость его полотна постоянно меняется. Более того, возвратно-поступательное движение любых двух лобзиков может быть разного типа, в зависимости от механической конструкции пил.

Один лобзик может двигать лезвие синусоидально, а другой — треугольником. Оценка лобзика на основе его пиковой скорости будет вводить в заблуждение при сравнении одного лобзика с другим (или лобзика с ленточной пилой!). Несмотря на то, что эти разные пилы перемещают свои лезвия по-разному, они равны в одном отношении: все они режут древесину, и количественное сравнение этой общей функции может служить общей основой для оценки скорости лезвия.

Представьте себе лобзик и ленточную пилу бок о бок, оснащенные одинаковыми лезвиями (одинаковым шагом зубьев, углом и т. Д.), Одинаково способными резать одинаковую толщину одного и того же вида древесины с одинаковой скоростью. Можно сказать, что эти две пилы были эквивалентны или равны по своей режущей способности. Можно ли использовать это сравнение для определения «эквивалентной скорости полотна ленточной пилы» возвратно-поступательному движению полотна лобзика; связать эффективность лесозаготовки одного с другим?

Это общая идея, используемая для присвоения измерения «эквивалента постоянного тока» любому переменному напряжению или току: независимо от величины постоянного напряжения или тока, будет происходить такое же количество рассеивания тепловой энергии через равное сопротивление: Рисунок ниже

Среднеквадратичное напряжение вызывает такой же нагревательный эффект, как и такое же напряжение постоянного тока

Какое значение имеет среднеквадратичное значение (RMS) для переменного тока?

В двух приведенных выше схемах у нас одинаковое сопротивление нагрузки (2 Ом), рассеивающее одинаковое количество энергии в виде тепла (50 Вт), одна питается от переменного тока, а другая от постоянного тока.Поскольку изображенный выше источник переменного напряжения эквивалентен (с точки зрения мощности, подаваемой на нагрузку) 10-вольтовой батарее постоянного тока, мы бы назвали это «10-вольтовым» источником переменного тока.

Более конкретно, мы обозначим его значение напряжения как 10 вольт RMS . Квалификатор «RMS» означает Среднеквадратическое значение , алгоритм, используемый для получения значения эквивалента постоянного тока из точек на графике (по сути, процедура состоит из возведения в квадрат всех положительных и отрицательных точек на графике формы сигнала, усреднения этих квадратов значений. , а затем извлечение квадратного корня из этого среднего, чтобы получить окончательный ответ).

Иногда вместо «RMS» используются альтернативные термины эквивалент или эквивалент постоянного тока , но количество и принцип одинаковы.

RMS — лучший способ связать величины переменного тока с величинами постоянного тока или другими величинами переменного тока с разной формой волны при измерении электрической мощности.

Из других соображений лучше всего использовать измерения от пика до пика. Например, при определении правильного размера провода (допустимой нагрузки) для передачи электроэнергии от источника к нагрузке лучше всего использовать измерение среднеквадратичного тока, поскольку основная проблема с током — это перегрев провода, который является функцией рассеивание мощности, вызванное током через сопротивление провода.

Однако при оценке изоляторов для работы в высоковольтных системах переменного тока измерения пикового напряжения являются наиболее подходящими, поскольку здесь основной проблемой является «пробой» изолятора, вызванный кратковременными скачками напряжения независимо от времени.

Инструменты, используемые для измерения амплитуды сигнала

Измерения размаха и пика лучше всего выполнять с помощью осциллографа, который может фиксировать пики формы сигнала с высокой степенью точности благодаря быстрому срабатыванию электронно-лучевой трубки в ответ на изменения напряжения.Для измерений RMS будут работать аналоговые измерительные приборы (D’Arsonval, Weston, железная лопасть, электродинамометр), если они были откалиброваны в значениях RMS.

Поскольку механическая инерция и демпфирующие эффекты движения электромеханического счетчика делают отклонение стрелки естественным образом пропорциональным среднему значению переменного тока, а не истинному среднеквадратичному значению, аналоговые счетчики должны быть специально откалиброваны (или неправильно откалиброваны, в зависимости от как вы на это смотрите), чтобы указать напряжение или ток в единицах RMS.

Точность этой калибровки зависит от предполагаемой формы волны, обычно синусоидальной.

Электронные счетчики, специально разработанные для измерения среднеквадратичных значений, лучше всего подходят для этой задачи. Некоторые производители инструментов разработали хитроумные методы определения среднеквадратичного значения любой формы волны. Один из таких производителей производит измерители True-RMS с крошечным резистивным нагревательным элементом, питаемым напряжением, пропорциональным измеряемому.

Эффект нагрева этого элемента сопротивления измеряется термически, чтобы получить истинное среднеквадратичное значение без каких-либо математических вычислений, только законы физики в действии в соответствии с определением среднеквадратичного значения.Точность этого типа измерения RMS не зависит от формы волны.

Взаимосвязь пика, размаха, среднего и RMS

Для «чистых» сигналов существуют простые коэффициенты преобразования для приравнивания пикового, разностного, среднего (практического, а не алгебраического) и среднеквадратичного значений друг к другу:

Коэффициенты преобразования для обычных сигналов.

В дополнение к измерениям RMS, среднего, пика (пика) и размаха сигнала переменного тока существуют соотношения, выражающие пропорциональность между некоторыми из этих основных измерений.Пик-фактор сигнала переменного тока, например, представляет собой отношение его пикового (пикового) значения, деленного на его среднеквадратичное значение.

Форм-фактор сигнала переменного тока — это отношение его среднеквадратичного значения к его среднему значению. Сигналы прямоугольной формы всегда имеют пик и коэффициент формы, равные 1, поскольку пик такой же, как среднеквадратичное и среднее значения. Синусоидальные сигналы имеют среднеквадратичное значение 0,707 (величина, обратная квадратному корню из 2) и форм-фактор 1,11 (0,707 / 0.636).

Сигналы треугольной и пилообразной формы имеют среднеквадратичное значение 0,577 (величина, обратная квадратному корню из 3) и форм-фактор 1,15 (0,577 / 0,5).

Имейте в виду, что константы преобразования, показанные здесь для пиковых, среднеквадратичных и средних амплитуд синусоидальных, прямоугольных и треугольных волн, справедливы только для чистых форм этих форм волны. Среднеквадратичные и средние значения искаженной формы волны не связаны одними и теми же отношениями: Рисунок ниже

Сигналы произвольной формы не имеют простого преобразования.

Это очень важная концепция, которую необходимо понимать при использовании аналогового движения измерителя Д’Арсонваля для измерения переменного напряжения или тока. Аналоговый механизм Д’Арсонваля, откалиброванный для индикации среднеквадратичной амплитуды синусоидальной волны, будет точным только при измерении чистых синусоидальных волн.

Если форма сигнала измеряемого напряжения или тока не является чистой синусоидой, показание измерителя не будет истинным среднеквадратичным значением формы сигнала, потому что степень отклонения стрелки в аналоговом перемещении измерителя Д’Арсонваля пропорционально среднему значению сигнала, а не среднеквадратичному значению.

RMS получается путем «перекоса» диапазона измерителя так, чтобы он отображал небольшое кратное среднему значению, которое будет равно среднеквадратичному значению для определенной формы волны и только для определенной формы волны .

Поскольку форма синусоидальной волны является наиболее распространенной в электрических измерениях, она является формой волны, принятой для калибровки аналогового измерителя, а небольшое кратное, используемое при калибровке измерителя, составляет 1,1107 (форм-фактор: 0,707 / 0,636: отношение среднеквадратичных значений деленное на среднее значение для синусоидального сигнала).

Любая форма волны, кроме чистой синусоидальной волны, будет иметь другое соотношение среднеквадратичных и средних значений, и, следовательно, измеритель, откалиброванный для синусоидального напряжения или тока, не будет показывать истинное среднеквадратичное значение при считывании несинусоидальной волны. Помните, что это ограничение применяется только к простым аналоговым счетчикам переменного тока, не использующим технологию True-RMS.

ОБЗОР:

• Амплитуда сигнала переменного тока — это его высота, как показано на графике во времени.Измерение амплитуды может принимать форму пика, размаха, среднего или среднеквадратичного значения.
• Пиковая амплитуда — это высота сигнала переменного тока, измеренная от нулевой отметки до самой высокой положительной или самой низкой отрицательной точки на графике. Также известен как гребень амплитуда волны .
• Полная амплитуда — это общая высота сигнала переменного тока, измеренная от максимальных положительных до максимальных отрицательных пиков на графике. Часто обозначается как «П-П».
• Средняя амплитуда — это математическое «среднее» всех точек сигнала за период одного цикла. Технически, средняя амплитуда любой формы сигнала с участками равной площади выше и ниже «нулевой» линии на графике равна нулю. Однако в качестве практической меры амплитуды среднее значение сигнала часто вычисляется как математическое среднее значение абсолютных значений всех точек (принимая все отрицательные значения и считая их положительными). Для синусоиды среднее значение, вычисленное таким образом, приблизительно равно 0.637 пикового значения.
• «RMS» означает среднеквадратическое значение и является способом выражения величины переменного напряжения или тока в терминах, функционально эквивалентных постоянному току. Например, среднеквадратичное значение 10 вольт переменного тока — это величина напряжения, при которой через резистор заданного значения рассеивается такое же количество тепла, что и при источнике питания постоянного тока на 10 вольт. Также известен как «эквивалент» или «эквивалент постоянного тока» для переменного напряжения или тока. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение составляет примерно 0,707 от его пикового значения.
• Пик-фактор сигнала переменного тока — это отношение его пика (пик) к его среднеквадратичному значению.
• Форм-фактор сигнала переменного тока — это отношение его среднеквадратичного значения к его среднему значению.
• Аналоговые, электромеханические движения счетчика реагируют пропорционально среднему значению переменного напряжения или тока. Когда требуется индикация среднеквадратичного значения, калибровка измерителя должна быть соответственно «искажена». Это означает, что точность показаний RMS электромеханического измерителя зависит от чистоты формы волны: от того, точно ли она совпадает с формой волны, используемой при калибровке.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ: