Măsurarea curenților alternativi

Știți deja că tensiunea alternativă își alternează polaritatea, iar curentul alternativ alternează direcția. De asemenea, știți că urmărind direcțiile curentului alternativ (polaritățile tensiunii AC) în timp, puteți construi un grafic „undă”. De asemenea, puteți calcula viteza acestor alternanțe (frecvență) determinând timpul unei perioade a undei.

Cu toate acestea, încă nu știți cum să determinați magnitudinea curentului sau tensiunii alternative. Când lucrați cu curent continuu (tensiune), astfel de probleme nu apar, deoarece valoarea sa este stabilă. Deci, cum poți măsura o astfel de cantitate care se schimbă constant?

O modalitate de a rezolva această problemă este măsurarea înălțimii vârfului pe forma de undă (vezi figura de mai jos):

O altă modalitate este de a măsura înălțimea totală între vârfurile opuse (vârf la vârf):

Din păcate, ambele metode pot induce în eroare atunci când se compară două tipuri diferite de valuri. De exemplu, undă pătrată cu un vârf de 10 volți va păstra această tensiune pt Mai mult timp decât undă triunghiulară cu același vârf 10 volți. Impactul acestora două tensiuni pe sarcină va fi diferit (vezi imaginea de mai jos):

Sens unic Exprimarea amplitudinii diferitelor forme de undă este media matematică a valorilor tuturor punctelor de pe grafic într-o singură valoare comună. O astfel de măsură este cunoscută sub denumirea de medie a valului. Dacă toate punctele de undă sunt mediate algebric (adică, luați în considerare semnul lor, pozitiv sau negativ), atunci valoarea medie pentru majoritatea undelor va fi egală cu zero, deoarece punctele pozitive ale ciclului complet le compensează pe cele negative (vezi figura de mai jos):

Desigur, acest lucru va fi valabil pentru orice formă de undă care are părți egale deasupra și sub linia zero a graficului. Cu toate acestea, în practică, valoarea medie a unei unde este definită ca media matematică a tuturor punctelor din ciclul său. Cu alte cuvinte, valoarea medie este calculată ținând cont de faptul că punctele din set au valori pozitive (vezi figura de mai jos):

Indicatoarele insensibile la polaritate (răspunzând în mod egal la semiciclurile pozitive și negative ale AC/tensiune) vor înregistra valoarea medie practică a undei, deoarece inerția indicatorului (cauzată de tensiunea arcului) va înregistra forța medie produsă de diferite valori. de curent/tensiune în timp. În schimb, indicatori sensibili la polaritate vor „vibra” sub curent/tensiune AC, indicatorul lor va oscila rapid în jurul zero, indicând adevărata medie (algebrică) a unei unde simetrice. Valoarea „medie” a valului, menționată mai târziu în acest articol, o vom corela cu valoarea medie „practică”, dacă nu se indică altfel.

O altă modalitate de a obține valoarea totală a amplitudinii undei se bazează pe capacitatea acestei unde de a efectua lucrări utile asupra rezistenței la sarcină. Din păcate, o astfel de măsurare a curentului/tensiunii AC va diferi de valoarea „medie” a formei de undă, deoarece puterea disipată la o sarcină dată(lucru făcut pe unitatea de timp) Nu direct proportional valoarea tensiunii sau curent. Puterea va fi proporțională tensiune la pătrat sau curent furnizat către rezistență (P = E 2 / R și P = I 2 R).

Să aruncăm o privire asupra ferăstrăului cu bandă și puzzle, două tipuri de echipamente moderne pentru prelucrarea lemnului. Ambele tipuri de ferăstrău au lame subțiri dintate, acționate de motoare electrice. Cu toate acestea, un ferăstrău cu bandă folosește o mișcare continuă a lamei, în timp ce un ferăstrău puzzle folosește o mișcare alternativă. Compararea AC cu DC poate fi asemănată cu compararea acestor două tipuri de ferăstrău:

Problema descrierii mărimii componentei variabile este prezentă și în această analogie: cum putem exprima viteza de mișcare a lamei de ferăstrău? Pânza ferăstrăului cu bandă se mișcă cu o viteză constantă, ceea ce este echivalent cu o tensiune constantă, a cărei magnitudine este întotdeauna aceeași. Lama ferăstrăului se mișcă înainte și înapoi, iar viteza de mișcare a acestuia se schimbă constant. Mai mult decât atât, mișcarea alternativă a două ferăstrău de tip diferit nu poate fi aceeași. Mișcarea lamei unui ferăstrău poate fi descrisă prin forma unei undă sinusoidală, în timp ce mișcarea lamei unui alt ferăstrău poate fi descrisă prin forma unei undă triunghiulară. Este incorect să se estimeze viteza de mișcare a lamei ferăstrăilor electrice prin valori de vârf; pentru diferite tipuri de ferăstrău, aceste valori vor fi diferite. Fără a aduce atingere celor de mai sus, toate tipurile de ferăstrău fac aceeași muncă (tăierea lemnului), iar o comparație cantitativă a acestei funcții comune poate servi ca bază pentru estimarea vitezei pânzei lor.

Să ne imaginăm că sunt două ferăstrău unul lângă celălalt: unul este un ferăstrău cu bandă, iar celălalt este un puzzle. Ambele aceste ferăstraie au aceleași lame (același pas al dintelui, unghi, etc.) și sunt în mod egal (la aceeași viteză) capabile să taie același tip de lemn și aceeași grosime. În acest caz, putem spune că aceste ferăstraie sunt echivalente, iar abilitățile lor de tăiere (lucrul efectuat) sunt egale. Poate fi folosită această comparație pentru a exprima viteza de alternativă a unei pânze de ferăstrău în termeni de viteza de rotație a unei pânze de ferăstrău? Sigur ca poti! Aceeași idee este folosită pentru a „aloca” un echivalent DC (tensiune) curentului AC măsurat (tensiunii): aceleași valori ale curentului DC și AC (tensiune) vor produce aceeași cantitate de căldură la aceeași rezistență (vezi figura de mai jos):

Ambele circuite au aceleași rezistențe de sarcină (2 ohmi) care disipă aceeași cantitate de putere (50 wați) ca și căldura. Cu toate acestea, primul circuit este alimentat de o sursă de tensiune AC, iar al doilea circuit este alimentat de o sursă de tensiune DC. Deoarece sursa de curent alternativ este echivalentă (în ceea ce privește puterea livrată la sarcină) cu o baterie de 10 volți CC, ne vom referi la ea ca o sursă de curent alternativ de „10 volți”. Pentru o mai mare claritate, vom desemna valoarea sa ca 10 volți. RMS. Abrevierea RMS înseamnă „ Rădăcină medie pătrată" sau " Valoarea RMS". Algoritmul pentru calcularea valorii RMS este simplu: fiecare valoare de date într-o perioadă predeterminată (de obicei un ciclu) este înmulțită cu ea însăși (pătrat), iar apoi toate aceste valori în timpul perioadei sunt mediate (însumate și apoi împărțite cu totalul) iar rădăcina pătrată se ia din valoarea rezultată.

Măsurarea RMS este utilizată în marea majoritate a cazurilor când se lucrează cu electricitate (este cea mai bună modalitate de a raporta valoarea tensiunii / curentului AC la valoarea tensiunii / curentului DC sau la alte valori ale tensiunii / curentului AC\ u200b\u200bcare au forme de undă diferite). Dar, în unele cazuri, este mai bine să utilizați măsurători vârf la vârf. De exemplu, la determinarea necesarului dimensiunea firuluiși pentru furnizarea de energie electrică de la o sursă de alimentare la o sarcină, este mai bine să folosiți o măsurare a curentului RMS, deoarece preocuparea noastră principală va fi posibila supraîncălzire a firului, care este o funcție a disipării puterii atunci când curentul trece prin rezistența cablului. sârmă. Cu toate acestea, atunci când se evaluează izolarea firelor de înaltă tensiune, cel mai bine este să se utilizeze măsurători vârf la vârf, deoarece principala preocupare în acest caz este posibila „defalcare” a izolației tocmai după valorile de vârf.

Măsurătorile vârf sau vârf la vârf se fac cel mai bine cu un osciloscop, care poate capta „crestele” formei de undă cu un grad ridicat de precizie datorită răspunsului rapid al tubului catodic la schimbările de tensiune. Măsurătorile RMS se pot face cu contoare analogice (galvanometre d'Arsonval/Weston, contoare electromagnetice, contoare electrodinamice) dacă sunt calibrate în numere RMS. Deoarece inerția mecanică și efectul de amortizare al contoarelor electromecanice produc deviația indicatorului proporțională cu curentul/tensiunea medie AC (mai degrabă decât RMS), un instrument analog trebuie să fie calibrat în mod special pentru a indica tensiunea sau curentul în RMS unitati. Precizia acestei calibrări depinde de forma de undă dorită, de obicei o undă sinusoidală.

Cel mai bun mod de a măsura valorile RMS este cu contoare electronice special concepute. niste producatorii de instrumente dezvoltat metode originale pentru a determina valoarea RMS a oricărei forme valuri. Ei produc instrumente de clasă „True-RMS” care conțin un element de încălzire rezistiv minuscul alimentat de o tensiune proporțională cu tensiunea măsurată. Efectul termic al unui element dat este măsurat termic , și dă adevăratul sens RMS. Aici nu se fac deloc calcule matematice, totul se bazează pe legile fizicii. Precizia unor astfel de instrumente de măsurare nu depinde de forma de undă.

Pentru formele de undă simetrice, există factori simpli de conversie între următoarele tipuri de valori: vârf, vârf la vârf (vârf la vârf sau R-R), medie practică (Medie sau AVG) și rms ( RMS):

Pe lângă valorile curentului/tensiunii AC enumerate mai sus, există și valori care exprimă proporționalitate între unele dintre aceste măsurători fundamentale. factorul de creastă unde AC, De exemplu, este raportul dintre valoarea maximă (de vârf) curent/tensiune și valoarea medie pătratică (RMS). Factor de formă Forma de undă AC/tensiune este raportul dintre valoarea RMS (Root Mean Square) și valoarea medie practică. Factorul de creastă și factorul de formă al unei unde pătrate sunt întotdeauna 1, deoarece valoarea de vârf a acestei unde este egală cu valorile RMS și AVG. Unda sinusoidală are o valoare RMS de 0,707 și un factor de formă de 1,11 (0,707/0,636). Unda triunghiulară are o valoare RMS de 0,577 și un factor de formă de 1,15 (0,577/0,5).

Ține minte că toate transformările de mai sus se aplica numai la simetric (corect) forme de undă. RMS si rau formele de undă distorsionate nu sunt legate aceleași rapoarte:

Aceasta este foarte concept important de înțeles. Dacă utilizați un contor analogic care este calibrat la valori RMS sinusoidale, acesta va fi precis numai atunci când măsurați o undă sinusoidală "pură". Când măsurați alte tipuri de valuri, nu vă va oferi o valoare RMS reală.

Deoarece forma de undă sinusoidală este cea mai comună în măsurătorile electrice, sub ea sunt calibrate marea majoritate a instrumentelor de măsură analogice. Vă rugăm să rețineți că această limitare se aplică doar instrumentelor analogice simple și nu se aplică în niciun fel instrumentelor cu tehnologie „True-RMS”.