Maiņstrāva

Maiņstrāva ir elektriskā strāva, kuras virziens (polaritāte) un stiprums elektriskajā ķēdē laika gaitā periodiski mainās. Atbilstoši mainās arī spriegums, tādēļ maiņstrāvu sauc arī par maiņspriegumu. Parasti maiņstrāvas izmaiņas ir sinusoidālas, bet īpašiem mērķiem lieto arī zāģveida, taisnstūrveida un citu speciālu formu maiņstrāvu. Viena perioda laikā maiņstrāvas vidējā vērtība ir 0. Tehniskā maiņstrāva, ko lieto elektriskajos tīklos, Eiropā ir ar 50 Hz frekvenci, bet ASV - ar 60 Hz frekvenci. Var būt vienfāzes un trīsfāzu maiņstrāva.

Maiņstrāvu plaši izmanto tehnikā enerģijas pārvadīšanai no ģeneratora līdz patērētājam un dažādu motoru vai sildierīču darbināšanai. Vajadzības gadījumā maiņstrāvu pārveido līdzstrāvā ar taisngriežu palīdzību.

Saskaņā ar Lielvārda 12. klases fizikas grāmatu maiņstrāvas svarīgākie raksturlielumi ir norādīti zemāk.^[1]

1. Maiņstrāvas virziens un lielums periodiski mainās laikā pretējos virzienos. Eiropas valstīs rūpnieciskā maiņstrāva ir sinusoidāla strāva, kuras frekvence ir 50 Hz. Lai elektriskajā ķēdē plūstu maiņstrāva, tajā jādarbojas tādas pašas frekvences mainīgam elektrodzinējspēkam.

2. Maiņstrāvas galvenie raksturlielumi ir elektrodzinējspēka, strāvas stipruma un sprieguma momentānās vērtības, kuras laikā mainās atbilstoši vienādojumiem:

${\displaystyle e=E_{m}\sin \omega t\!}$ ${\displaystyle u=U_{m}\sin \omega t\!}$ ${\displaystyle i=I_{m}\sin \omega t\!}$

Kur: ${\displaystyle e\!}$, ${\displaystyle i\!}$, ${\displaystyle u\!}$ — momentānās vērtības ${\displaystyle E_{m}\!}$, ${\displaystyle I_{m}\!}$, ${\displaystyle U_{m}\!}$ — maksimālās jeb amplitūdas vērtības ${\displaystyle \omega ={\frac {2\pi }{T}}=2\pi \nu \!}$ — cikliskā frekvence ${\displaystyle t\!}$ — laika moments kurā aplūko momentāno vērtību

3. Lai raksturotu maiņstrāvas enerģētisko darbību, izmanto efektīvās vērtības

${\displaystyle E={\frac {E_{m}}{\sqrt {2}}}}$

${\displaystyle U={\frac {U_{m}}{\sqrt {2}}}}$

${\displaystyle I={\frac {I_{m}}{\sqrt {2}}}}$

4. Elektrisko pretestību, kas maiņstrāvas ķēdē piemīt elektroenerģijas patērētājiem, sauc par aktīvo pretestību R. Ķēdes elementu aktīvā pretestība patērē maiņstrāvas aktīvo jaudu, kas tiek izlietota darba veikšanai vai pārvēršas siltumā.

5. Ja maiņstrāvas ķēdes elementiem piemīt induktivitāte L un kapacitāte C, tad tiem piemīt arī reaktīvā pretestība. Ķēdes elementu reaktīvā pretestība patērē reaktīvo jaudu. Maiņstrāvas ķēdē tā izraisa elektromagnētiskā lauka rašanos un izzušanu. Reaktīvā jauda nav saistīta ar padarīto darbu vai izdalīto siltuma daudzumu.

6. Reaktīvā induktīvā pretestība

${\displaystyle X_{L}={\omega }L\!}$

un reaktīvā kapacitīvā pretestība

${\displaystyle X_{C}={\frac {1}{{\omega }C}}}$

ir atkarīga no maiņstrāvas frekvences

${\displaystyle \omega =2{\pi }{\nu }\!}$

7. Maiņstrāvas ķēdei, kurā ir aktīvā un reaktīvās pretestības, ir spēkā Oma likums, kas nosaka, kopējais efektīvā sprieguma kritums U ir vienāds ar efektīvā strāvas stipruma I un pilnās pretestības Z reizinājumu jeb

${\displaystyle U=IZ\!}$

Ja aktīvā pretestība un reaktīvās pretestības ir saslēgtas virknes slēgumā, tad slēguma kopējā pretestība

${\displaystyle Z={\sqrt {R^{2}+(X_{L}-X_{C})^{2}}}\!}$

8. Ģeneratora ražotā pilnā jauda

${\displaystyle S=IU\!}$

Tikai daļu no tās saņem maiņstrāvas ķēdes aktīvie patērētāji. Šo daļu nosaka jaudas koeficients

${\displaystyle \cos \phi \!}$

(kosinuss fī).

Aktīvā patērētāja jaudu aprēķina pēc formulas

${\displaystyle P_{R}=IU\cos \phi \!}$

Jo lielāks ir jaudas koeficients, jo efektīvāk tiek izmantota ģeneratora ražotā elektroenerģija.

9. Rūpniecisko maiņstrāvu iegūst kā trīsfāzu maiņstrāvu. Sadzīves elektroierīces pieslēdz vienai no trīsfāzu maiņstrāvas fāzēm, kuras spriegums ir 230 V.

10. Transformators pārveido maiņspriegumu, nemainot maiņstrāvas frekvenci. Tā darbības pamatā ir elektromagnētiskās indukcijas parādība. Plūstot strāvai primārajā tinumā, sekundārajā tinumā inducējas maiņspriegums, kura lielums ir atkarīgs no primārā un sekundārā tinuma vijumu skaita attiecības.