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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Amplitude, média, efetiva. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante O artigo é dedicado à influência da forma da corrente elétrica em sua ação. Ele também fala sobre medir a tensão e a corrente de várias formas de onda elétricas. Em primeiro lugar, deve-se lembrar que uma corrente elétrica alternada, independentemente de sua forma, é caracterizada por valores de amplitude Iampl (sinônimo de máximo), Iav médio e Ieff efetivo (rms, efetivo). O efeito da corrente em diferentes cargas quando sua forma muda varia de maneiras diferentes. Por exemplo, a corrente de carga de uma bateria durante a transição da retificação de onda completa para a retificação de meia onda única é reduzida pela metade. Se a carga do retificador for um aquecedor, com essa mudança de formato, não a corrente, mas a potência cai pela metade. Como, como você sabe, a potência P é proporcional ao quadrado da corrente (P \u2d IXNUMXR), então, para retificação de meia onda, a corrente não diminui pela metade, mas por A primeira das três grandezas que caracterizam a corrente alternada é a sua valor de picoe Iamp. É igual ao valor instantâneo máximo da corrente para o período de sua mudança. Curiosamente, do ponto de vista do impacto de diferentes formas de corrente em diferentes cargas, a amplitude da corrente é a menos informativa. É por isso que o valor da corrente alternada é determinado comparando sua ação com a da corrente contínua. média o valor de uma corrente alternada é o valor de uma corrente contínua que carrega a mesma carga de eletricidade no mesmo período de tempo que uma corrente alternada. Para uma corrente alternada cuja forma é simétrica em relação ao eixo do tempo (por exemplo, um sinal senoidal), o valor médio da corrente é zero. Portanto, o valor médio é geralmente entendido como média retificada, ou seja, o valor médio da corrente após ela ter sido retificada. O valor médio da corrente caracteriza sua ação, por exemplo, ao carregar uma bateria. Eficaz o valor da corrente alternada é o valor da corrente contínua, que, passando por uma carga linear ativa (digamos, um resistor), libera a mesma quantidade de calor no mesmo período de tempo que a corrente alternada liberará nesta carga. É o valor efetivo da corrente que é importante em relação aos dispositivos de aquecimento. Para caracterizar a forma de sinais periódicos, dois parâmetros são introduzidos: o fator de amplitude ka=Iampl/Ieff e o fator de forma kf=Ieff/Iav.rect. Com a forma de onda mais comum - sinusoidal - os valores considerados são:
Graficamente, o valor médio da corrente alternada é a área sob a curva que caracteriza a dependência da corrente com o tempo. O valor efetivo corresponde à raiz quadrada da área sob a curva que descreve a dependência do quadrado da corrente com o tempo. Na fig. 1 mostra gráficos para um sinal senoidal convencional I(t)/Iampl e seu quadrado (I(t)/Iampl)2. A partir da comparação dos gráficos, pode-se observar que o quadrado da corrente (e a potência instantânea é proporcional a ela) pulsa com o dobro da frequência em relação à corrente. Além disso, o desvio da curva do quadrado da corrente em relação à linha no nível de 0,5 para cima e para baixo é o mesmo. Ao calcular a área sob esta curva, os desvios são compensados, o que significa que é a metade da área sob a linha reta que caracteriza a corrente contínua. Como o valor efetivo da corrente é proporcional à raiz quadrada da área, é óbvio que está em
Infelizmente, a área sob a senóide I(t) / Iampl não pode ser determinada sem o conhecimento do cálculo integral, você terá que acreditar nas proporções acima. Para a tensão de um sinal elétrico alternado, existem os mesmos valores característicos da corrente - amplitude Uampl, Uav médio e Ueff efetivo. A relação entre eles é a mesma. Com uma tensão de rede efetiva de 220 V, a tensão de amplitude é de 311 V, a tensão retificada média é de 198 V. Na prática, um radioamador tem que se deparar com sinais elétricos de várias formas. Vamos considerar alguns deles. Tensão senoidal (Fig. 2, a) com retificação de onda completa (Fig. 2, b) mantém suas características e a tensão média torna-se estritamente igual à retificada média.
Foi dito acima que com retificação de meia onda única (Fig. 2, c), o valor médio da tensão diminui pela metade em comparação com a retificação de onda completa, e o valor efetivo diminui por um fator de. É fácil entender que, se em qualquer controlador de potência um dos N semiciclos for passado para a carga, a tensão média diminui N vezes (a potência na carga diminui na mesma quantidade) e a tensão efetiva - em Meandro (Fig. 2d). Este é o nome de um sinal que é igual ao seu valor máximo na metade do período e zero na outra metade (Fig. 2d). Para ele, o valor médio é igual à metade da amplitude. A potência dissipada pela corrente desta forma na carga é a metade da potência da corrente contínua, portanto o valor efetivo do sinal em trem de pulso retangular (Fig. 2, f) com duração t com período de repetição T. Para tal sinal, existe o conceito de "ciclo de trabalho", que geralmente é denotado pela letra Q e é definido como a razão do período para a duração do pulso: Q = T/t. Como o sinal de corrente desta forma atua Q vezes menos tempo que a corrente contínua, o valor médio do sinal é Q vezes menor que a amplitude e o valor efetivo é sinal de dente de serra (Fig. 2, g, h). Para ele, o valor médio (média retificada para bipolar) é igual à metade da amplitude (a área do triângulo é igual à metade do produto da base pela altura). Para calcular o valor efetivo, é necessário determinar a área sob a parábola que descreve a dependência do quadrado do sinal no tempo. Não é tão fácil calcular essa área; em um cálculo matemático, o valor efetivo é obtido em A mesma relação também é válida para um sinal triangular (Fig. 2i), inclusive bipolar (Fig. 2j). Tensão na saída do controlador de pulso de fase (Fig. 2, l). Sua forma é caracterizada pelo ângulo de condução a, que geralmente pode variar de 0 a
média - eficaz - onde Uampl.s é a tensão de pico da rede na entrada do regulador, e o ângulo a na última fórmula deve ser substituído em radianos. Na fig. A Figura 3 mostra as dependências descritas por essas fórmulas.
Como os instrumentos de medição respondem a diferentes formas de onda? Notamos, antes de tudo, que quase todos os ponteiros e multímetros digitais no modo de medição de tensão e corrente direta determinam o valor médio do sinal em estudo. Os instrumentos do sistema eletromagnético são adequados para medir a tensão e a corrente efetivas - uma imagem do sinal correspondente é plotada em sua escala (Fig. 4, a). Esses dispositivos são comumente usados em vários painéis para controlar a tensão da rede. Eles são relativamente simples e baratos, mas consomem energia significativa, operam em uma faixa de frequência estreita e possuem uma escala não linear.
Dispositivos especiais para medição precisa da tensão efetiva em uma ampla faixa de frequência são complexos e caros. Para determinar o valor da amplitude da tensão, geralmente é usado um retificador de diodo carregado em um voltímetro DC e um capacitor grande (Fig. 4b). A precisão dessa medição é suficiente para uma tensão muito maior que a queda no diodo (cerca de 0,6 V). Ponteiros e multímetros digitais, ao monitorar tensão e corrente alternada, determinam o valor médio retificado e multiplicam pelo fator de forma do sinal senoidal. Como resultado, ao medir uma tensão senoidal, vemos seu valor efetivo no indicador do dispositivo. Com qualquer outra forma de sinais, a interpretação dos resultados das medições com um voltímetro CA é difícil. Por exemplo, ao conectar um voltímetro CA que usa um retificador de meia onda e não possui um capacitor de acoplamento na entrada, ele mostrará zero ou um valor duas vezes maior que o valor efetivo, dependendo da polaridade da conexão ao saída de um retificador de onda completa. Se estiver conectado à saída de um retificador de meia onda, ele mostrará zero ou a tensão efetiva do sinal não retificado. Em ambos os casos, os resultados da medição não são confiáveis. Na presença de um capacitor de acoplamento, a interpretação das leituras é ainda mais difícil. Portanto, para medir tensão unipolar alternada na ausência de instrumentos especializados, um voltímetro DC deve ser usado. Esse voltímetro mede, como já mencionado, a tensão média e, para obter um valor efetivo, suas leituras devem ser multiplicadas pelo fator de forma. E para obter o valor da amplitude, basta multiplicar pelo fator de amplitude. Conhecendo o valor da amplitude da tensão de uma sequência de pulsos retangulares, não é difícil determinar o ciclo de trabalho dos pulsos a partir do resultado da medição do valor médio, o que às vezes é muito conveniente.
A tabela mostra as proporções dos valores médios e efetivos para a amplitude, bem como os coeficientes de forma e amplitude para os sinais considerados.
Autor: S. Biryukov, Moscou
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uma vez! Para evitar tais contradições, os conceitos acima são introduzidos.
vezes
vezes
vezes menor que a amplitude.
. O valor de amplitude da tensão desta forma é
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