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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Amplitude, moyenne, efficace. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant L'article est consacré à l'influence de la forme du courant électrique sur son action. Il parle également de mesurer la tension et le courant des signaux électriques de diverses formes d'onde. Tout d'abord, il convient de rappeler que le courant électrique alternatif, quelle que soit sa forme, est caractérisé par les valeurs d'amplitude Iampl (synonyme - maximum), de Iav moyen et d'effectif Ieff (rms, efficace). L'effet du courant sur différentes charges change différemment lorsque sa forme change. Par exemple, le courant de charge d'une batterie lors du passage du redressement double alternance au redressement demi-alternance est divisé par deux. Si la charge du redresseur est un appareil de chauffage, avec un tel changement de forme, ce n'est pas le courant, mais la puissance qui est réduit de moitié. Puisque, comme on le sait, la puissance P est proportionnelle au carré du courant (P = I2R), alors pour le redressement demi-onde, le courant n'est pas réduit de moitié, mais de La première des trois grandeurs caractérisant le courant alternatif est son valeur d'amplitudee Iampli. Elle est égale à la valeur maximale instantanée du courant pendant la période de son évolution. Curieusement, du point de vue de l'effet du courant de différentes formes sur différentes charges, l'amplitude du courant est la moins informative. C'est pourquoi la valeur du courant alternatif est déterminée en comparant son action avec celle du courant continu. moyenne La valeur CA est la valeur du courant continu qui transporte la même charge d’électricité pendant la même période que le courant alternatif. Pour un courant alternatif dont la forme est symétrique par rapport à l'axe du temps (par exemple un signal sinusoïdal), la valeur moyenne du courant est nulle. Par conséquent, la valeur moyenne est généralement comprise comme la valeur moyenne redressée, c'est-à-dire la valeur moyenne du courant après son redressement. La valeur moyenne du courant caractérise son action, par exemple lors du chargement d'une batterie. Efficace la valeur du courant alternatif est la valeur du courant continu qui, en traversant une charge linéaire active (par exemple une résistance), libère dans le même laps de temps la même quantité de chaleur que le courant alternatif dégagera dans cette charge. C'est la valeur efficace du courant qui est importante par rapport aux appareils de chauffage. Pour caractériser la forme des signaux périodiques, deux paramètres sont introduits : le coefficient d'amplitude ka=Iampl/Ieff et le coefficient de forme kph=Ieff/Iav.ex. Pour la forme de signal la plus courante - sinusoïdale - les valeurs considérées sont :
Graphiquement, la valeur moyenne du courant alternatif est l'aire sous la courbe caractérisant la dépendance du courant au temps. La valeur efficace correspond à la racine carrée de l'aire sous la courbe décrivant la dépendance du carré du courant au temps. En figue. La figure 1 montre des graphiques pour un signal sinusoïdal classique I(t)/Iampl et son carré (I(t)/Iampl)2. D'une comparaison des graphiques, il est clair que le carré du courant (et la puissance instantanée y est proportionnelle) pulse à deux fois la fréquence par rapport au courant. De plus, l'écart de la courbe carrée actuelle par rapport à la ligne au niveau 0,5 vers le haut et vers le bas est le même. Lors du calcul de l'aire sous cette courbe, les écarts sont compensés, ce qui signifie qu'elle est deux fois moins grande que l'aire sous la droite caractérisant le courant continu. Puisque la valeur efficace du courant est proportionnelle à la racine carrée de la surface, il est évident qu'elle est
Malheureusement, l'aire sous la sinusoïde I(t)/Iampl ne peut être déterminée sans connaissance du calcul intégral ; vous devrez vous fier aux rapports ci-dessus. Pour la tension d'un signal électrique alternatif, il existe les mêmes valeurs caractéristiques que pour le courant - amplitude Uampl, Uav moyenne et Ueff efficace. Le lien entre eux est le même. Avec une tension réseau effective de 220 V, la tension crête est de 311 V, la tension redressée moyenne est de 198 V. En pratique, un radioamateur doit gérer des signaux électriques de formes diverses. Examinons quelques-uns d'entre eux. Tension sinusoïdale (Fig. 2, a) avec redressement double alternance (Fig. 2, b) conserve ses caractéristiques et la tension moyenne devient strictement égale à la tension redressée moyenne.
Il a été dit ci-dessus qu'avec le redressement demi-onde (Fig. 2, c), la valeur de tension moyenne diminue de moitié par rapport au redressement pleine onde et la tension effective diminue d'un facteur. Il n'est pas difficile de comprendre que si dans un régulateur de puissance, sur N demi-cycles par charge, un est sauté, la tension moyenne diminue de N fois (la puissance dans la charge diminue du même montant) et la tension effective d'un facteur de Méandre (Fig. 2, d). C'est le nom d'un signal égal à sa valeur maximale pour une moitié de la période et nulle pour l'autre (Fig. 2d). Pour cela, la valeur moyenne est égale à la moitié de l'amplitude. La puissance générée par un courant de cette forme dans la charge est la moitié de celle du courant continu, donc la valeur efficace du signal dans Train d'impulsions rectangulaire (Fig. 2, e) de durée t avec une période de répétition T. Pour un tel signal, il existe la notion de « facteur de service », qui est généralement désigné par la lettre Q et est défini comme le rapport de la période à l'impulsion durée : Q = T/t. Puisqu'un courant de signal de cette forme agit pendant Q fois moins de temps qu'un courant continu, la valeur moyenne du signal est Q fois inférieure à l'amplitude et la valeur efficace est signal en dents de scie (Fig. 2g, h). Pour cela, la valeur moyenne (moyenne rectifiée pour bipolaire) est égale à la moitié de l'amplitude (l'aire du triangle est égale à la moitié du produit de la base et de la hauteur). Pour calculer la valeur efficace, il est nécessaire de déterminer l'aire sous la parabole décrivant la dépendance du carré du signal au temps. Il n'est pas facile de calculer cette surface ; dans un calcul mathématique, la valeur efficace est obtenue en La même relation est vraie pour un signal triangulaire (Fig. 2, i), y compris bipolaire (Fig. 2, j). Tension à la sortie du régulateur d'impulsions de phase (Fig. 2, l). Sa forme est caractérisée par l'angle de conductivité a, qui peut généralement varier de 0 à
moyen - efficace - où Uampl.s est la tension d'amplitude du réseau à l'entrée du régulateur, et l'angle a dans la dernière formule doit être substitué en radians. Sur la fig. La figure 3 montre les dépendances décrites par ces formules.
Comment les instruments de mesure réagissent-ils à des signaux de différentes formes ? Notons tout d'abord que presque tous les multimètres à cadran et numériques en mode de mesure de tension et de courant constants déterminent la valeur moyenne du signal étudié. Les instruments du système électromagnétique conviennent pour mesurer la tension et le courant efficaces - une image du signe correspondant est imprimée sur leur échelle (Fig. 4, a). Ces appareils sont généralement utilisés dans divers panneaux pour surveiller la tension secteur. Ils sont relativement simples et bon marché, mais ils consomment beaucoup d’énergie, fonctionnent dans une plage de fréquences étroite et ont une échelle non linéaire.
Les instruments spéciaux permettant de mesurer avec précision la tension effective sur une large plage de fréquences sont complexes et coûteux. Pour déterminer la valeur d'amplitude de la tension, on utilise généralement un redresseur à diode, chargé sur un voltmètre DC et un gros condensateur (Fig. 4b). La précision d'une telle mesure est suffisante pour des tensions nettement supérieures à la chute aux bornes de la diode (environ 0,6 V). Lors de la surveillance de la tension et du courant alternatifs, les multimètres à cadran et numériques déterminent la valeur moyenne redressée et la multiplient par le facteur de forme du signal sinusoïdal. En conséquence, lors de la mesure d'une tension sinusoïdale sur l'indicateur de l'appareil, nous voyons sa valeur efficace. Avec toute autre forme d’onde, l’interprétation des résultats de mesure du voltmètre CA est difficile. Par exemple, lors de la connexion d'un voltmètre CA utilisant un redresseur demi-onde et n'ayant pas de condensateur de couplage à l'entrée, il affichera à la sortie soit zéro, soit une valeur deux fois supérieure à la valeur effective, selon la polarité de la connexion. du redresseur double alternance. S'il est connecté à la sortie d'un redresseur demi-onde, il affichera soit zéro, soit la tension efficace du signal non redressé. Dans les deux cas, les résultats de mesure ne sont pas fiables. S'il y a un condensateur d'isolement, l'interprétation des lectures est encore plus difficile. Par conséquent, pour mesurer la tension alternative unipolaire en l'absence d'instruments spécialisés, un voltmètre à courant continu doit être utilisé. Un tel voltmètre mesure, comme déjà indiqué, la tension moyenne, et pour obtenir une valeur efficace, ses lectures doivent être multipliées par le facteur de forme. Et pour obtenir la valeur de l'amplitude, il suffit de la multiplier efficacement par le facteur d'amplitude. Connaissant la valeur d'amplitude de la tension d'une séquence d'impulsions rectangulaires, il n'est pas difficile de déterminer le rapport cyclique des impulsions sur la base du résultat de la mesure de la valeur moyenne, ce qui est parfois très pratique.
Le tableau montre le rapport des valeurs moyennes et efficaces à l'amplitude, ainsi que les coefficients de forme et d'amplitude des signaux considérés.
Auteur : S. Biryukov, Moscou
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une fois que! Pour éviter de telles contradictions, les concepts ci-dessus sont introduits.
fois
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