Parâmetros básicos da corrente alternada: período, frequência, fase, amplitude, oscilações harmônicas

A corrente alternada é uma corrente elétrica cuja direção e força mudam periodicamente. Como geralmente a força da corrente alternada varia de acordo com uma lei senoidal, a corrente alternada é uma flutuação senoidal na tensão e na corrente.

Portanto, tudo o que se aplica às oscilações elétricas senoidais é aplicável à corrente alternada. As oscilações senoidais são oscilações nas quais o valor oscilante muda de acordo com a lei dos senos.Neste artigo falaremos sobre os parâmetros AC.

A mudança na EMF e a mudança na corrente de uma carga linear conectada a tal fonte seguirá uma lei senoidal. Nesse caso, EMFs alternados, tensões e correntes alternadas podem ser caracterizados por seus quatro parâmetros principais:

• período;

• frequência;

• amplitude;

• valor efetivo.

Existem também parâmetros adicionais:

• frequência angular;

• Estágio;

• valor imediato.

A seguir, veremos todos esses parâmetros separadamente e juntos.

Período T.

Período — o tempo que um sistema que está oscilando leva para passar por todos os estados intermediários e retornar ao seu estado inicial novamente.

O período T de uma corrente alternada é o intervalo de tempo durante o qual a corrente ou tensão faz um ciclo completo de mudanças.

Como a fonte de corrente alternada é um gerador, o período está relacionado à velocidade de rotação de seu rotor, e quanto maior a velocidade de rotação do enrolamento ou rotor do gerador, menor o período da EMF alternada gerada e, consequentemente, a corrente alternada da carga, ao que parece.

O período é medido em segundos, milissegundos, microssegundos, nanossegundos, dependendo da situação particular em que esta corrente é considerada. A figura acima mostra como a tensão U muda ao longo do tempo enquanto tem um período característico constante T.

Frequência f

A frequência f é o recíproco do período e é numericamente igual ao número de períodos de mudança de corrente ou EMF em 1 segundo. Ou seja, f = 1 / T. A unidade de medida da frequência é o hertz (Hz), em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz, que deu uma contribuição significativa para o desenvolvimento da eletrodinâmica no século XIX. Quanto mais curto o período, maior a frequência do EMF ou mudança de corrente.

Hoje na Rússia, a frequência padrão da corrente alternada nas redes elétricas é de 50 Hz, ou seja, 50 flutuações da tensão da rede aparecem em 1 segundo.

Em outras áreas da eletrodinâmica, frequências mais altas são usadas, por exemplo, 20 kHz e mais em inversores modernos, e até vários MHz em áreas mais restritas da eletrodinâmica. Na figura acima você pode ver que existem 50 oscilações completas em um segundo, cada uma com duração de 0,02 segundos e 1/0,02 = 50.

A partir dos gráficos de mudanças na corrente alternada senoidal ao longo do tempo, pode-se ver que as correntes de diferentes frequências contêm um número diferente de períodos no mesmo intervalo de tempo.

Frequência angular

Frequência angular — o número de oscilações feitas em 2pi seg.

Em um período, a fase do EMF senoidal ou corrente senoidal muda em 2pi radianos ou 360 °, portanto, a frequência angular da corrente senoidal alternada é igual a:

Use o número de oscilações em 2pi seg. (não em 1 seg.) É conveniente porque nas fórmulas que expressam a lei da mudança de tensão e corrente durante as oscilações harmônicas, expressando a resistência indutiva ou capacitiva da corrente alternada e em muitos em outros casos a frequência de oscilação n aparece junto com o multiplicador 2pi.

Estágio

Fase — estado, estágio de um processo periódico. O termo fase tem um significado mais definido no caso de oscilações senoidais. Na prática, geralmente não é a própria fase que desempenha um papel, mas a mudança de fase entre quaisquer dois processos periódicos.

Neste caso, o termo «fase» é entendido como uma etapa do desenvolvimento do processo, e neste caso, em relação às correntes alternadas e tensões senoidais, a fase é chamada de estado da corrente alternada em um determinado momento em tempo.

As figuras mostram: a coincidência da tensão U1 e corrente I1 em fase, tensão U1 e U2 em antifase, bem como o deslocamento de fase entre a corrente I1 e a tensão U2. A mudança de fase é medida em radianos, partes de um período, em graus.

Veja também: O que é fase, ângulo de fase e mudança de fase

Amplitude Um e Im

Falando da magnitude da corrente alternada senoidal ou EMF alternada senoidal, o valor mais alto de EMF ou corrente é chamado de amplitude ou valor de amplitude (máximo).

Amplitude - o maior valor da quantidade que realiza oscilações harmônicas (por exemplo, o valor máximo da intensidade da corrente em corrente alternada, o desvio do pêndulo oscilante da posição de equilíbrio), o maior desvio da quantidade oscilante de um determinado valor, condicionalmente aceito como zero inicial.

Estritamente falando, o termo amplitude refere-se apenas a oscilações senoidais, mas geralmente (não muito corretamente) é aplicado no sentido acima a todas as oscilações.

Se falamos de um alternador, então o EMF de seus terminais duas vezes por período atinge um valor de amplitude, o primeiro dos quais é + Em, o segundo é Em, respectivamente, durante os semiciclos positivo e negativo. A corrente I se comporta de maneira semelhante e é denotada por Im de acordo.

vibrações harmônicas — oscilações nas quais uma quantidade oscilante, como a tensão em um circuito elétrico, muda com o tempo de acordo com uma lei harmônica senoidal ou cosseno. Representado graficamente por uma curva senoidal.

Processos reais podem apenas aproximar oscilações harmônicas. No entanto, se as oscilações refletem as características mais características do processo, esse processo é considerado harmônico, o que facilita muito a solução de muitos problemas físicos e técnicos.

Os movimentos próximos às oscilações harmônicas ocorrem em vários sistemas: mecânico (oscilações de um pêndulo), acústico (oscilações de uma coluna de ar em um tubo de órgão), eletromagnético (oscilações em um circuito LC), etc.A teoria das oscilações considera esses fenômenos, de natureza física diferente, de um ponto de vista unificado e determina suas propriedades comuns.

É conveniente representar graficamente as oscilações harmônicas usando um vetor girando com velocidade angular constante em torno de um eixo perpendicular a esse vetor e passando por sua origem. A velocidade angular de rotação do vetor corresponde à frequência circular da oscilação harmônica.

Diagrama vetorial de uma vibração harmônica

Um processo periódico de qualquer forma pode ser decomposto em uma série infinita de oscilações harmônicas simples com diferentes frequências, amplitudes e fases.

Harmonioso — uma vibração harmônica cuja frequência é um número inteiro de vezes maior que a frequência de alguma outra vibração, chamada de tom fundamental. O número do harmônico indica quantas vezes sua frequência é maior que a frequência do tom fundamental (por exemplo, o terceiro harmônico é uma vibração harmônica com frequência três vezes maior que a frequência do tom fundamental).

Quaisquer oscilações periódicas, mas não harmônicas (isto é, diferentes em forma de senoidais), podem ser representadas como uma soma de oscilações harmônicas - o tom fundamental e vários harmônicos. Quanto mais a oscilação considerada difere em forma de uma senoidal, mais harmônicos ela contém.

Valor instantâneo de u e i

O valor do EMF ou corrente em um determinado momento é chamado de valor instantâneo, eles são denotados por letras minúsculas u e i. Mas como esses valores mudam o tempo todo, é inconveniente estimar as correntes CA e EMFs a partir deles.

Valores RMS de I, E e U

A capacidade da corrente alternada de realizar um trabalho útil, como girar mecanicamente o rotor de um motor ou produzir calor em um dispositivo de aquecimento, é convenientemente estimada pelos valores efetivos de fems e correntes.

Então, valor presente efetivo é chamado o valor de tal corrente contínua que, ao passar por um condutor durante um período da corrente alternada considerada, produz o mesmo trabalho mecânico ou a mesma quantidade de calor que essa corrente alternada.

Os valores eficazes das tensões, fems e correntes são indicados pelas letras maiúsculas I, E e U. Para corrente alternada senoidal e para tensão alternada senoidal, os valores efetivos são:

Para descrever redes elétricas, é conveniente usar o valor efetivo de corrente e tensão. Por exemplo, um valor de 220-240 volts é o valor efetivo da tensão nas tomadas domésticas modernas e a amplitude é muito maior - de 311 a 339 volts.

O mesmo com a corrente, por exemplo, quando dizem que passa uma corrente de 8 amperes por um aquecedor doméstico, significa um valor efetivo, enquanto a amplitude é de 11,3 amperes.

De uma forma ou de outra, o trabalho mecânico e a energia elétrica nas instalações elétricas são proporcionais aos valores efetivos de tensões e correntes. Uma parte significativa dos dispositivos de medição mostra exatamente os valores efetivos de tensões e correntes.