Częstotliwość prądu AC to liczba cykli na sekundę dla sinusoidy prądu AC. Inaczej mówiąc, częstotliwość to szybkość, z jaką zmienia się kierunek prądu w ciągu sekundy. Częstotliwość jest mierzona w hercach (Hz), międzynarodowej jednostce miary. 1 herc równa się 1 cyklowi na sekundę.
- Herc (Hz) = jeden herc równa się jednemu cyklowi na sekundę.
- Cykl = jeden pełny przebieg prądu lub napięcia przemiennego.
- Półokres = połowa cyklu.
- Okres = czas potrzebny do wykonania jednego pełnego cyklu przebiegu.
Najprościej mówiąc, częstotliwość określa, jak często coś się powtarza. W przypadku prądu elektrycznego częstotliwość wyraża, ile razy sinusoida powtarza się (wykonuje pełny cykl od dodatniego do ujemnego).
Im więcej cykli na sekundę, tym wyższa częstotliwość.
Przykład: Jeśli prąd przemienny ma częstotliwość 5 Hz (patrz poniższy rysunek), jego przebieg powtarza się 5 razy w ciągu 1 s.
Częstotliwość zazwyczaj stosuje się do opisywania działania urządzeń elektrycznych. Poniżej przedstawionych jest kilka typowych zakresów częstotliwości:
- Częstotliwość linii energetycznych (normalnie od 50 do 60 Hz)
- Napędy falownikowe zazwyczaj wykorzystują częstotliwość nośną 1–20 kiloherców (kHz)
- Zakres częstotliwości słyszalnych: 15–20 kHz (zakres słuchu człowieka)
- Częstotliwość radiowa: 30–300 kHz
- Niska częstotliwość: od 300 kHz do 3 megaherców (MHz)
- Średnia częstotliwość: 3-30 MHz
- Wysoka częstotliwość: 30-300 MHz
Obwody i urządzenia są często przeznaczone do pracy przy stałej lub zmiennej częstotliwości. Urządzenie przeznaczone do pracy przy stałej częstotliwości działa nieprawidłowo w przypadku eksploatacji z częstotliwością inną niż podana w specyfikacji. Przykład: silnik prądu przemiennego przeznaczony do pracy z częstotliwością 60 Hz pracuje wolniej w przypadku częstotliwości poniżej 60 Hz lub szybciej w przypadku wartości przekraczającej 60 Hz. Każda zmiana częstotliwości silnika prądu przemiennego wpływa proporcjonalnie na jego prędkość obrotową. Kolejny przykład: 5-procentowe zmniejszenie częstotliwości powoduje 5-procentowe zmniejszenie prędkości obrotowej silnika.
Jak mierzyć częstotliwość?
Multimetr cyfrowy z trybem licznika częstotliwości może mierzyć częstotliwość sygnałów AC, a także oferować następujące funkcje:
- Funkcję rejestracji wartości minimalnej/maksymalnej, dzięki której można rejestrować pomiary częstotliwości w zdefiniowanym okresie lub w ten sam sposób, w jaki rejestrowane są pomiary napięcia, natężenia prądu lub rezystancji.
- Funkcję automatycznego ustawiania zakresu, która automatycznie wybiera zakres częstotliwości z wyjątkiem przypadków, gdy mierzone napięcie przekracza maksymalny zakres pomiaru częstotliwości.
Sieci elektroenergetyczne różnią się w zależności od kraju. W Stanach Zjednoczonych sieć elektroenergetyczna opiera się na bardzo stabilnym sygnale 60 Hz, co oznacza, że cykl powtarza się 60 razy na sekundę.
W Stanach Zjednoczonych energia elektryczna jest dostarczana do gospodarstw domowych poprzez zasilanie jednofazowe o napięciu 120 V AC. Napięcie mierzone w gniazdku ściennym w Stanach Zjednoczonych to sinusoida, która oscyluje od poziomu 170 V do poziomu -170 V, o faktycznej wartości RMS wynoszącej 120 V. Szybkość oscylacji wynosi 60 cykli na sekundę.
Jednostkę częstotliwości nazwano od nazwiska niemieckiego fizyka Heinricha Hertza (1857-1894), który jako pierwszy nadał i odebrał fale radiowe. Fala radiowa wykonująca jeden cykl na sekundę ma częstotliwość 1 Hz. Podobnie sekundnik w zegarze tyka z częstotliwością 1 Hz.
Źródło: Digital Multimeter Principles, Glen A. Mazur, American Technical Publishers.
Powiązane artykuły: