Maiņstrāva: tehnoloģija un pielietojums

Tā kā tehnikā un ikdienas dzīvē liela nozīme ir maiņstrāvai, tad svarīgi ir labi saprast maiņstravas ķēdes likumsakarības. Izradas , ka, elektriskajā ķēdē līdzstrāvas avota vieta ieslēdzot maiņstrāvas avotu ar tādu pašu elekrodzinējspēku, strāvas stiprums kļūst citāds. Tās nozīmē, ka izmainās ķēdes pretestība. Bez tam maiņstrāvas ķēdes rodas fāzu nobīde starp strāvu un spriegumu.

Par maiņstrāvu sauc tādu strāvu, ko vadītājā izraisa gan pēc lieluma, gan pēc virziena periodiski mainīgs elektrodzinējspēks.

Liela nozīme ir maiņstrāvai, kurai momentānā sprieguma u un laika t sakarību izsaka sinusa funkcija:

kur Um – sprieguma maksimālā vērtība, w – maiņstrāvas leņķiskā frekvence. Savukārt

Ja ķēdē ieslēgts sinusoidāla maiņsprieguma avots, tad momentānās strāvas i un laika sakrību,

kur Im=Um|z strāvas maksimālā vērtība (z – ķēdes pilnā pretestība) un φ – fāzu nobīdes leņķis stap strāvu i un spriegumu u.

Aktīva pretestība r. Par aktīvo pretestību sauc pretestību, kuras pārvarēšanai jāpatērē enerģija, kas visa pāriet siltumā (praktiski vara un alumīnija vadiem, ja f=50 Hz, šī pretestība ir tā saucamā omiskā pretestība, ko aprēķina pēc formulas r=p l/S, jo tad var neievērot skinefektu).

Aktīvās pretestības gadījumā strāva un spriegums ķēdē sakrīt fāzē. Aktīvai pretestībai r pieliktais maiņspriegums rada tajā strāvu, kuras lielumu jebkurā momentā nosaka Oma likums:

Ja līdzstrāva, plūstot caur kādu vadītāju, attīsta tādu pašu laika sprīdī (vienā periodā), tad tādas līdstrāvas vērtība ir vienāda ar attiecīgās maiņstrāvas efektīvo vērtību. Sakarība starp strāvas un sprieguma efekīvajām un maksimālajām vērtībām ir šādas:

Aplūkojot tādu spoli, kurai nav omiskās pretestības. Šādai spolei pieliktais spriegums ul vienīgi kompensē pašindukcijas elektrodzinējspēku el , kas inducējas, mainoties strāvai spolē.

Fizikāli to saprotam tā, ka, lai gan spolei ir pielikts spriegums, tomēr strāva vēl nav, jo tieši tajā momentā, kad tā rastos, rodas pašindukcijas elektrodzinējspēks, kas, pēc Lenca likuma, šajā pašā momentā rada strāvu prētējā virzienā (kompensē tiešo strāvu)

Uzrakstot pēdējo formulu par Oma likumu, varam rakstīt, ka ωL=xL , kur xL – induktīvā pretestība.

Praktiski katrai spolei ir arī omiskā pretestība r (arī ķēdei), kas ar šīs pašas spoles induktīvo pretestību xL veido it kā virknes slēgumu.

Strāvas ieslēgšanas brīdī, kad kondensators tikko sāk uzlādēties, tā spriegums uC ir vismazākais, turpretī uzlādes strāva, kas plūst ķēdē, ir vislielākā. Ja kondensators ir uzlādēts, tad tā spriegums uC ir vislielākais, bet strāva vismazākā. Tāpēc spriegums uz kondensatora un strāva caur to nav vienādā fāzē.

Tehnikā ar maiņstrāvu parasti saprot periodisku strāvu, kuras visas vērtības atkārtojas pēc vienāda laika sprīža, ko sauc par periodu (T). Pirmā pusperioda laikā strāvai ir viens virziens, bet otrā pusperiodā – cits, pretējais virziens.