교류 측정

교류 전압은 극성이 바뀌고 교류 전류는 방향이 바뀐다는 것을 이미 알고 있습니다. 또한 시간 경과에 따라 교류 방향(AC 전압 극성)을 추적하여 "파동" 그래프를 작성할 수 있다는 것도 알고 있습니다. 파동의 한 주기의 시간을 결정하여 이러한 교대(주파수)의 속도를 계산할 수도 있습니다.

그러나 여전히 교류 또는 전압의 크기를 결정하는 방법을 모릅니다. 직류(전압)로 작업할 때 값이 안정적이기 때문에 이러한 문제가 발생하지 않습니다. 그렇다면 끊임없이 변화하는 양을 어떻게 측정할 수 있을까요?

이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 파형의 피크 높이를 측정하는 것입니다(아래 그림 참조).

또 다른 방법은 반대쪽 피크 사이의 총 높이를 측정하는 것입니다(피크에서 피크까지).

불행하게도 이 두 가지 방법은 서로 다른 두 유형의 파동을 비교할 때 오해의 소지가 있습니다. 예를 들어, 네모 난 파동최대 10볼트 이 긴장을 유지합니다 더보다 시간 삼각파 같은 정점으로 10볼트. 이들의 영향부하당 2개의 전압 다를 것입니다 (아래 그림 참조):

일방 통행다양한 파형의 진폭을 표현하는 것은 그래프의 모든 점 값을 단일 공통 값으로 수학적 평균화하는 것입니다. 이러한 측정값을 파동 평균이라고 합니다. 모든 웨이브 포인트가 대수적으로 평균화되면(즉, 양수 또는 음수 부호를 고려하면) 전체 주기의 양수 포인트가 음수 포인트를 보상하기 때문에 대부분의 웨이브에 대한 평균값은 0이 됩니다(참조: 아래 그림):

이것은 물론 그래프의 0선 위와 아래에 동일한 부분이 있는 모든 파형에 해당됩니다. 그러나 실제로 웨이브의 평균값은 주기의 모든 지점에 대한 수학적 평균으로 정의됩니다. 즉, 세트의 포인트가 양수 값을 갖는다는 사실을 고려하여 평균값을 계산합니다(아래 그림 참조).

극성에 민감하지 않은 포인터 미터(AC/전압의 양수 및 음수 반주기에 동일하게 응답)는 포인터의 관성(스프링 장력으로 인해 발생)이 다른 값에 의해 생성된 평균 힘을 기록하기 때문에 파동의 실제 평균 값을 기록합니다. 시간에 따른 전류/전압. 반대로 극성에 민감한 포인터 게이지는 AC 전류/전압에서 "진동"하며, 포인터는 대칭 파동의 실제(대수적) 평균을 나타내는 0 주위에서 빠르게 진동합니다. 이 문서의 뒷부분에서 언급되는 파동의 "평균" 값은 달리 명시되지 않는 한 "실제" 평균값과 연관됩니다.

파동 진폭의 전체 값을 얻는 또 다른 방법은 이 파동이 부하 저항에 대해 유용한 작업을 수행하는 능력을 기반으로 합니다. 안타깝게도 이러한 AC 전류/전압 측정은 파형의 "평균" 값과 다릅니다. 소비 전력 주어진 부하에서(업무 완료 시간 단위당)아니다 정비례전압 값 또는 현재. 힘은 비례할 것이다 전압 제곱또는 에 공급되는 전류저항 (P = E 2 / R 및 P = I 2 R).

현대 목공 장비의 두 가지 유형인 띠톱과 직소에 대해 살펴보겠습니다. 두 가지 유형의 톱 모두 전기 모터로 구동되는 얇은 톱니 날이 있습니다. 그러나 띠톱은 날의 연속적인 움직임을 사용하는 반면 직소는 왕복 운동을 사용합니다. AC와 DC를 비교하는 것은 다음 두 가지 유형의 톱을 비교하는 것과 같습니다.

가변 구성 요소의 크기를 설명하는 문제는 다음과 같은 비유에도 있습니다. 직소 블레이드의 이동 속도를 어떻게 표현할 수 있습니까? 띠톱날은 일정한 속도로 움직이며, 이는 일정한 전압과 같으며 그 크기는 항상 동일합니다. 퍼즐의 날은 앞뒤로 움직이며 그 움직임의 속도는 끊임없이 변합니다. 또한 서로 다른 디자인의 두 직소 퍼즐의 왕복 운동은 같을 수 없습니다. 한 직소의 날의 움직임은 사인파 모양으로 설명할 수 있는 반면, 다른 퍼즐의 날의 움직임은 삼각파의 모양으로 설명할 수 있습니다. 피크 값으로 직소 블레이드의 이동 속도를 추정하는 것은 올바르지 않으며 직소 유형에 따라 이 값이 달라집니다. 전술한 내용에도 불구하고 모든 유형의 톱은 동일한 작업(나무 절단)을 수행하며 이 공통 기능의 정량적 비교는 블레이드 속도를 추정하기 위한 기초가 될 수 있습니다.

서로 옆에 두 개의 톱이 있다고 상상해 봅시다. 하나는 띠톱이고 다른 하나는 직소입니다. 이 두 톱은 모두 동일한 블레이드(동일한 톱니 피치, 각도 등)를 가지고 있으며 동일하게(동일한 속도로) 동일한 유형의 목재와 동일한 두께를 절단할 수 있습니다. 이 경우 이러한 톱은 동일하며 절단 능력(수행된 작업)이 동일하다고 말할 수 있습니다. 이 비교를 사용하여 조각톱날의 왕복 속도를 띠톱날의 회전 속도로 표현할 수 있습니까? 물론 당신은 할 수! 동일한 아이디어가 DC 등가물(전압)을 측정된 AC 전류(전압)에 "할당"하는 데 사용됩니다. DC 및 AC 전류(전압)의 동일한 값은 동일한 저항에서 동일한 양의 열을 생성합니다(참조: 아래 그림):

이 두 회로는 동일한 양의 전력(50와트)을 열로 발산하는 동일한 부하 저항(2옴)을 가집니다. 그러나 첫 번째 회로는 AC 전압원에 의해 전원이 공급되고 두 번째 회로는 DC 전압원에 의해 전원이 공급됩니다. AC 소스는 10볼트 DC 배터리와 동일하므로(부하에 전달되는 전력 측면에서) 이를 "10볼트" AC 소스라고 합니다. 더 명확하게 하기 위해 값을 10V로 표시합니다. RMS. 약어 RMS는 " 평균 제곱근" 또는 " RMS 값". RMS 값을 계산하는 알고리즘은 간단합니다. 미리 정해진 기간(일반적으로 1주기) 내의 각 데이터 값에 자체 곱(제곱)한 다음 해당 기간 동안의 모든 값을 평균화합니다(합산한 다음 나눕니다). 합계로) 제곱근은 결과 값에서 가져옵니다.

RMS 측정은 전기로 작업할 때 대부분의 경우에 사용됩니다(AC 전압/전류 값을 DC 전압/전류 값 또는 다른 AC 전압/전류 값과 연결하는 가장 좋은 방법입니다. \ 파형이 다른 u2000). 그러나 경우에 따라 피크 대 피크 측정을 사용하는 것이 더 좋습니다. 예를 들어, ~에 필요한 결정크기 와이어전원에서 부하로 전기를 공급하는 경우 RMS 전류 측정을 사용하는 것이 좋습니다. 왜냐하면 우리의 주요 관심사는 전류가 저항을 통과할 때 전력 손실의 함수인 전선의 과열 가능성이기 때문입니다. 철사. 그러나 고전압 전선의 절연을 평가할 때 피크 대 피크 측정을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이 경우 주요 관심사는 피크 값에 의해 정확하게 절연이 "파괴"될 수 있기 때문입니다.

피크 또는 피크 대 피크 측정은 전압 변화에 대한 음극선관의 빠른 응답으로 인해 높은 정확도로 파형의 "마루"를 캡처할 수 있는 오실로스코프를 사용하여 수행하는 것이 가장 좋습니다. RMS 측정은 RMS 수치로 교정된 경우 아날로그 미터(d'Arsonval/Weston 검류계, 전자기 미터, 전기역학 미터)로 수행할 수 있습니다. 전기 기계식 계량기의 기계적 관성과 댐핑 효과가 평균 AC 전류/전압(RMS가 아닌)에 비례하는 포인터 편향을 생성하기 때문에 아날로그 계측기는 전압 또는 전류를 RMS 단위. 이 보정의 정확도는 의도한 파형(일반적으로 사인파)에 따라 다릅니다.

RMS 값을 측정하는 가장 좋은 방법은 특별히 설계된 전자 미터를 사용하는 것입니다. 일부 악기 제조업체개발 원래 방법모든 형태의 RMS 값을 결정하기 위해 파도. 그들은 측정되는 전압에 비례하는 전압에 의해 구동되는 작은 저항 가열 요소를 포함하는 "True-RMS" 등급 계측기를 만듭니다. 주어진 요소의 열 효과는 열적으로 측정됩니다. , 그리고 참을 준다의미 RMS. 여기서는 수학적 계산이 전혀 이루어지지 않으며 모든 것이 물리 법칙을 기반으로 합니다. 이러한 측정 장비의 정확도파형에 의존하지 않습니다.

대칭 파형의 경우 피크, 피크-피크(피크-피크 또는 R-R), 실제 평균(평균 또는 평균) 및 rms( RMS):

위에 나열된 AC 전류/전압 값 외에도 이러한 기본 측정 중 일부 사이의 비례를 나타내는 값도 있습니다. 파고율 교류파, 예를 들어, RMS(제곱 평균 제곱근) 값에 대한 최대(피크) 전류/전압 값의 비율입니다. 폼 팩터 AC/전압 파형은 실제 평균값에 대한 RMS(Root Mean Square) 값의 비율입니다. 구형파의 파고율과 폼 팩터는 항상 1입니다. 이 파형의 피크 값은 RMS 및 AVG 값과 같기 때문입니다. 사인파의 RMS 값은 0.707이고 폼 팩터는 1.11(0.707/0.636)입니다. 삼각파의 RMS 값은 0.577이고 폼 팩터는 1.15(0.577/0.5)입니다.

명심하십시오 위의 모든 변환 에만 적용 대칭 (올바른)파형. RMS 그리고 의미왜곡된 파형은 관련이 없습니다. 같은 비율:

이것은 매우 이해해야 할 중요한 개념. 사인파 RMS 값으로 보정된 아날로그 미터를 사용하는 경우 "순수한" 사인파를 측정할 때만 정확합니다. 다른 유형의 파동을 측정할 때는 진정한 RMS 값을 제공하지 않습니다.

정현파는 전기 측정에서 가장 일반적이기 때문에 대부분의 아날로그 측정 기기가 교정됩니다. 이 제한은 단순한 아날로그 기기에만 적용되며 "True-RMS" 기술이 적용된 기기에는 적용되지 않습니다.