Измерение синусоидальной волны

Показана синусоидальная волнаФорма волны — это график, показывающий изменение, обычно напряжения или тока, со временем.

Серия статей по теории переменного тока
  1. Что такое переменный ток?
  2. Волны переменного тока
  3. Измерение синусоидальной волны
  4. Тест по изученному материалу

На графике ниже, горизонтальная ось показывает течение времени, прогрессируя слева направо. Вертикальная ось показывает измеренную величину:

Характеристики синусоидальной волны

Шестью наиболее важными характеристиками синусоидальной волны являются:

  1. Значение от пика к пику,
  2. Мгновенное значение,
  3. Амплитуда,
  4. Пиковое значение,
  5. Периодическое время и частота,
  6. Среднеквадратичное значение.

Значение от пика к пику

Значение от пика до пика — это расстояние по вертикали между вершиной и низом волны. Оно будет измеряться в вольтах на форме сигнала напряжения и может быть обозначен как VPP или VPK−PK. В форме сигнала тока он будет помечен как IPP или IPK−PK, поскольку I (а не C) используется для представления тока.

Мгновенное значение

Это значение (напряжение или ток) волны в любой конкретный момент времени, который часто выбирается так, чтобы совпасть с каким-то другим событием. Например, мгновенное значение синусоидальной волны на четверть пути через цикл будет равно пиковому значению. Смотрите точку X на графике выше.

Амплитуда

Амплитуда синусоидальной волны — это максимальное достигнутое расстояние по вертикали в любом направлении от центральной линии волны. Поскольку синусоидальная волна симметрична относительно своей центральной линии, амплитуда волны составляет половину от пикового до пикового значения, как показано на графике ниже:

Определение пикового значения

Пиковое значение

Пиковое значение волны — это самое высокое значение, которого достигает волна выше контрольного значения. Обычно используется исходное значение, равное нулю. В форме сигнала напряжения пиковое значение может быть обозначено как VPK или VMAX (IPK или IMAX в форме сигнала тока).

Читать также:  Выпрямительные диоды и светодиоды

Если измеряемая синусоидальная волна симметрична по обе стороны от нуля вольт (или нуля ампер), что означает, что уровень постоянного тока или постоянная составляющая волны равна нулю вольт, то пиковое значение должно совпадать с амплитудой, то есть составлять половину от значения от пика до пика.

Однако это не всегда так, если также присутствует компонент постоянного тока, отличный от нуля вольт, синусоидальная волна будет симметричной относительно этого уровня, а не нуля. Нижняя форма волны на графике выше показывает, что пиковое значение теперь может быть даже больше, чем значение от пика до пика (амплитуда волны, однако, остается прежней и представляет собой разницу между пиковым значением и «центральной линией» формы волны).

Периодическое время и частота

Периодическое время (заданное символом T) — это время в секундах, миллисекундах и т.д., затраченное на один полный цикл волны. С его помощью можно найти частоту волны ƒ, используя формулу:

T =1/ƒ

Таким образом, если периодическое время волны составляет 20 мс (или 1/50 секунды), то за одну секунду должно быть 50 полных циклов волны, т.е., частота 50 Гц. Обратите внимание, что при использовании этой формулы, если периодическое время указано в секундах, частота будет в Гц.

Среднее значение

Обычно под средним значением понимается среднее значение только половины цикла волны. Если бы было взято среднее значение полного цикла, оно, конечно, было бы равно нулю, так как в синусоидальной волне, симметричной относительно нуля, есть равные отклонения выше и ниже нулевой линии.

Читать также:  Что такое электрический конденсатор?

При использовании только половины цикла, как показано на графике ниже, среднее значение (напряжение или ток) всегда составляет 0,637 от пикового значения волны:

VAV = VPK x 0,637

или

IAV = IPK X 0,637

Среднее значение синусоидальной волны

Среднее значение — это значение, которое обычно определяет напряжение или ток, указанные на измерительном приборе. Однако есть некоторые счетчики, которые будут считывать среднеквадратичное значение, они называются «Истинными среднеквадратичными счетчиками».

Среднеквадратичное значение

Среднеквадратичное значение (RMS) — это значение эквивалентного постоянного (неизменного) напряжения или тока, которое обеспечивает цепь такой же энергией, что и измеренная синусоидальная волна. То есть, если синусоидальная волна переменного тока имеет среднеквадратичное значение 240 вольт, она будет обеспечивать цепь той же энергией, что и источник постоянного тока напряжением 240 вольт.

Можно показать, что среднеквадратичное значение синусоидальной волны составляет 0,707 от пикового значения.

VRMS = VPK x 0.707

и

IRMS = IPK x 0.707

Кроме того, пиковое значение синусоидальной волны равно 1,414 x среднеквадратичному значению.

Форм-фактор

Если VAV (0,637637) умножается на 1,11, в результате получается 0,707, что является среднеквадратичным значением. Это различие называется форм-фактором волны, и соотношение 1.11 верно только для идеальной синусоидальной волны. Если волна имеет какую-то другую форму, изменится либо среднеквадратичное, либо среднее значение (или и то, и другое), а также соотношение между ними. Это важно при измерении напряжения переменного тока с помощью счетчика, поскольку это среднее значение, которое фактически измеряет большинство счетчиков.

Однако они отображают среднеквадратичное значение, просто умножив напряжение на 1,11. Поэтому, если измеряемая волна переменного тока не является идеальной синусоидальной волной, показания будут немного неправильными.

Читать также:  Реактивное сопротивление

Сетевой (линейный) источник питания

Чтобы продемонстрировать некоторые из этих характеристик при использовании, рассмотрим очень распространенную синусоидальную волну, сетевую или линейную форму сигнала, которая во многих частях мира составляет номинальное напряжение 230 В.

Этикетка

Электрическое оборудование, которое подключается к электросети, всегда имеет этикетку с информацией о том, к какому источнику питания может быть подключено оборудование. Эти метки имеют довольно различный внешний вид, но часто на них изображена синусоидальная волна, указывающая на необходимость использования источника переменного тока.

Указанное напряжение будет составлять 230 В в России (или 120 В в США) или диапазон напряжений, включающий на эти значения. Эти напряжения фактически относятся к среднеквадратичному значению синусоидальной волны сети. На этикетке также указано, что частота источника питания составляет 50 Гц в Европе или 60 Гц в США.

Из этого небольшого объема информации могут быть выведены другие значения:

  • Пиковое напряжение формы сигнала, VPK = VRMS x 1.414
  • Среднее значение формы сигнала, как VAV = VPK x 0.637
  • Пиковое значение формы сигнала от пика к пику — это в два раза больше амплитуды, которая (поскольку форма сетевого сигнала симметрична относительно нуля вольт) равна тому же значению, что и VPK. Потому что VPK = VРР = VPK x 2
  • Периодическое время задается через T =1/ƒ

Чтобы проверить свои знания о волнах переменного тока, пройдите тест.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий