Ein Vektordiagramm ist eine grafische Darstellung der Phasengrößen in einem Wechselstromkreis. Mit diesem Tool können Sie verschiedene Parameter elektrischer Signale wie Stromstärke, Spannung und Impedanz analysieren und visualisieren.
Wenn die Elemente in einer Wechselstromschaltung in Reihe miteinander verbunden sind, wird jedes Element mit dem vorherigen verbunden, und die Gesamtspannung und die Stromstärke sind die Summe der Werte an jedem Element. Um ein Vektordiagramm in einer solchen Schaltung zu erstellen, müssen Sie die Phasenverschiebungen berücksichtigen, die durch Widerstand, Induktivität und Elementkapazität verursacht werden.
Zunächst müssen Sie die Widerstandswerte, Induktivität und Kapazität jedes Elements in der Schaltung kennen. Sie können dann die in der AC-Analyse verwendeten Formeln und Regeln verwenden, um die Phasengrößen für jedes Element zu ermitteln. Anschließend werden Phasendiagramme für jedes Element erstellt und zusammengefasst, um ein generisches Vektordiagramm für die Schaltung zu erhalten.
Erstellen eines Vektordiagramms eines Wechselstromkreises
Ein Vektordiagramm eines Wechselstromkreises dient zur Visualisierung der Phasenverhältnisse zwischen Spannung und Strom in einem gegebenen Stromkreis. Es ermöglicht Ihnen, die Amplitude, den Phasenwinkel und den aktiven Widerstand der Schaltung zu bestimmen.
Um ein Vektordiagramm zu erstellen, müssen Sie Informationen über den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom im Stromkreis sowie über die Spannungsamplitude haben. Der Phasenwinkel kann durch die Phasendifferenz zwischen Spannung und Strom im Stromkreis bestimmt werden. Die Spannungsamplitude kann mit einem Voltmeter gemessen werden.
Um ein Vektordiagramm zu erstellen, wählen Sie den Ursprung von O aus und zeichnen einen Spannungsvektor mit seiner Amplitude auf der horizontalen X-Achse. Zeichnen Sie dann auf der vertikalen Y-Achse einen Vektor mit einer Länge, die proportional zur Stromamplitude ist, und verschieben Sie ihn vom Ursprung von O ab.
Als nächstes erhalten wir durch Verbinden der Enden der Vektoren ein Dreieck, das als Vektordreieck bezeichnet wird. Es ist eine grafische Darstellung des Phasenverhältnisses zwischen Spannung und Strom in einem Stromkreis. Die Amplitude des Stromvektors zeigt die Stärke des Stroms an, und der Phasenwinkel zwischen den Vektoren zeigt eine Zeitverschiebung zwischen Strom und Spannung an.
Wenn der aktive Widerstand einer Schaltung bekannt ist, können Sie ein Parallelogramm erstellen, anhand dessen Sie den Reaktanzwiderstand und den Gesamtwiderstand der Schaltung bestimmen können. Der aktive Widerstand ist die horizontale Komponente eines Parallelogramms, der Reaktanz ist die vertikale Komponente. Der Gesamtwiderstand wird durch die Diagonale des Parallelogramms bestimmt.
Auf diese Weise ermöglicht ein Vektordiagramm die Darstellung der Phasenverhältnisse in einem Wechselstromkreis, was es zu einem nützlichen Werkzeug für die Analyse und Konstruktion von elektrischen Schaltungen macht.
AC-Definition
Bei Wechselstrom bewegt sich die elektrische Ladung in die gleiche Richtung, jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Der Wert und die Richtung des Wechselstroms können mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude variieren. Die Wechselstromfrequenz wird in Hertz (Hz) gemessen und beträgt normalerweise 50 oder 60 Hz.
Wechselstrom ist die primäre Art von elektrischem Strom, der verwendet wird, um Energie durch ein elektrisches Netzwerk zu übertragen. Es wird verwendet, um elektrische Geräte mit Strom zu versorgen und zu beleuchten.
Im Gegensatz zu Gleichstrom kann Wechselstrom seine Stärke und Richtung ändern, während der Stromkreis läuft. Diese Eigenschaft von Wechselstrom ermöglicht es, sie effektiv zu nutzen, wenn die Übertragung von elektrischer Energie über große Entfernungen oder die Steuerung des Betriebs von elektrischen Geräten erforderlich ist.
Um ein Vektordiagramm eines Wechselstromkreises bei einer seriellen Verbindung zu erstellen, müssen Sie die Werte für die Amplitude und Phase des Stroms sowie den aktiven und reaktiven Widerstand des elektrischen Stromkreises kennen.
Aufeinanderfolgende Verbindung von Schaltungselementen
Wenn Sie ein Vektordiagramm eines Wechselstromkreises erstellen, müssen Sie bei einer seriellen Verbindung die Phasenverschiebungen von Spannung und Strom in jedem Element berücksichtigen. Die Phasenverschiebung der Spannung ist auf die Arbeit von Schaltungselementen wie Widerständen, Kondensatoren und Spulen zurückzuführen. Diese Elemente können zu einer Phasenverschiebung der Spannung im Verhältnis zum Strom führen.
Beachten Sie beim Erstellen eines Vektordiagramms einer in Reihe geschalteten Kette die folgenden Grundregeln:
- Aktuelle Vektoren die Schaltung sollte für jedes Element in einem Bezugssystem aufgebaut werden. Sie können die Regel "Größer zu kleiner" verwenden, um die Richtung der Stromvektoren zu bestimmen. Wenn der Widerstand oder die Reaktivität eines Elements zunimmt, nimmt der Strom in diesem Element ab und sein Vektor sollte in die entgegengesetzte Richtung geleitet werden.
- Phasenverschiebungen zwischen den Strom- und Spannungsvektoren in jedem Element der Schaltung muss berücksichtigt werden, indem die entsprechenden Spannungsvektoren erstellt werden. Die Spannung am Widerstand stimmt phasenweise mit dem Strom überein, so dass der Spannungsvektor am Widerstand mit dem Stromvektor übereinstimmt. Die Spannung am Kondensator übersteigt den Strom phasenweise um 90 Grad, so dass der Spannungsvektor am Kondensator um 90 Grad relativ zum Stromvektor gedreht wird. Die Spannung an der Spule bleibt um 90 Grad hinter dem Strom zurück, so dass der Spannungsvektor an der Spule um 90 Grad vom Stromvektor abweicht.
- Kumulativer Vektorstrom die Schaltung kann definiert werden, indem alle Stromvektoren entsprechend ihren Phasenverschiebungen addiert werden.
Daher ist es bei der seriellen Verbindung der Wechselstromkreiselemente notwendig, sowohl die Richtung der Stromvektoren als auch die Phasenspannungsverschiebungen in jedem Element zu berücksichtigen. Wenn Sie ein Vektordiagramm erstellen, können Sie die Beziehung zwischen verschiedenen Schaltungselementen visuell darstellen und die Änderung der Amplituden und Phasen der Spannungs- und Stromvektoren verfolgen.
