正弦波の平均電力を計算する方法

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著者: Laura McKinney
作成日: 3 4月 2021
更新日: 17 11月 2024
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【電験革命】【理論】14.正弦波交流
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正弦関数は、単位円(または単位半径のデカルト平面内の円)の半径と、円上の点のy軸位置との比率を表します。相補関数はコサインで、x軸の位置を除いて同じ比率を表します。

正弦波の電力とは、電流、つまり電圧が正弦波として時間とともに変化する交流を指します。回路の設計または構築中に、交流などの周期的(または繰り返し)信号の平均量を計算することが重要な場合があります。

サイン関数とは

特性を理解し、平均正弦値を計算する方法を理解するために、正弦関数を定義すると有益です。

一般に、定義された正弦関数は常に単位振幅、2π周期を持ち、位相オフセットはありません。前述のように、これは半径と R、およびy軸の位置、 y、半径の円上の点の R。そのため、振幅は単位円に対して定義されますが、 R 必要に応じて。

位相オフセットは、円の新しい「開始点」がシフトされたx軸から離れた角度を表します。これはいくつかの問題には役立ちますが、平均振幅、または正弦関数のパワーを調整しません。

平均値の計算

回路の場合、電力の式は P = I V、 どこ V は電圧であり、 現在です。なぜなら V = I R、抵抗のある回路用 R、私たちは今知っています P = I2R.

まず、時変電流を考えます それ) フォームの それ)= _I0_sin(ωt) 。電流には振幅があります 0、および周期2π/ω。回路の抵抗が R、その後、時間の関数としてのパワーは P(t)= I02R2(* t).

平均電力を計算するには、平均化の一般的な手順に従う必要があります。つまり、対象期間内の各瞬間の合計電力を期間Tで除算します。

したがって、2番目のステップは、P(t)を全期間にわたって積分することです。

私の積分02Rsin2期間Tにわたる(ωt)は次の式で与えられます。

frac {I_0 R(T-Cos(2 pi)Sin(2 pi)/ omega)} {2} = frac {I_0RT} {2}

次に、平均は、積分または総電力を周期Tで割ったものです。

frac {I_0 R} {2}

それが知っていると便利かもしれません 周期にわたって二乗された正弦関数の平均値 常に1/2です。この事実を覚えておくことは、迅速な見積もりの​​計算に役立ちます。

二乗平均平方根の計算方法

平均値を計算する手順と同じように、 二乗平均平方根 別の有用な量です。これは、(ほぼ)名前のとおりに計算されます。対象の量を取得し、それを二乗し、平均(または平均)を計算してから平方根を取得します。多くの場合、この量はRMSと略されます。

では、正弦波のRMS値は何ですか?前と同じように、正弦波の2乗の平均値は1/2であることがわかります。 1/2の平方根を取ると、正弦波のRMS値は約0.707であると判断できます。

多くの場合、回路設計では、平均だけでなくRMS電流または電圧が必要です。これらを決定する最速の方法は、ピーク電流または電圧(または波の最大値)を決定し、平均値が必要な場合はピーク値に1/2を掛け、RMS値が必要な場合は0.707を掛けることです。