Periode und Frequenz des Wechselstroms
Unter dem Begriff „elektrischer Wechselstrom“ ist ein Strom zu verstehen, der sich im Laufe der Zeit in irgendeiner Weise ändert, entsprechend dem in der Mathematik eingeführten Konzept der „variablen Größe“. In der Elektrotechnik bezeichnete der Begriff „elektrischer Wechselstrom“ jedoch einen elektrischen Strom, der in eine Richtung fließt (im Gegensatz zu …). elektrischer Strom mit konstanter Richtung) und damit in der Größe, da es physikalisch unmöglich ist, sich Richtungsänderungen des elektrischen Stroms ohne entsprechende Größenänderungen vorzustellen.
Die Bewegung von Elektronen in einem Leiter, zunächst in die eine und dann in die andere Richtung, wird als Wechselstromschwingung bezeichnet. Auf die erste Schwingung folgt die zweite, dann die dritte usw. Wenn der Strom im Draht um ihn herum schwingt, entsteht eine entsprechende Schwingung des Magnetfeldes.
Die Zeit einer Schwingung wird als Periode bezeichnet und mit dem Buchstaben T bezeichnet. Die Periode wird in Sekunden oder in Sekundenbruchteilen ausgedrückt.Diese sind: Eine Tausendstelsekunde ist eine Millisekunde (ms) gleich 10-3 s, eine Millionstelsekunde ist eine Mikrosekunde (μs) gleich 10-6 s und eine Milliardstelsekunde ist eine Nanosekunde (ns). ) gleich 10 -9 s.
Charakteristische wichtige Größe Wechselstrom, ist die Frequenz. Sie stellt die Anzahl der Schwingungen bzw. die Anzahl der Perioden pro Sekunde dar und wird mit dem Buchstaben f oder F bezeichnet. Die Einheit der Frequenz ist das Hertz, benannt nach dem deutschen Wissenschaftler G. Hertz und mit den Buchstaben Hz (oder Hz) abgekürzt. Tritt in einer Sekunde eine vollständige Schwingung auf, beträgt die Frequenz ein Hertz. Wenn innerhalb einer Sekunde zehn Schwingungen auftreten, beträgt die Frequenz 10 Hz. Häufigkeit und Zeitraum sind reziprok:
Und
Bei einer Frequenz von 10 Hz beträgt die Periode 0,1 s. Und wenn die Periode 0,01 s beträgt, beträgt die Frequenz 100 Hz.
Die Frequenz ist die wichtigste Eigenschaft des Wechselstroms. Elektrische Maschinen und Wechselstromgeräte können nur mit der Frequenz normal funktionieren, für die sie ausgelegt sind. Der Parallelbetrieb von Stromgeneratoren und Stationen in einem gemeinsamen Netz ist nur bei gleicher Frequenz möglich. Daher ist in allen Ländern die Frequenz des von Kraftwerken erzeugten Wechselstroms gesetzlich standardisiert.
In einem Wechselstromnetz beträgt die Frequenz 50 Hz. Der Strom fließt fünfzig Mal pro Sekunde in die eine Richtung und fünfzig Mal in die entgegengesetzte Richtung. Es erreicht seinen Amplitudenwert hundertmal pro Sekunde und wird hundertmal gleich Null, das heißt, es ändert hundertmal seine Richtung, wenn es den Nullwert überschreitet. An das Netzwerk angeschlossene Lampen gehen hundertmal pro Sekunde aus und leuchten genauso oft heller, das Auge bemerkt dies jedoch aufgrund der visuellen Trägheit, also der Fähigkeit, die empfangenen Eindrücke etwa 0,1 s lang zu behalten, nicht.
Bei der Berechnung mit Wechselströmen verwenden sie auch die Kreisfrequenz, die 2pif oder 6,28f beträgt. Sie sollte nicht in Hertz, sondern im Bogenmaß pro Sekunde ausgedrückt werden.
Bei der akzeptierten Frequenz des Industriestroms von 50 Hz beträgt die maximal mögliche Drehzahl des Generators 50 U/s (p = 1). Für diese Drehzahl werden Turbinengeneratoren gebaut, also Generatoren, die von Dampfturbinen angetrieben werden. Die Drehzahl der Wasserturbinen und der von ihnen angetriebenen Wasserstoffgeneratoren hängt von den natürlichen Bedingungen (hauptsächlich vom Druck) ab und schwankt in weiten Grenzen und sinkt manchmal auf 0,35 – 0,50 Umdrehungen/Sek.
Die Anzahl der Umdrehungen hat großen Einfluss auf die wirtschaftlichen Kennzahlen der Maschine – Abmessungen und Gewicht. Hydrogeneratoren mit wenigen Umdrehungen pro Sekunde haben einen drei- bis fünfmal größeren Außendurchmesser und wiegen ein Vielfaches mehr als Turbinengeneratoren mit gleicher Leistung n = 50 Umdrehungen. Bei modernen Lichtmaschinen dreht sich ihr Magnetsystem und die Drähte, in denen EMF induziert wird, sind im stationären Teil der Maschine platziert.
Wechselströme werden normalerweise nach der Frequenz geteilt. Ströme mit einer Frequenz von weniger als 10.000 Hz werden als niederfrequente Ströme (NF-Ströme) bezeichnet. Bei diesen Strömen entspricht die Frequenz der Frequenz der verschiedenen Klänge der menschlichen Stimme oder von Musikinstrumenten, weshalb sie auch als Tonfrequenzströme bezeichnet werden (mit Ausnahme von Strömen mit einer Frequenz unter 20 Hz, die nicht den Tonfrequenzen entsprechen). . In der Funktechnik werden häufig niederfrequente Ströme eingesetzt, insbesondere bei der Funkübertragung.
Die Hauptrolle in der Funkkommunikation spielen jedoch Wechselströme mit einer Frequenz über 10.000 Hz, sogenannte Hochfrequenzströme oder Radiofrequenzen (HF-Ströme).Um die Frequenz dieser Ströme zu messen, werden die folgenden Einheiten verwendet: Kilohertz (kHz), gleich tausend Hertz, Megahertz (MHz), gleich einer Million Hertz, und Gigahertz (GHz), gleich einer Milliarde Hertz. Ansonsten stehen Kilohertz, Megahertz und Gigahertz für kHz, MHz, GHz. Ströme mit einer Frequenz von Hunderten von Megahertz und höher werden als Ultrahoch- oder Ultrahochfrequenzströme (UHF und UHF) bezeichnet.
Radiosender arbeiten mit HF-Wechselströmen mit einer Frequenz von mehreren hundert Kilohertz und höher. In der modernen Funktechnik werden Ströme mit einer Frequenz von mehreren Milliarden Hertz für spezielle Zwecke genutzt und es gibt Geräte, die solche ultrahohen Frequenzen genau messen können.