Parameter dasar arus bolak-balik: periode, frekuensi, fase, amplitudo, osilasi harmonik

Arus bolak-balik adalah arus listrik yang arah dan kekuatannya berubah secara berkala. Karena biasanya kekuatan arus bolak-balik bervariasi sesuai dengan hukum sinusoidal, arus bolak-balik adalah fluktuasi tegangan dan arus sinusoidal.

Oleh karena itu, segala sesuatu yang berlaku untuk osilasi listrik sinusoidal berlaku untuk arus bolak-balik. Osilasi sinusoidal adalah osilasi di mana nilai osilasi berubah sesuai dengan hukum sinus Pada artikel ini kita akan berbicara tentang parameter AC.

Perubahan EMF dan perubahan arus beban linier yang terhubung ke sumber tersebut akan mengikuti hukum sinusoidal. Dalam hal ini, EMF bolak-balik, tegangan dan arus bolak-balik dapat dicirikan oleh empat parameter utamanya:

• periode;

• frekuensi;

• amplitudo;

• nilai efektif.

Ada juga parameter tambahan:

• frekuensi sudut;

• fase;

• nilai langsung.

Selanjutnya, kita akan melihat semua parameter ini secara terpisah dan bersama-sama.

Periode T.

Periode — waktu yang diperlukan sistem yang berosilasi untuk melewati semua keadaan perantara dan kembali ke keadaan awalnya lagi.

Periode T dari arus bolak-balik adalah interval waktu selama arus atau tegangan membuat satu siklus perubahan yang lengkap.

Karena sumber arus bolak-balik adalah generator, periode terkait dengan kecepatan putaran rotornya, dan semakin tinggi kecepatan putaran belitan atau rotor generator, semakin pendek periode EMF bolak-balik yang dihasilkan dan, sesuai, arus beban bolak-balik, ternyata.

Periode diukur dalam detik, milidetik, mikrodetik, nanodetik, tergantung pada situasi tertentu di mana arus ini diperhitungkan. Gambar di atas menunjukkan bagaimana tegangan U berubah dari waktu ke waktu dengan periode karakteristik konstan T.

Frekuensi f

Frekuensi f adalah kebalikan dari periode dan secara numerik sama dengan jumlah periode arus atau perubahan EMF dalam 1 detik. Yaitu, f = 1 / T. Satuan pengukuran frekuensi adalah hertz (Hz), dinamai menurut nama fisikawan Jerman Heinrich Hertz, yang memberikan kontribusi signifikan bagi perkembangan elektrodinamika pada abad ke-19. Semakin pendek periode, semakin tinggi frekuensi EMF atau perubahan arus.

Saat ini di Rusia, frekuensi standar arus bolak-balik dalam jaringan listrik adalah 50 Hz, yaitu 50 fluktuasi tegangan jaringan muncul dalam 1 detik.

Di bidang elektrodinamika lain, frekuensi yang lebih tinggi digunakan, misalnya 20 kHz atau lebih pada inverter modern, dan hingga beberapa MHz di bidang elektrodinamika yang lebih sempit. Pada gambar di atas Anda dapat melihat bahwa ada 50 getaran lengkap dalam satu detik, masing-masing berlangsung selama 0,02 detik dan 1 / 0,02 = 50.

Dari grafik perubahan arus bolak-balik sinusoidal terhadap waktu, terlihat bahwa arus dengan frekuensi yang berbeda mengandung jumlah periode yang berbeda dalam selang waktu yang sama.

Frekuensi sudut

Frekuensi sudut — jumlah osilasi yang dibuat dalam 2pi detik.

Dalam satu periode, fase EMF sinusoidal atau arus sinusoidal berubah sebesar 2pi radian atau 360 °, oleh karena itu frekuensi sudut arus sinusoidal bolak-balik sama dengan:

Gunakan jumlah osilasi dalam 2pi detik (bukan dalam 1 detik) Akan lebih mudah karena dalam rumus yang menyatakan hukum perubahan tegangan dan arus selama osilasi harmonik, menyatakan resistansi induktif atau kapasitif arus bolak-balik, dan dalam banyak kasus lain frekuensi osilasi n muncul bersamaan dengan pengali 2pi.

Fase

Fase — keadaan, tahapan proses periodik. Istilah fase memiliki arti yang lebih pasti dalam kasus osilasi sinusoidal. Dalam praktiknya, biasanya bukan fase itu sendiri yang berperan, tetapi pergeseran fase antara dua proses periodik.

Dalam hal ini, istilah «fase» dipahami sebagai tahapan perkembangan proses, dan dalam hal ini, dalam kaitannya dengan arus bolak-balik dan tegangan sinusoidal, fase tersebut disebut keadaan arus bolak-balik pada saat tertentu di waktu.

Angka-angka menunjukkan: kebetulan tegangan U1 dan arus I1 dalam fasa, tegangan U1 dan U2 dalam antifase, serta pergeseran fasa antara arus I1 dan tegangan U2. Pergeseran fase diukur dalam radian, bagian periode, dalam derajat.

Lihat juga: Apa itu fase, sudut fase, dan pergeseran fase

Amplitudo Um dan Im

Berbicara tentang besarnya arus bolak-balik sinusoidal atau EMF bolak-balik sinusoidal, nilai EMF atau arus tertinggi disebut nilai amplitudo atau amplitudo (maksimum).

Amplitudo — nilai terbesar kuantitas yang melakukan osilasi harmonik (misalnya, nilai maksimum kekuatan arus dalam arus bolak-balik, penyimpangan pendulum osilasi dari posisi kesetimbangan), penyimpangan terbesar kuantitas osilasi dari nilai tertentu, secara kondisional diterima sebagai nol awal.

Sebenarnya, istilah amplitudo hanya mengacu pada osilasi sinusoidal, tetapi biasanya (kurang tepat) diterapkan dalam pengertian di atas untuk semua osilasi.

Jika kita berbicara tentang alternator, maka EMF terminalnya dua kali per periode mencapai nilai amplitudo, yang pertama adalah + Em, yang kedua adalah Em, masing-masing, selama setengah siklus positif dan negatif. Saat ini saya berperilaku serupa dan dilambangkan dengan Im sesuai.

Getaran harmonik — osilasi di mana kuantitas yang berosilasi, seperti tegangan dalam rangkaian listrik, berubah terhadap waktu menurut hukum sinusoidal atau kosinus harmonik. Secara grafis diwakili oleh kurva sinusoidal.

Proses nyata hanya dapat mendekati osilasi harmonik. Namun, jika osilasi mencerminkan fitur proses yang paling khas, maka proses semacam itu dianggap harmonis, yang sangat memudahkan penyelesaian banyak masalah fisik dan teknis.

Gerakan yang mendekati osilasi harmonik terjadi dalam berbagai sistem: mekanis (osilasi pendulum), akustik (osilasi kolom udara dalam pipa organ), elektromagnetik (osilasi dalam sirkuit LC), dll.Teori osilasi mempertimbangkan fenomena ini, berbeda dalam sifat fisik, dari sudut pandang terpadu dan menentukan sifat umumnya.

Lebih mudah untuk merepresentasikan osilasi harmonik secara grafis menggunakan vektor yang berputar dengan kecepatan sudut konstan terhadap sumbu yang tegak lurus terhadap vektor ini dan melewati titik asalnya. Kecepatan sudut rotasi vektor sesuai dengan frekuensi melingkar dari osilasi harmonik.

Diagram vektor getaran harmonik

Proses periodik dalam bentuk apa pun dapat diuraikan menjadi serangkaian osilasi harmonik sederhana tanpa batas dengan frekuensi, amplitudo, dan fase yang berbeda.

Harmonis - getaran harmonik yang frekuensinya beberapa kali lebih besar dari frekuensi getaran lain, yang disebut nada dasar. Angka harmonik menunjukkan berapa kali frekuensinya lebih besar dari frekuensi nada dasar (misalnya, harmonik ketiga adalah getaran harmonik dengan frekuensi tiga kali lebih tinggi dari frekuensi nada dasar).

Setiap osilasi periodik tetapi tidak harmonik (yaitu, berbeda bentuknya dari sinusoidal) dapat direpresentasikan sebagai jumlah osilasi harmonik—nada fundamental dan sejumlah harmonik. Semakin osilasi yang dianggap berbeda dalam bentuk sinusoidal, semakin banyak harmonik yang dikandungnya.

Nilai sesaat dari u dan i

Nilai EMF atau arus pada saat tertentu disebut nilai sesaat, dilambangkan dengan huruf kecil u dan i. Tetapi karena nilai-nilai ini berubah sepanjang waktu, tidak nyaman untuk memperkirakan arus AC dan EMF darinya.

Nilai RMS I, E dan U

Kemampuan arus bolak-balik untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat, seperti memutar rotor motor secara mekanis atau menghasilkan panas pada alat pemanas, diperkirakan dengan mudah dengan nilai efektif ggl dan arus.

Jadi, nilai sekarang yang efektif disebut nilai arus searah yang, ketika melewati konduktor selama satu periode arus bolak-balik yang dipertimbangkan, menghasilkan kerja mekanis yang sama atau jumlah panas yang sama dengan arus bolak-balik ini.

Nilai RMS tegangan, ggl dan arus ditunjukkan dengan huruf kapital I, E dan U. Untuk arus bolak-balik sinusoidal dan untuk tegangan bolak-balik sinusoidal, nilai efektifnya adalah:

Untuk menggambarkan jaringan listrik, lebih mudah menggunakan nilai efektif arus dan tegangan. Misalnya, nilai 220-240 volt adalah nilai tegangan efektif di soket rumah tangga modern, dan amplitudonya jauh lebih tinggi - dari 311 menjadi 339 volt.

Sama halnya dengan arus, misalnya ketika dikatakan bahwa arus 8 ampere mengalir melalui alat pemanas rumah tangga, itu berarti nilai efektif, sedangkan amplitudonya 11,3 ampere.

Dalam satu atau lain cara, kerja mekanik dan energi listrik dalam instalasi listrik sebanding dengan nilai efektif tegangan dan arus. Bagian penting dari alat pengukur menunjukkan dengan tepat nilai efektif tegangan dan arus.