વૈકલ્પિક પ્રવાહના મૂળભૂત પરિમાણો: અવધિ, આવર્તન, તબક્કો, કંપનવિસ્તાર, હાર્મોનિક ઓસિલેશન

વૈકલ્પિક પ્રવાહ એ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે જેની દિશા અને શક્તિ સમયાંતરે બદલાતી રહે છે. સામાન્ય રીતે વૈકલ્પિક વિદ્યુતપ્રવાહની શક્તિ સાઇનસૉઇડલ કાયદા અનુસાર બદલાતી હોવાથી, વૈકલ્પિક પ્રવાહ એ વોલ્ટેજ અને પ્રવાહમાં સાઇનસૉઇડલ વધઘટ છે.

તેથી, સાઇનસૉઇડલ ઇલેક્ટ્રિકલ ઓસિલેશન પર લાગુ થતી દરેક વસ્તુ વૈકલ્પિક પ્રવાહને લાગુ પડે છે. સિનુસોઇડલ ઓસિલેશન એ ઓસિલેશન છે જેમાં ઓસીલેટીંગ વેલ્યુ સાઈન લો અનુસાર બદલાય છે.આ લેખમાં આપણે AC પેરામીટર્સ વિશે વાત કરીશું.

EMF માં ફેરફાર અને આવા સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલા રેખીય લોડના પ્રવાહમાં ફેરફાર એ sinusoidal કાયદાનું પાલન કરશે. આ કિસ્સામાં, વૈકલ્પિક EMFs, વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ અને પ્રવાહોને તેમના મુખ્ય ચાર પરિમાણો દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છે:

• સમયગાળો

• આવર્તન;

• કંપનવિસ્તાર;

• અસરકારક મૂલ્ય.

વધારાના પરિમાણો પણ છે:

• કોણીય આવર્તન;

• તબક્કો;

• તાત્કાલિક મૂલ્ય.

આગળ, આપણે આ બધા પરિમાણોને અલગથી અને એકસાથે જોઈશું.

પીરિયડ ટી.

પીરિયડ - બધી મધ્યવર્તી અવસ્થાઓમાંથી પસાર થવામાં અને ફરીથી તેની પ્રારંભિક સ્થિતિમાં પાછા આવવા માટે ઓસીલેટીંગ કરતી સિસ્ટમ માટે જે સમય લાગે છે.

વૈકલ્પિક પ્રવાહનો સમયગાળો T એ સમય અંતરાલ છે જે દરમિયાન વર્તમાન અથવા વોલ્ટેજ ફેરફારોનું એક સંપૂર્ણ ચક્ર બનાવે છે.

વૈકલ્પિક પ્રવાહનો સ્ત્રોત જનરેટર હોવાથી, સમયગાળો તેના રોટરના પરિભ્રમણની ઝડપ સાથે સંબંધિત છે, અને જનરેટરના વિન્ડિંગ અથવા રોટરના પરિભ્રમણની ઝડપ જેટલી વધારે છે, તેટલો ઓછો સમયગાળો પેદા થતો વૈકલ્પિક EMF અને, તદનુસાર, લોડનો વૈકલ્પિક પ્રવાહ, તે બહાર આવે છે.

સમયગાળો સેકન્ડ, મિલીસેકન્ડ, માઇક્રોસેકન્ડ, નેનોસેકન્ડમાં માપવામાં આવે છે, જે ચોક્કસ પરિસ્થિતિમાં આ વર્તમાન ગણવામાં આવે છે તેના આધારે. ઉપરોક્ત આકૃતિ બતાવે છે કે સતત લાક્ષણિકતા સમયગાળો T હોય ત્યારે વોલ્ટેજ U સમય સાથે કેવી રીતે બદલાય છે.

આવર્તન એફ

ફ્રિક્વન્સી f એ સમયગાળાની પરસ્પર છે અને આંકડાકીય રીતે 1 સેકન્ડમાં વર્તમાન અથવા EMF પરિવર્તનના સમયગાળાની સંખ્યા જેટલી છે. એટલે કે, f = 1 / T. આવર્તનના માપનનું એકમ હર્ટ્ઝ (Hz) છે, જેનું નામ જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી હેનરિક હર્ટ્ઝના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે, જેમણે 19મી સદીમાં ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના વિકાસમાં મહત્વપૂર્ણ યોગદાન આપ્યું હતું. સમયગાળો જેટલો ઓછો, EMF અથવા વર્તમાન ફેરફારની આવર્તન વધારે છે.

આજે રશિયામાં, વિદ્યુત નેટવર્ક્સમાં વૈકલ્પિક પ્રવાહની પ્રમાણભૂત આવર્તન 50 હર્ટ્ઝ છે, એટલે કે, નેટવર્ક વોલ્ટેજની 50 વધઘટ 1 સેકન્ડમાં દેખાય છે.

ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના અન્ય ક્ષેત્રોમાં, ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝનો ઉપયોગ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે 20 kHz અને આધુનિક ઇન્વર્ટર્સમાં વધુ, અને ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના સાંકડા વિસ્તારોમાં કેટલાક MHz સુધી. ઉપરોક્ત આકૃતિમાં તમે જોઈ શકો છો કે એક સેકન્ડમાં 50 સંપૂર્ણ ઓસિલેશન છે, દરેક 0.02 સેકન્ડ અને 1 / 0.02 = 50 ચાલે છે.

સમયાંતરે સાઇનસૉઇડલ વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં ફેરફારોના આલેખ પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના પ્રવાહોમાં એક જ સમયના અંતરાલમાં અલગ-અલગ સંખ્યામાં પીરિયડ્સ હોય છે.

કોણીય આવર્તન

કોણીય આવર્તન — 2pi સેકન્ડમાં બનેલા ઓસિલેશનની સંખ્યા.

એક સમયગાળામાં, સાઇનસૉઇડલ ઇએમએફ અથવા સાઇનસૉઇડલ વર્તમાનનો તબક્કો 2pi રેડિયન અથવા 360 ° દ્વારા બદલાય છે, તેથી વૈકલ્પિક સાઇનસૉઇડલ પ્રવાહની કોણીય આવર્તન બરાબર છે:

2pi સેકન્ડમાં ઓસિલેશનની સંખ્યાનો ઉપયોગ કરો. (1 સેકન્ડમાં નહીં.) તે અનુકૂળ છે કારણ કે ફોર્મ્યુલામાં હાર્મોનિક ઓસિલેશન દરમિયાન વોલ્ટેજ અને વર્તમાનના ફેરફારના નિયમને વ્યક્ત કરવામાં આવે છે, વૈકલ્પિક પ્રવાહના પ્રેરક અથવા કેપેસિટીવ પ્રતિકારને વ્યક્ત કરે છે, અને ઘણામાં અન્ય કેસોમાં ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સી n ગુણક 2pi સાથે મળીને દેખાય છે.

તબક્કો

તબક્કો - અવસ્થા, સામયિક પ્રક્રિયાનો તબક્કો. sinusoidal oscillations ના કિસ્સામાં તબક્કા શબ્દનો વધુ ચોક્કસ અર્થ છે. વ્યવહારમાં, તે સામાન્ય રીતે તબક્કો જ ભૂમિકા ભજવતો નથી, પરંતુ કોઈપણ બે સામયિક પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેનો તબક્કો બદલાય છે.

આ કિસ્સામાં, શબ્દ "તબક્કો" પ્રક્રિયાના વિકાસના તબક્કા તરીકે સમજવામાં આવે છે, અને આ કિસ્સામાં, વૈકલ્પિક પ્રવાહો અને સાઇનુસાઇડલ વોલ્ટેજના સંબંધમાં, તબક્કાને ચોક્કસ ક્ષણે વૈકલ્પિક પ્રવાહની સ્થિતિ કહેવામાં આવે છે. સમય.

આંકડા દર્શાવે છે: તબક્કામાં વોલ્ટેજ U1 અને વર્તમાન I1 નો સંયોગ, એન્ટિફેસમાં વોલ્ટેજ U1 અને U2, તેમજ વર્તમાન I1 અને વોલ્ટેજ U2 વચ્ચેનો તબક્કો શિફ્ટ. તબક્કો શિફ્ટ રેડિયનમાં, સમયગાળાના ભાગોમાં, ડિગ્રીમાં માપવામાં આવે છે.

આ પણ જુઓ: તબક્કો, તબક્કો કોણ અને તબક્કો શિફ્ટ શું છે

કંપનવિસ્તાર અમ અને ઇમ

sinusoidal alternating current અથવા sinusoidal alternating EMF ની તીવ્રતા વિશે બોલતા, EMF અથવા કરંટનું ઉચ્ચતમ મૂલ્ય કંપનવિસ્તાર અથવા કંપનવિસ્તાર (મહત્તમ) મૂલ્ય કહેવાય છે.

કંપનવિસ્તાર - હાર્મોનિક ઓસિલેશન કરતા જથ્થાનું સૌથી મોટું મૂલ્ય (ઉદાહરણ તરીકે, વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં વર્તમાન તાકાતનું મહત્તમ મૂલ્ય, સંતુલન સ્થિતિમાંથી ઓસીલેટીંગ લોલકનું વિચલન), ચોક્કસ મૂલ્યમાંથી ઓસીલેટીંગ જથ્થાનું સૌથી મોટું વિચલન, શરતી રીતે પ્રારંભિક શૂન્ય તરીકે સ્વીકાર્યું.

કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, કંપનવિસ્તાર શબ્દ માત્ર સાઇનુસોઇડલ ઓસિલેશનનો સંદર્ભ આપે છે, પરંતુ તે સામાન્ય રીતે ઉપરોક્ત અર્થમાં તમામ ઓસિલેશન પર લાગુ થાય છે.

જો આપણે અલ્ટરનેટર વિશે વાત કરીએ, તો તેના ટર્મિનલ્સનું EMF સમયગાળા દીઠ બે વાર કંપનવિસ્તાર મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, જેમાંથી પ્રથમ + Em છે, બીજો Em છે, અનુક્રમે, હકારાત્મક અને નકારાત્મક અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન. વર્તમાન I સમાન રીતે વર્તે છે અને તે મુજબ IM દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

હાર્મોનિક સ્પંદનો — ઓસિલેશન જેમાં ઓસીલેટીંગ જથ્થા, જેમ કે ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટમાં વોલ્ટેજ, હાર્મોનિક સિનુસોઇડલ અથવા કોસાઇન કાયદા અનુસાર સમય સાથે બદલાય છે. ગ્રાફિકલી એક sinusoidal વળાંક દ્વારા રજૂ.

વાસ્તવિક પ્રક્રિયાઓ માત્ર હાર્મોનિક ઓસિલેશનનો અંદાજ લગાવી શકે છે. જો કે, જો ઓસિલેશન પ્રક્રિયાના સૌથી લાક્ષણિક લક્ષણોને પ્રતિબિંબિત કરે છે, તો આવી પ્રક્રિયાને હાર્મોનિક ગણવામાં આવે છે, જે ઘણી ભૌતિક અને તકનીકી સમસ્યાઓના ઉકેલને મોટા પ્રમાણમાં સુવિધા આપે છે.

હાર્મોનિક ઓસિલેશનની નજીકની હિલચાલ વિવિધ સિસ્ટમોમાં થાય છે: યાંત્રિક (લોલકના ઓસિલેશન), એકોસ્ટિક (એક ઓર્ગન પાઇપમાં હવાના સ્તંભનું ઓસિલેશન), ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (એલસી સર્કિટમાં ઓસિલેશન), વગેરે.ઓસિલેશનનો સિદ્ધાંત એકીકૃત દૃષ્ટિકોણથી, ભૌતિક પ્રકૃતિમાં અલગ આ ઘટનાઓને ધ્યાનમાં લે છે અને તેમના સામાન્ય ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.

આ વેક્ટરના લંબરૂપ અક્ષ વિશે સતત કોણીય વેગ પર ફરતા વેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને અને તેના મૂળમાંથી પસાર થતા હાર્મોનિક ઓસિલેશનને ગ્રાફિકલી રીતે રજૂ કરવું અનુકૂળ છે. વેક્ટરના પરિભ્રમણની કોણીય વેગ હાર્મોનિક ઓસિલેશનની પરિપત્ર આવર્તનને અનુરૂપ છે.

હાર્મોનિક વાઇબ્રેશનનું વેક્ટર ડાયાગ્રામ

કોઈપણ સ્વરૂપની સામયિક પ્રક્રિયાને વિવિધ ફ્રીક્વન્સી, કંપનવિસ્તાર અને તબક્કાઓ સાથે સરળ હાર્મોનિક ઓસિલેશનની અનંત શ્રેણીમાં વિઘટિત કરી શકાય છે.

સુમેળભર્યું - એક હાર્મોનિક સ્પંદન જેની આવર્તન અમુક અન્ય કંપનની આવર્તન કરતા ઘણી વખત વધારે હોય છે, જેને મૂળભૂત સ્વર કહેવાય છે. હાર્મોનિકની સંખ્યા સૂચવે છે કે તેની આવર્તન મૂળભૂત સ્વરની આવર્તન કરતાં કેટલી વાર વધારે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ત્રીજું હાર્મોનિક એ હાર્મોનિક સ્પંદન છે જે મૂળભૂત સ્વરની આવર્તન કરતાં ત્રણ ગણી વધારે છે).

કોઈપણ સામયિક પરંતુ હાર્મોનિક નહીં (એટલે ​​​​કે, સાઇનસોઇડલથી આકારમાં અલગ) ઓસિલેશનને હાર્મોનિક ઓસિલેશનના સરવાળા તરીકે રજૂ કરી શકાય છે - મૂળભૂત સ્વર અને સંખ્યાબંધ હાર્મોનિકસ. સિનુસોઇડલ કરતાં વધુ માનવામાં આવતું ઓસિલેશન સ્વરૂપમાં અલગ પડે છે, તેમાં વધુ હાર્મોનિક્સ હોય છે.

u અને i નું તાત્કાલિક મૂલ્ય

સમયની ચોક્કસ ક્ષણે EMF અથવા વર્તમાનના મૂલ્યને તાત્કાલિક મૂલ્ય કહેવામાં આવે છે, તે લોઅરકેસ અક્ષરો u અને i દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. પરંતુ આ મૂલ્યો દરેક સમયે બદલાતા હોવાથી, તેમાંથી AC કરંટ અને EMF નો અંદાજ કાઢવો અસુવિધાજનક છે.

I, E અને U ના RMS મૂલ્યો

ઉપયોગી કાર્ય કરવા માટે વૈકલ્પિક પ્રવાહની ક્ષમતા, જેમ કે મોટરના રોટરને યાંત્રિક રીતે ફેરવવું અથવા હીટિંગ ઉપકરણ પર ગરમી ઉત્પન્ન કરવી, ઇએમએફ અને કરંટના અસરકારક મૂલ્યો દ્વારા સહેલાઇથી અંદાજવામાં આવે છે.

તેથી, અસરકારક વર્તમાન મૂલ્ય આવા ડાયરેક્ટ કરંટનું મૂલ્ય કહેવાય છે જે, જ્યારે વિચારણા હેઠળના વૈકલ્પિક પ્રવાહના એક સમયગાળા દરમિયાન વાહકમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે જ યાંત્રિક કાર્ય અથવા આ વૈકલ્પિક પ્રવાહ જેટલી જ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે.

વોલ્ટેજ, emfs અને કરંટના RMS મૂલ્યો મોટા અક્ષરો I, E અને U દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. સાઇનસૉઇડલ વૈકલ્પિક પ્રવાહ અને સાઇનસૉઇડલ વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ માટે, અસરકારક મૂલ્યો છે:

વિદ્યુત નેટવર્કનું વર્ણન કરવા માટે, વર્તમાન અને વોલ્ટેજના અસરકારક મૂલ્યનો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 220-240 વોલ્ટનું મૂલ્ય એ આધુનિક ઘરગથ્થુ સોકેટ્સમાં વોલ્ટેજનું અસરકારક મૂલ્ય છે, અને કંપનવિસ્તાર ઘણું વધારે છે - 311 થી 339 વોલ્ટ સુધી.

વર્તમાન સાથે સમાન, ઉદાહરણ તરીકે જ્યારે તેઓ કહે છે કે ઘરેલું હીટિંગ ઉપકરણમાંથી 8 એમ્પીયરનો પ્રવાહ વહે છે, તો તેનો અર્થ અસરકારક મૂલ્ય છે, જ્યારે કંપનવિસ્તાર 11.3 એમ્પીયર છે.

એક અથવા બીજી રીતે, વિદ્યુત સ્થાપનોમાં યાંત્રિક કાર્ય અને વિદ્યુત ઊર્જા વોલ્ટેજ અને પ્રવાહોના અસરકારક મૂલ્યોના પ્રમાણસર છે. માપન ઉપકરણોનો નોંધપાત્ર ભાગ વોલ્ટેજ અને પ્રવાહોના બરાબર અસરકારક મૂલ્યો દર્શાવે છે.