Perché i valori RMS sono considerati equivalenti CC?


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RMS è definito come la tensione equivalente CA che produce la stessa quantità di calore o potenza in un resistore se lo stesso viene passato sotto forma di tensione CC al resistore. Ma la potenza in CA non dovrebbe cambiare continuamente a causa della variazione di tensione e corrente e quindi produrre una potenza variabile nel resistore rispetto al circuito CC in cui viene generata una potenza costante. Sono confuso, quindi per favore aiutatemi.


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La potenza istantanea in AC cambia continuamente, ma quando si pensa alla potenza media , RMS è equivalente a DC.
Oskar Skog,

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@ user42172: vedi anche la mia risposta a electronics.stackexchange.com/questions/328185/… .
Transistor

Una breve nota: la "M" in RMS sta per "Mean", che è un'altra parola in media.
Spehro Pefhany,

Risposte:


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I poteri sono uguali se si considera il potere MEDIO. Molte delle altre risposte hanno preso delle scorciatoie senza spiegare tutte le condizioni che devono essere valide affinché le scorciatoie siano legittime. E tu stesso hai alcune sottili assunzioni errate integrate nella tua domanda. Se sei uno studente EE, dovresti leggere il resto di questa risposta.

RMS è definito matematicamente come la radice della media del quadrato di una funzione. Se la funzione è periodica (si ripete), in generale, il calcolo medio dovrebbe essere su un numero esatto di cicli. La funzione potrebbe essere qualsiasi cosa e non deve essere periodica. Questa è la definizione di RMS. Non ha nulla a che fare con CC o tensione o corrente. In realtà, è spesso usato in statistica.

La potenza istantanea in un carico è semplicemente la corrente istantanea moltiplicata per la tensione istantanea. P = V * I.

La potenza media viene calcolata calcolando la media della potenza istantanea. Per le forme d'onda ripetitive, la media può essere eseguita esattamente su un ciclo (o qualsiasi numero intero di cicli). Per le forme d'onda non ripetitive, la media deve essere eseguita sull'intera forma d'onda o "per molto tempo". Tutto ciò che ho scritto finora è vero in un modo abbastanza generale. Non dipende da alcun dettaglio su come appaiono le forme d'onda di tensione o corrente. È possibile calcolare la potenza media di QUALSIASI forma d'onda se si media la potenza istantanea su un ciclo. È possibile calcolare la potenza istantanea di qualsiasi forma d'onda se si conosce la tensione e la corrente.

Per i circuiti CC, accade che la potenza media sia solo V * I.

Nel caso speciale della tensione sinusoidale applicata a un carico resistivo, Pav = Vrms * Irms, dove Pav è la potenza media. Puoi dimostrarlo, se vuoi, facendo il calcolo rms su un ciclo di una sinusoide.

Ma, se il carico non è resistivo, allora quell'equazione non è vera. Se il carico è resistivo ma la tensione non è sinusoidale, allora l'equazione è vera, ma la tensione RMS non sarà uguale a Vpeak / sqrt (2), come lo è con una sinusoide.

C'è ancora un'altra cosa degna di nota. Se la tensione è sinusoidale e il carico è reattivo (induttivo o capcitivo), è comunque possibile calcolare la potenza se si conosce qualcosa chiamato "fattore di potenza".

Per questo caso speciale, Pav = Irms * Vrms * PF (dove PF è il fattore di potenza e Pav è la potenza media).

Per quanto riguarda la potenza media, spesso accade che la potenza media sia più importante della potenza istantanea. In generale, questo è vero quando la costante di tempo termica è molto più lunga del periodo elettrico della forma d'onda CA. Se guardi un video ad alta velocità di una lampadina a incandescenza alimentata a corrente alternata, noterai che la sua luminosità varia leggermente al variare della forma d'onda CA, ma, poiché il filamento impiega del tempo per riscaldarsi e raffreddarsi, il percepito la luminosità della lampadina si basa rigorosamente su Vrms * Irms. La massa della lampadina stessa fa una media della potenza. E il tuo occhio fa una media di qualunque increspatura rimanga.

Se il filamento fosse molto, molto piccolo, potrebbe non avere abbastanza massa per calcolare la media della potenza e la sua luminosità varierebbe completamente da quasi zero a piena luminosità.

Spero che questo chiarisca la maggior parte della tua confusione.


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La potenza media è ciò che provoca un effetto di riscaldamento prolungato: -

inserisci qui la descrizione dell'immagine

La potenza è la moltiplicazione istantanea di v e i.

Se traduciamo i in v / R, la potenza èv2R

v2R

Se poi diciamo che R = 1 ohm (solo per comodità) possiamo dire: -

v2

Quindi segue che se prendiamo la radice quadrata otteniamo la tensione RMS


Dopo aver riletto, sono d'accordo con te, quindi sto eliminando il mio commento. Per favore accetta le mie scuse.
mkeith,

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@mkeith no probs amico.
Andy aka

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Ma la potenza in CA non dovrebbe cambiare continuamente a causa della variazione di tensione e corrente e quindi produrre una potenza variabile nel resistore

Sì, l' istantanea potere in una tensione non costante / corrente non è costante.

Ma nella tua definizione manca un aggettivo importante. Media . È necessario considerare la potenza elettrica media :

  • nel periodo, per la forma d'onda periodica
  • nella durata del segnale, per forme d'onda arbitrarie.

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Quindi la tensione efficace produrrà la stessa potenza elettrica media nel resistore di un cc?
Hydrous Caperilla,

sì lo farà, sicuramente.
prossimo hack del

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La potenza integrata è "facile" da misurare in conseguenza dell'effetto di riscaldamento. Uno dei modi più accurati per misurare l'energia è misurando il conseguente aumento della temperatura.

Un segnale CA varia continuamente, ma le informazioni istantanee sono in genere difficili da dare un senso - non si riferiscono a nulla. In tutti i contesti a cui riesco a pensare che non sono effetti quantici / semiconduttori, ciò che è interessante è la "media per un certo periodo di tempo". (La tensione di picco può essere importante in altri contesti, come notato nei commenti.)

Per un segnale CA, normalmente si desidera eseguire la media di almeno un ciclo (altrimenti si ottiene un risultato diverso).

L'RMS di una tensione si traduce direttamente in equivalente alla tensione CC se si considera la dissipazione di potenza attraverso un resistore. Poiché questo è spesso utile, è quello che usiamo convenzionalmente per misurare la CA - ma non è l'unico fattore che sarà importante in qualsiasi scenario specifico.


* Quindi rms è il valore medio che otteniamo integrando la potenza istantanea su un ciclo completo che produrrà la stessa potenza elettrica in un cc che produrrà in un circuito CA in un ciclo completo ...... sono corretto ?
Hydrous Caperilla,

Integrare potenza o integrare v-squared. È la stessa cosa. Media e traduci in una tensione. Questo è il significato di RMS, e la mia comprensione è che il termine è definito per avere questa proprietà, piuttosto che costruito lungo questo insieme di regole (sebbene generalmente non vi sia alcuna differenza)
Sean Houlihane,

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La tensione di picco è importante per sapere se una corrente può abbattere una resistenza atmosferica. La corrente di picco è importante per sapere se un misuratore sensibile alla corrente (come i nervi e i muscoli di un cuore umano) avrà il segnale che sta leggendo ignorato dalla corrente di picco. Edison ha dimostrato che utilizzando CA anziché CC, una tensione RMS inferiore è sufficiente per provocare l'elettrocuzione.
Jasper,

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Il valore RMS si ottiene come segue:

(1) Il quadrato della funzione della forma d'onda (di solito un'onda sinusoidale) deve essere determinato.

(2) La funzione risultante dal passaggio (1) è mediata nel tempo. Questo è il punto da cui deriva la tua confusione

(3) La radice quadrata della funzione risultante dal passaggio (2) è stata trovata.


La funzione è mediata su un solo ciclo completo?
Hydrous Caperilla,

Mezzo ciclo farà ... ma in genere su molti cicli.
Brian Drummond,

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Mezzo ciclo farà se e solo se la forma d'onda di potenza istantanea è simmetrica rispetto al punto intermedio nel tempo.
mkeith,

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Il valore RMS di un segnale v (t) è,

vrmS=1T-T/2T/2v(t)2dt

Questo è il valore al quadrato medio del segnale e la sua radice quadrata è definita come valore al quadrato medio del segnale (RMS).

Ma se questo segnale viene passato attraverso un resistore R, la potenza dissipata in un periodo è:

Power=1T-T/2T/2io(t)v(t)dt=1RT-T/2T/2v(t)v(t)dt

Power=vrmS2/R

Pertanto, se abbiamo un segnale DC del valore $ v_ {rms} $, dissiperà la stessa potenza del segnale v (t) quando attraversato un resistore.


Sono sospettoso delle unità nelle tue prime 2 equazioni ...
Sean Houlihane,

L'unità è V ^ 2 .... ecco come viene definita la potenza del segnale.
Sarthak,

kg.m ^ 2.s ^ -3 non è v ^ 2, a meno che non mi sia perso qualcosa.
Sean Houlihane,

Bene .... v (t) è un segnale di tensione, quindi le dimensioni diventano V ^ 2 * T / T = V ^ 2. Puoi confermare qui: en.wikipedia.org/wiki/Spectral_density
sarthak,

Volt è Joule per coulomb
Sean Houlihane,
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