Cateva notiuni generale
Graficul curentului alternativ produs de un generator (alternator) electromecanic este sinusoidal (forma de unda);
Perioada reprezinta timpul, luat din oricare punct al graficului formei de unda pana in punctul in care acesta incepe sa se repete, masurat in secunde.
Frecventa este numarul perioadelor efectuate de o forma de unda intr-un interval de o secunda si se masoara in Hertz (Hz); 1 Hz este egal cu o perioada efectuata intr-un interval de o secunda.
f = 1/T
Forme de unda sinusoidale
Datorita modului de producere al energiei electrice, unda produsa de modificarea continua a polaritatii tensiunii, are o forma sinusoidala, precum in figura alaturata.
Motivul pentru care generatorul produce curent alternativ se datoreaza modului sau fizic de functionare. Tensiunea produsa de stator (infasurarile stationare) datorita miscarii rotorului (magnetului rotativ) este proportionala cu rata variatiei fluxului magnetic perpendicular pe infasurari (legea inductiei electromagnetice). Aceasta rata de variatie este maxima atunci cand polii magnetului se afla in imediata apropiere a infasurarilor, iar valoarea ei este minima atunci cand acestia se afla la distanta maxima fata de infasurari. Matematic, rata variatiei fluxului magnetic datorita unui magnet rotativ, urmareste graficul functiei sinus, astfel ca tensiunea produsa de infasurari este descrisa de aceeasi functie.
Perioada unei functii
Daca urmarim variatia tensiunii produsa de infasurarile unui generator din oricare punct de pe graficul functiei (sinus in acest caz) pana in momentul in care graficul incepe sa se repete, spunem ca s-a efectuat exact o perioada a acelei functii.
Matematic, perioada unei functii se noteaza cu T. Acest concept este cel mai usor de vizualizat intre valorile maxime ale functiei, dar poate la fel de bine sa fie luat in considerare intre oricare puncte ale acestuia. Valorile unghiurilor de pe axa orizontala desemneaza domeniul functiei trigonometrice sinus, dar si pozitia unghiulara a axului alternatorului aflat in miscare.
Din moment ce axa orizontala a graficului desemneaza trecerea timpului, precum si pozitia axului alternatorului in grade, unitatea de masura folosita pentru marcarea unei perioade este timpul, in majoritatea cazurilor masurat in secunde sau fractiuni de secunda. Perioada unei unde, masurata in grade, este tot timpul 360, dar timpul ocupat de o singura perioada depinde de rata variatiei tensiunii de la o polaritate spre cealalta.
Frecventa
O metoda si mai des folosita pentru a descrie alternanta curentului alternativ este exact rata acestei oscilatii, denumita frecventa, notata matematic cu f. Unitatea de masura pentru frecventa este Hertz-ul (prescurtat Hz), si reprezinta numarul de perioade complete intr-un interval de o secunda. In Europa, frecventa standard folosita este de 50 Hz, ceea ce se traduce prin faptul ca tensiunea alternativa oscileaza cu o rata de 50 de perioade la fiecare secunda. O statie de transmisie radio ce foloseste o frecventa de 100 MHz genereaza tensiune alternativa ce oscileaza cu o rata de 100 de milioane de perioade pe secunda.
Matematic, perioada si frecventa sunt marimi reciproce, frecventa fiind egala cu inversul perioadei (f = 1/T). De exemplu, pentru o perioada T = 16 ms, frecventa f = 1/16 = 62.5 Hz. Instrumentul folosit pentru vizualizarea formelor de unda (a variatiei tensiunii sau curentului cu timpul) se numeste osciloscop.
Alte forme de unda
Desi generatoarele electromecanice si multe alte fenomene fizice produc in mod natural forme de unda sinusoidale, acestea nu sunt singurele forme de unde alternative existente. Exista o varietate de unde alternative produse de circuitele electronice. Alaturat sunt cateva exemple.
Acestea nu sunt insa singurele tipuri de forme de unda existente, ci doar cateva dintre cele mai comune. Chiar si circuitele considerate sinusoidale, dreptunghiulare sau triunghiulare pure nu sunt perfecte in realitate. Unele forme de unda sunt atat de complexe incat nu pot fi clasificate. General vorbind, orice forma de unda ce se apropie de o forma sinusoidala este denumita ca atare, toate celelalte fiind denumite ne-sinusoidale. Forma undei de tensiune sau curent are o importanta cruciala asupra comportamentului unui circuit si trebuie sa fim prin urmare atenti la diferitele forme de unda existente in practica.
Bibliografie / Surse:
Tony R. Kuphaldt – Introducere in circuite electrice si electronice
Articolul de fata, face parte din varianta romaneasca a volumului de „Curent alternativ”, al doilea din seria lucrarilor „Lessons in Electric Circuits” scrise de Tony R. Kuphaldt.
Da, cand am pus mana prima oara pe un osciloscop eram la scoala, in timp am lucrat cu mai multe aparate capabile sa ne arate o forma de unda, diferite caracteristici.
Dupa cateva experiente cu osciliscopul am ajuns la concluzia ca pentru a vizualiza anumiti parametri la un amplificator audio, testele cu semnal sinusoidal sunt depasite, un semnal dreptunghiular este mult mai precis, se vad deformatiile, daca semnalul este agatat, intarziat, turtit.
Mai aud exprimari despre montaje care fac din CC in CA, care au la iesire o caracteristica de sinus perfect. Sursele in comutatie, sursele cu RC, au randamentul mai bun cu un semnal dreptunghiular. Despre asta e vorba in a vedea o caracteristica a unei tensiuni.
Foarte bine spus, intr-adevar sunt diferente de forma de unda intre modelul teoretic si cel practic.
Am mici rezerve în legătură cu prevalența dreptunghiularului asupra sinusoidalului în verificările echipamentelor audio pe osciloscop. Evident, nu neg utilitatea (nu am încercat încă, însă sigur o voi face în curând) dar, în definitiv, pe un echipament AUDIO nu prea redăm semnale dreptunghiulare… Aș zice că a fi competent să faci astfel de testări cu ambele tipuri de semnal poate fi un plus pentru oricine. Ar fi interesant să vedem cum e și cu cel triunghiular sau dinte de ferăstrău…