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Wechselspannungen lassen sich einfacher und kostengünstiger über weite Strecken übertragen als Gleichspannungen, da Wechselspannungen mittels Transformatoren herauf- oder herabgesetzt werden können. Da in Flugzeugen immer mehr Aggregate elektrisch betrieben werden, sind die Leistungsanforderungen so hoch, dass durch den Einsatz von Wechselstrom (insbesondere bei großen Transportflugzeugen) eine Reihe von Vorteilen realisiert werden können. Platz und Gewicht können eingespart werden, da AC-Geräte, insbesondere Motoren, kleiner und einfacher sind als DC-Geräte. Bei den meisten AC-Motoren sind keine Bürsten erforderlich, und sie erfordern weniger Wartung als DC-Motoren. Leistungsschalter arbeiten zufriedenstellend unter Lasten in großen Höhen in einem Wechselstromsystem, während die Lichtbogenbildung bei Gleichstromsystemen so übermäßig ist, dass Leistungsschalter häufig ausgetauscht werden müssen. Schließlich haben die meisten Flugzeuge, die ein 24-Volt-Gleichstromsystem verwenden, eine spezielle Ausrüstung, die eine gewisse Menge an 400-Zyklen-Wechselstrom erfordert. Für diese Flugzeuge wird eine als Wechselrichter bezeichnete Einheit verwendet, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Wechselstrom ändert sich ständig in Wert und Polarität oder, wie der Name schon sagt, alternierend. Abbildung 1 zeigt einen grafischen Vergleich von DC und AC.
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| Abbildung 1. DC- und AC-Spannungskurven |
Die Polarität von DC ändert sich nie, und die Polarität und Spannung ändern sich ständig in AC. Es sollte auch beachtet werden, dass sich der AC-Zyklus in gegebenen Intervallen wiederholt. Bei Wechselstrom beginnen sowohl Spannung als auch Strom bei Null, steigen an, erreichen eine Spitze, nehmen dann ab und kehren die Polarität um. Wenn man dieses Konzept graphisch darstellt, wird es leicht, die alternierende Wellenform zu sehen. Diese Wellenform wird typischerweise als Sinuswelle bezeichnet.
Definitionen
Werte von AC
Es gibt drei AC-Werte, die sowohl für Spannung als auch für Strom gelten. Diese Werte helfen bei der Definition der Sinuswelle und werden als „Momentan“, „Spitze“ und „Effektiv“ bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass sich der Text während der Erörterung dieser Begriffe auf Spannung bezieht. Aber denken Sie daran, die Werte gelten für Spannung und Strom in allen Wechselstromkreisen.
Sofort
Eine Momentanspannung ist der Wert zu einem beliebigen Zeitpunkt entlang der Wechselstromwelle. Die Sinuswelle repräsentiert eine Reihe dieser Werte. Der Momentanwert der Spannung variiert von Null bei 0 bis zum Maximum bei 90, zurück zu Null bei 180, zum Maximum in der entgegengesetzten Richtung bei 270 und wieder zu Null bei 360. Jeder Punkt auf der Sinuswelle wird als Momentanwert betrachtet Stromspannung.
Gipfel
Der Spitzenwert ist der größte Momentanwert, oft auch als Maximalwert bezeichnet. Der größte positive Einzelwert tritt nach einer bestimmten Zeit auf, wenn die Sinuswelle 90 erreicht, und der größte negative Einzelwert tritt auf, wenn die Welle 270 erreicht. Obwohl sie für das Verständnis der AC-Sinuswelle wichtig sind, werden Spitzenwerte selten von Flugzeugen verwendet Techniker.
Wirksam
Die Effektivwerte für die Spannung sind immer kleiner als die Spitzenwerte (Maximalwerte) der Sinuswelle und der annähernd gleichen Gleichspannung. Beispielsweise sollte ein Wechselstromkreis mit 24 Volt und 2 Ampere die gleiche Wärme durch einen Widerstand erzeugen wie ein Gleichstromkreis mit 24 Volt und 2 Ampere. Der Effektivwert wird auch als quadratischer Mittelwert oder RMS-Wert bezeichnet, der sich auf den mathematischen Prozess bezieht, durch den der Wert abgeleitet wird.
Die meisten AC-Meter zeigen den Effektivwert des AC an. In fast allen Fällen werden die Spannungs- und Stromwerte einer Anlage oder Komponente in Effektivwerten angegeben. Mit anderen Worten, die Branchenbewertungen basieren auf effektiven Werten. Spitzen- und Momentanwerte, die nur in sehr begrenzten Situationen verwendet werden, würden als solche angegeben. Bei der Untersuchung von Wechselstrom werden alle für Strom oder Spannung angegebenen Werte als Effektivwerte angenommen, sofern nicht anders angegeben. In der Praxis werden nur die Effektivwerte von Spannung und Strom verwendet.
Wie oft sich die AC-Wellenform wiederholt, wird als AC-Frequenz bezeichnet. Die Frequenz wird typischerweise in Zyklen pro Sekunde (CPS) oder Hertz (Hz) gemessen. Ein Hz entspricht einem CPS. Die Zeit, die die Sinuswelle benötigt, um einen Zyklus abzuschließen, wird als Periode (P) bezeichnet. Periode ist ein Wert oder Zeitraum und wird normalerweise in Sekunden, Millisekunden oder Mikrosekunden gemessen. Es sollte beachtet werden, dass sich die Zeitdauer eines Zyklus von einem System zum anderen ändern kann; Es wird immer gesagt, dass der Zyklus in 360 abgeschlossen ist (bezogen auf die 360 Drehung einer Wechselstromlichtmaschine). [Figure 2]
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| Abbildung 2. Werte von AC |
Zyklus definiert
Ein Zyklus ist eine Vervollständigung eines Musters. Immer wenn eine Spannung oder ein Strom eine Reihe von Änderungen durchläuft, zum Ausgangspunkt zurückkehrt und dann dieselbe Reihe von Änderungen wiederholt, wird die Reihe als Zyklus bezeichnet. Wenn die Spannungswerte wie in Abbildung 3 grafisch dargestellt werden, wird der vollständige AC-Zyklus angezeigt.
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| Abbildung 3. Spannungszyklus |
Ein vollständiger Zyklus wird oft als Sinuswelle bezeichnet und soll 360 betragen. Es ist typisch, die Sinuswelle dort zu beginnen, wo die Spannung Null ist. Die Spannung steigt dann auf einen maximalen positiven Wert an, fällt auf einen Wert von Null ab, steigt dann auf einen maximalen negativen Wert an und fällt wieder auf Null ab. Der Zyklus wiederholt sich, bis die Spannung nicht mehr verfügbar ist. Es gibt zwei Wechsel in einem vollständigen Zyklus: den positiven Wechsel und den negativen. Es ist zu beachten, dass sich die Polarität der Spannung für jede Halbwelle umkehrt. Daher wird während der positiven Halbwelle angenommen, dass der Elektronenfluss in einer Richtung verläuft; Während des negativen Halbzyklus kehren die Elektronen die Richtung um und fließen in entgegengesetzter Richtung durch den Stromkreis.
Frequenz definiert
Die Frequenz ist die Anzahl der Wechselstromzyklen pro Sekunde (CPS). Die Standardeinheit der Frequenzmessung ist Hz. [Figure 4] In einem Generator durchlaufen Spannung und Strom jedes Mal einen vollständigen Wertezyklus, wenn eine Spule oder ein Leiter unter einem Nord- und Südpol des Magneten hindurchläuft. Die Anzahl der Zyklen für jede Umdrehung der Spule oder des Leiters ist gleich der Anzahl der Polpaare. Die Frequenz ist dann gleich der Anzahl der Zyklen in einer Umdrehung multipliziert mit der Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde.
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| Abbildung 4. Frequenz in Zyklen pro Sekunde |
Zeitraum definiert
Die Zeit, die eine Sinuswelle benötigt, um einen vollständigen Zyklus abzuschließen, wird als Periode (P) bezeichnet. Eine Periode wird typischerweise in Sekunden, Millisekunden oder Mikrosekunden gemessen. [Figure 3] Die Periode einer Sinuswelle ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Das heißt, je höher die Frequenz, desto kürzer die Periode. Die mathematische Beziehung zwischen Frequenz und Periode ist gegeben als:
Zeitraum
P = 1
F
Frequenz
F = 1
P
Wellenlänge definiert
Die Entfernung, die eine Wellenform während einer Periode zurücklegt, wird allgemein als Wellenlänge bezeichnet und wird durch den griechischen Buchstaben Lambda () angegeben. Die Wellenlänge hängt mit der Frequenz zusammen durch die Formel:
Wellengeschwindigkeit = Wellenlänge
Frequenz
Je höher die Frequenz ist, desto kürzer ist die Wellenlänge. Die Wellenlängenmessung erfolgt von einem Punkt auf der Wellenform zu einem entsprechenden Punkt auf der nächsten Wellenform. [Figure 3] Da die Wellenlänge eine Entfernung ist, sind übliche Maßeinheiten Meter, Zentimeter, Millimeter oder Nanometer. Beispielsweise hätte eine Schallwelle mit einer Frequenz von 20 Hz eine Wellenlänge von 17 Metern und eine sichtbare Rotlichtwelle von 4,3 10 12 Hz eine Wellenlänge von ungefähr 700 Nanometern. Denken Sie daran, dass die tatsächliche Wellenlänge von den Medien abhängt, die die Wellenform durchlaufen muss.
Phasenbeziehungen
Die Phase ist die Beziehung zwischen zwei Sinuswellen, die normalerweise in Winkelgrad gemessen wird. Wenn beispielsweise zwei verschiedene Lichtmaschinen Strom erzeugen, wäre es einfach, ihre einzelnen Sinuswellen zu vergleichen und ihre Phasenbeziehung zu bestimmen. In Fig. 5B gibt es eine 90-Phasendifferenz zwischen den zwei Spannungswellenformen. Eine Phasenbeziehung kann zwischen zwei beliebigen Sinuswellen bestehen. Die Phasenbeziehung kann zwischen zwei Spannungen verschiedener Lichtmaschinen oder dem Strom und der Spannung gemessen werden, die von derselben Lichtmaschine erzeugt werden.
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| Abbildung 5. In-Phase- und Out-of-Phase-Bedingungen |
Wenn zwei Wellenformen ihre Maximal- und Minimalpunkte zu unterschiedlichen Zeiten durchlaufen, besteht zwischen den beiden eine Phasendifferenz. In diesem Fall wird gesagt, dass die beiden Wellenformen zueinander phasenverschoben sind. Die Begriffe Lead und Lag werden häufig verwendet, um die Phasendifferenz zwischen Wellenformen zu beschreiben. Die Wellenform, die zuerst ihren maximalen oder minimalen Wert erreicht, soll der anderen Wellenform vorausgehen. Abbildung 5B zeigt diese Beziehung. Andererseits soll die zweite Wellenform der ersten Quelle nacheilen. Wenn eine Wellenform als voreilend oder nacheilend bezeichnet wird, wird normalerweise der Unterschied in Grad angegeben. Wenn sich die beiden Wellenformen um 360° unterscheiden, werden sie als in Phase zueinander bezeichnet. Wenn zwischen den beiden Signalen eine Differenz von 180° besteht, sind sie immer noch phasenverschoben, obwohl sie beide gleichzeitig ihren Minimal- und Maximalwert erreichen. [Figure 5C]
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