Переменный однофазный ток

Переменным называют электрический ток, периодически (т.е. через равные промежутки времени) меняющий свое направление и непрерывно изменяющийся по величине. Мгновенные значения переменного тока (а также переменной ЭДС и напряжения) через равные промежутки времени повторяются.

Переменный ток имеет самое широкое применение в совре­менной электротехнике. Практически вся электрификация во всем мире осуществляется на переменном токе (на трехфазном пере­менном токе, о котором изложено далее).

Электроэнергия переменного тока просто и экономно может быть, преобразована из энергии более низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот. Это свойство пере­менного тока имеет огромное значение для передачи электроэнергии по проводам на большие расстояния.

Величины, характеризующие переменный ток. Величины, кото­рые полностью характеризуют переменный ток, т.е. дают полное представление о нем, называются параметрами переменного тока.

Амплитудным значением или просто амплитудой называется наи­большее значение переменного тока, которого он достигает в процессе изменений. Амплитудные значения силы тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно I_м, U_м, E_м.

Мгновенным значением называется значение переменного тока в любой момент времени. Мгновенные значения силы тока обозна­чаются буквой i, напряжения — буквой и, ЭДС — буквой е.

Значение силы тока (напряжения, ЭДС), в √2 раз меньше амплитудного значения, называется действующим значением перемен­ного тока:

I=I_м /√2 (1.10)

Действующие значения переменного тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно I, U, Е. Величина действующего зна­чения переменного тока равна такой величине постоянного тока, который, проходя через одно и то же сопротивление в течение одного и того же времени, что и рассматриваемый нами перемен­ный ток, выделяет одинаковое с ним количество тепла.

u.i.e

Ток, у которого мгновенные значения повторяются через определенный промежуток вре­мени, называется периодичес­ким.

Периодом T называется вре­мя, за которое происходит пол­ное изменение переменного тока (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Определение параметров переменного тока

Частотой f называется число периодов в 1 секунду. Частота, рав­ная одному периоду за 1 секунду, называется герцем.

 

Векторная и развернутая диаграммы. Фаза и сдвиг фаз.

Рис. 1.4. Векторная и развернутая диа­граммы ЭДС

Графически переменный ток можно изобразить, используя прямоугольную систему коор­динат (развернутая диаграмма, рис. 1.4, б), или с помо­щью векторов (векторная ди­аграмма, рис. 1.4, а). Развер­нутая диаграмма наглядно показывает, как изменяется пе­ременный ток с течением вре­мени. Векторная диаграмма позволяет рассматривать физические процессы, происхо­дящие в цепях переменного тока, и с достаточной точно­стью производить графичес­кое решение задач.

Вектор — это отрезок прямой, имеющий определенную длину и определенное направление. Длина вектора должна соответствовать ам­плитудному значению переменного тока. Пусть вектор I_м вращается с постоянной угловой частотой против часовой стрелки. Проекция вектора I_м на ось i определяется выражением i = I_м sin t (см. рис. 1.4, а), которое соответствует мгновенному значению переменного тока.

Положение вектора определяется углом, который называется фазовым углом или просто фазой. Фаза равна нулю, если вектор расположен горизонтально и направлен вправо.

Угловая скорость вращения () вектора называется круговой или угловой частотой. Угловая частота — это величина угла в ра­дианах, который описывает вектор за 1 с:

(1.11)

Если две синусоидально изменяющиеся величины одновременно достигают нулевых и амплитудных значений, то они совпадают по фазе. Векторы таких величин в любой момент времени имеют одина­ковое направление. Если векторы имеют неодинаковое направление, то говорят, что они сдвинуты по фазе на угол (см. рис. 1.4, б).