एसी वर्तमान माप

आप पहले से ही जानते हैं कि प्रत्यावर्ती वोल्टेज अपनी ध्रुवता को बदल देता है, और प्रत्यावर्ती धारा अपनी दिशा को बदल देती है। आप यह भी जानते हैं कि समय के साथ प्रत्यावर्ती धारा (प्रत्यावर्ती वोल्टेज ध्रुवता) की प्रत्यावर्ती दिशाओं को ट्रैक करके, आप "तरंग" के रूप में एक ग्राफ बना सकते हैं। आप एक तरंग अवधि का समय निर्धारित करके इन विकल्पों (आवृत्ति) की गति की गणना भी कर सकते हैं।

हालाँकि, आप अभी भी नहीं जानते कि प्रत्यावर्ती धारा या वोल्टेज का परिमाण कैसे निर्धारित किया जाए। प्रत्यक्ष धारा (वोल्टेज) के साथ काम करते समय ऐसी समस्याएँ उत्पन्न नहीं होती हैं, क्योंकि इसका मान स्थिर होता है। तो आप उस मात्रा को कैसे माप सकते हैं जो लगातार बदल रही है?

इस समस्या को हल करने का एक तरीका तरंग ग्राफ पर शिखर की ऊंचाई को मापना है (नीचे चित्र देखें):

दूसरा तरीका विपरीत चोटियों (शिखर से शिखर) के बीच की कुल ऊंचाई को मापना है:

दुर्भाग्य से, दो अलग-अलग प्रकार की तरंगों की तुलना करते समय ये दोनों विधियाँ भ्रामक हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, स्क्वेर वेव 10 वोल्ट के शिखर के साथ इस तनाव को बरकरार रखेंगे अधिकसे अधिक समय त्रिकोण तरंग उसी शिखर के साथ - 10 वोल्ट. इनका असरप्रति लोड दो वोल्टेज अलग होगा (नीचे चित्र देखें):

एक तरफ़ा रास्ताविभिन्न तरंगों के आयाम को व्यक्त करना एक ग्राफ़ पर सभी बिंदुओं के मानों का एक एकल, समग्र मान में गणितीय औसत है। इस माप को तरंग माध्य के रूप में जाना जाता है। यदि सभी तरंग बिंदुओं को बीजगणितीय रूप से औसत किया जाता है (अर्थात, उनके चिह्न, सकारात्मक या नकारात्मक, को ध्यान में रखा जाता है), तो अधिकांश तरंगों का औसत मान शून्य के बराबर होगा, क्योंकि पूर्ण चक्र के सकारात्मक बिंदु नकारात्मक बिंदुओं की भरपाई करते हैं (नीचे चित्र देखें):

निःसंदेह, यह किसी भी तरंगरूप के लिए सत्य होगा जिसके ग्राफ़ की शून्य रेखा के ऊपर और नीचे समान भाग हों। हालाँकि, व्यवहार में, किसी तरंग के औसत मान को उसके चक्र के सभी बिंदुओं के गणितीय औसत के रूप में परिभाषित किया जाता है। दूसरे शब्दों में, औसत की गणना इस बात को ध्यान में रखकर की जाती है कि सभी बिंदुओं का मान सकारात्मक है (नीचे चित्र देखें):

ध्रुवता-असंवेदनशील डायल गेज (जो एसी करंट/वोल्टेज के सकारात्मक और नकारात्मक अर्ध-चक्रों पर समान रूप से प्रतिक्रिया करते हैं) तरंग के व्यावहारिक औसत मूल्य को रिकॉर्ड करेंगे, क्योंकि डायल गेज की जड़ता (स्प्रिंग तनाव के कारण) औसत बल को रिकॉर्ड करेगी समय के साथ विभिन्न धारा/वोल्टेज मानों द्वारा उत्पादित। इसके विपरीत, ध्रुवता-संवेदनशील डायल मीटर प्रत्यावर्ती धारा/वोल्टेज के संपर्क में आने पर "कंपन" करेंगे, और उनका डायल सूचक तेजी से शून्य चिह्न के आसपास दोलन करेगा, जो एक सममित तरंग के लिए सही (बीजगणितीय) औसत मूल्य का संकेत देगा। इस लेख में बाद में उल्लिखित तरंग का "औसत" मूल्य "व्यावहारिक" औसत मूल्य के साथ सटीक रूप से सहसंबद्ध होगा, जब तक कि अन्यथा संकेत न दिया गया हो।

किसी तरंग के समग्र आयाम को प्राप्त करने का दूसरा तरीका भार प्रतिरोध पर उपयोगी कार्य करने की उस तरंग की क्षमता पर आधारित है। दुर्भाग्य से, यह एसी करंट/वोल्टेज माप "औसत" तरंग मान से भिन्न होगा क्योंकि शक्ति का अपव्यय किसी दिए गए भार पर(काम किया समय की प्रति इकाई),नहीं सीधे आनुपातिकवोल्टेज मान या वर्तमान. शक्ति आनुपातिक होगी वोल्टेज का वर्गया वर्तमान की आपूर्ति की गईप्रतिरोध (पी = ई 2 / आर, और पी = आई 2 आर)।

आइए एक बैंड आरा और एक आरा, दो प्रकार के आधुनिक लकड़ी के उपकरण देखें। दोनों प्रकार की आरी में इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित पतले दांतेदार ब्लेड होते हैं। हालाँकि, एक बैंड आरा ब्लेड की निरंतर गति का उपयोग करता है, जबकि एक आरा एक पारस्परिक गति का उपयोग करता है। प्रत्यावर्ती धारा की तुलना प्रत्यक्ष धारा से करने की तुलना इन दो प्रकार की आरी से की जा सकती है:

परिवर्तनीय घटक के परिमाण का वर्णन करने की समस्या भी इस सादृश्य में मौजूद है: कोई आरा ब्लेड की गति की गति को कैसे व्यक्त कर सकता है? बैंड सॉ ब्लेड एक स्थिर गति से चलता है, जो एक स्थिर वोल्टेज के बराबर होता है, जिसका परिमाण हमेशा समान होता है। आरा ब्लेड आगे-पीछे चलता रहता है और उसकी गति की गति लगातार बदलती रहती है। इसके अलावा, अलग-अलग डिज़ाइन के दो आरा की पारस्परिक गति समान नहीं हो सकती। एक आरा के ब्लेड की गति को साइन तरंग आकार द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जबकि दूसरे आरा के ब्लेड की गति को त्रिकोण तरंग आकार द्वारा वर्णित किया जा सकता है। चरम मूल्यों के आधार पर आरा ब्लेड की गति की गति का अनुमान लगाना गलत है; ये मान विभिन्न प्रकार के आरा के लिए अलग-अलग होंगे; उपरोक्त के बावजूद, सभी प्रकार की आरी एक ही काम (लकड़ी काटना) करती हैं, और इस समग्र कार्य की मात्रात्मक तुलना उनके ब्लेड की गति का अनुमान लगाने के आधार के रूप में काम कर सकती है।

आइए कल्पना करें कि एक दूसरे के बगल में दो आरी हैं: एक बैंड आरा है और दूसरा एक आरा है। इन दोनों आरी में समान ब्लेड (समान दांत पिच, कोण, आदि) हैं, और समान प्रकार की लकड़ी और समान मोटाई को काटने में समान रूप से सक्षम (समान गति से) हैं। इस मामले में, हम कह सकते हैं कि ये आरी समतुल्य हैं और उनकी काटने की क्षमता (प्रदर्शन किया गया कार्य) समान है। क्या इस तुलना का उपयोग बैंड आरा ब्लेड की घूर्णी गति के संदर्भ में आरा ब्लेड की पारस्परिक गति को व्यक्त करने के लिए किया जा सकता है? निःसंदेह तुमसे हो सकता है! मापे गए एसी करंट (वोल्टेज) को डीसी करंट (वोल्टेज) के समतुल्य "असाइन" करने के लिए एक ही विचार का उपयोग किया जाता है: डीसी और एसी करंट (वोल्टेज) के समान मान समान प्रतिरोध में समान मात्रा में गर्मी पैदा करेंगे (नीचे चित्र देखें):

इन दोनों सर्किटों में समान भार प्रतिरोध (2 ओम) है, जो गर्मी के समान मात्रा में बिजली (50 डब्ल्यू) नष्ट करता है। हालाँकि, पहला सर्किट एसी वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित होता है, और दूसरा डीसी वोल्टेज स्रोत द्वारा। चूंकि एसी वोल्टेज स्रोत 10 वोल्ट डीसी बैटरी के बराबर (लोड को दी गई शक्ति के संदर्भ में) है, हम इसे "10 वोल्ट" एसी स्रोत कहेंगे। अधिक स्पष्टता के लिए, हम इसका मान 10 वोल्ट दर्शाएँगे आरएमएस. संक्षिप्त नाम आरएमएस का अर्थ है " वर्गमूल औसत का वर्ग" या " आरएमएस मूल्य"। मूल माध्य वर्ग मान की गणना के लिए एल्गोरिथ्म सरल है: पूर्वनिर्धारित अवधि (आमतौर पर एक चक्र) के दौरान प्रत्येक डेटा मान को स्वयं से गुणा किया जाता है (वर्ग), और फिर अवधि के दौरान ऐसे सभी मानों का औसत निकाला जाता है (सारांश और फिर कुल से विभाजित) और परिणामी मान से वर्गमूल लिया जाता है।

आरएमएस माप का उपयोग अधिकांश विद्युत कार्यों में किया जाता है (यह एसी वोल्टेज/करंट को डीसी वोल्टेज/करंट, या अन्य एसी वोल्टेज/करंट से संबंधित करने का सबसे अच्छा तरीका है जिनके विभिन्न तरंग रूप हैं)। लेकिन, कुछ मामलों में पीक-टू-पीक माप का उपयोग करना बेहतर होता है। उदाहरण के लिए, पर आवश्यक का निर्धारणतार का आकारजब बिजली स्रोत से लोड तक विद्युत शक्ति पहुंचाने की बात आती है, तो आरएमएस वर्तमान माप का उपयोग करना बेहतर होता है, क्योंकि हमारी मुख्य चिंता तार की संभावित ओवरहीटिंग है, जो बिजली अपव्यय का एक कार्य है क्योंकि वर्तमान प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित होता है। तार। हालाँकि, उच्च-वोल्टेज तारों के इन्सुलेशन का आकलन करते समय, पीक-टू-पीक माप का उपयोग करना सबसे अच्छा है, क्योंकि इस मामले में मुख्य चिंता चरम मूल्यों पर इन्सुलेशन का संभावित "टूटना" है।

शिखर या शिखर-से-शिखर मूल्यों को मापना एक आस्टसीलस्कप के साथ सबसे अच्छा किया जाता है, जो वोल्टेज परिवर्तनों के जवाब में कैथोड रे ट्यूब की तीव्र कार्रवाई के कारण उच्च सटीकता के साथ तरंग शिखरों को पकड़ सकता है। आरएमएस माप एनालॉग मीटर (डी'आर्सोनवल/वेस्टन गैल्वेनोमीटर, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मीटर, इलेक्ट्रोडायनामिक मीटर) से किए जा सकते हैं यदि उन्हें आरएमएस संख्याओं में कैलिब्रेट किया गया हो। क्योंकि इलेक्ट्रोमैकेनिकल मीटरों की यांत्रिक जड़ता और भिगोना प्रभाव औसत एसी करंट/वोल्टेज (आरएमएस के बजाय) के आनुपातिक सुई विक्षेपण उत्पन्न करता है, एनालॉग मीटर को वोल्टेज या करंट को इंगित करने के लिए विशेष रूप से कैलिब्रेट किया जाना चाहिएआरएमएस इकाइयाँ। इस अंशांकन की सटीकता इच्छित तरंग, आमतौर पर साइन तरंग पर निर्भर करती है।

आरएमएस मूल्यों को मापने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रॉनिक मीटर सबसे उपयुक्त हैं। कुछ उपकरण निर्माताविकसित मूल तरीकेकिसी भी आकार के आरएमएस मान निर्धारित करने के लिए लहर की। वे "ट्रू-आरएमएस" डिवाइस बनाते हैं जिसमें एक छोटा प्रतिरोधी हीटिंग तत्व होता है जो मापा जा रहा है के आनुपातिक वोल्टेज द्वारा संचालित होता है। किसी दिए गए तत्व के तापीय प्रभाव को तापीय रूप से मापा जाता है , और सच देता हैअर्थ आरएमएस। यहां बिल्कुल भी गणितीय गणना नहीं की जाती है, सब कुछ भौतिकी के नियमों पर आधारित है। ऐसे माप उपकरणों की सटीकतातरंगरूप पर निर्भर नहीं करता.

सममित तरंगरूपों के लिए, निम्न प्रकार के मानों के बीच सरल रूपांतरण कारक होते हैं: शिखर, शिखर से शिखर (पीक-टू-पीक या आर-आर), व्यावहारिक औसत (औसत या औसत) और मूल माध्य वर्ग ( आरएमएस):

ऊपर सूचीबद्ध एसी करंट/वोल्टेज मानों के अलावा, ऐसे मान भी हैं जो इनमें से कुछ मूलभूत मापों के बीच आनुपातिकता व्यक्त करते हैं। शिखा कारक एसी तरंगें, उदाहरण के लिए, अधिकतम (शिखर) धारा/वोल्टेज मान और इसके मूल माध्य वर्ग (RMS) मान के अनुपात को दर्शाता है। बनाने का कारकएसी करंट/वोल्टेज तरंग मूल माध्य वर्ग (आरएमएस) मान और उसके व्यावहारिक औसत मान का अनुपात है। वर्गाकार तरंग का शिखर कारक और रूप कारक हमेशा 1 होता है क्योंकि इस तरंग का शिखर मान RMS और AVG मान के बराबर होता है। एक साइन तरंग का आरएमएस मान 0.707 और फॉर्म फैक्टर 1.11 (0.707/0.636) होता है। त्रिभुज तरंग का RMS मान 0.577 और फॉर्म फ़ैक्टर 1.15 (0.577/0.5) है।

ध्यान रखें , कि उपरोक्त सभी परिवर्तन केवल पर लागू करें सममित (सही)तरंगरूप आरएमएस और औसतविकृत तरंगरूप संबंधित नहीं हैं वही अनुपात:

ये बहुत समझने योग्य महत्वपूर्ण अवधारणा. यदि आप साइन आरएमएस मानों के लिए कैलिब्रेटेड एनालॉग मीटर का उपयोग कर रहे हैं, तो यह केवल "शुद्ध" साइन तरंग को मापते समय सटीक होगा। अन्य प्रकार की तरंगों को मापते समय, यह आपको सही आरएमएस मान नहीं देगा।

चूंकि साइन तरंग विद्युत माप में सबसे आम है, इसलिए अधिकांश एनालॉग माप उपकरणों को कैलिब्रेट किया जाता है। कृपया ध्यान दें कि यह सीमा केवल साधारण एनालॉग उपकरणों पर लागू होती है, और "ट्रू-आरएमएस" तकनीक वाले उपकरणों पर किसी भी तरह से लागू नहीं होती है।