Переменный ток (далее П) в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. Обычно в технике под П понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю. Периодом ТП называют наименьший промежуток времени (выраженный в сек), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются (рис. 1). Важной характеристикой П является его частота f - число периодов в 1 сек: f = 1/Т. В электроэнергетических системах СССР и большинства стран мира принята стандартная частота f = 50 гц, в США - 60 гц. В технике связи применяются П высокой частоты (от 100 кгц до 30 Ггц). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т, самых различных частот, а также импульсные токи (см. Импульсная техника).
Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется П благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии, Электрическая цепь). Широко применяются трехфазные системы П (см. Трехфазная цепь). Генераторы и двигатели П по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надежнее и дешевле. П может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в П другой, регулируемой частоты; это создает возможность использовать простые и дешевые безколлекторные двигатели П (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.
П широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).
П создается переменным напряжением. Переменное электромагнитное поле, возникающее в пространстве, окружающем проводники с током, вызывает колебания энергии в цепи П: энергия периодически то накапливается в или электрическом поле, то возвращается источнику электроэнергии. Колебания энергии создают в цепи П реактивные токи, бесполезно загружающие провода и источник тока и вызывающие дополнительные потери энергии, что является недостатком передачи энергии П
За основу для характеристики силы П принято сопоставление среднего теплового действия П с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы. Полученное таким путем значение силы П называется действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное за период значение силы тока. Аналогично определяется и действующее значение напряжения П. Амперметры и вольтметры П измеряют именно действующие значения тока и напряжения.
В простейшем и наиболее важном на практике случае мгновенное значение силы iП меняется во времени t по синусоидальному закону: i = m sin (wt + a), где m - амплитуда тока, w = 2pf - его угловая частота, a - начальная фаза. Синусоидальный (гармонический) ток создается синусоидальным напряжением той же частоты: u = m sin (wt + b), где m - амплитуда напряжения, b - начальная фаза (рис. 2). Действующие значения такого П равны: = lm/ " 0,707 m, = m/ " 0,707 m. Для синусоидальных токов, удовлетворяющих условию квазистационарности (см. Квазистационарный ток; в дальнейшем будут рассматриваться только такие токи), справедлив Ома закон (закон Ома в дифференциальной форме справедлив и для неквазистационарных токов в линейных цепях). Из-за наличия в цепи П индуктивности или (и) емкости между током i и напряжением u в общем случае возникает сдвиг фаз j = b - a, зависящий от параметров цепи (активного сопротивления r, индуктивности L, емкости С) и угловой частоты w. Вследствие сдвига фаз средняя мощность Р Т. т., измеряемая ваттметром, меньше произведений действующих значений тока и напряжения: Р = cosj.
В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни емкости, ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 3). Закон Ома для действующих значений в этой цепи будет иметь такую же форму, как для цепи постоянного тока: = /r. Здесь r - активное сопротивление цепи, определяемое по активной мощности Р, затрачиваемой в цепи: r = /2.
При наличии в цепи индуктивности LП индуцирует в ней эдс самоиндукции eL= - L. di/dt = - wLlmcos (wt + a) = wLImsin (wt + a - p/2). Эдс самоиндукции противодействует изменениям тока, и в цепи, содержащей только индуктивность, ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода, то есть j=p/2 (рис. 4). Действующее значение eL равно EL = IwL = IxL, где xL = wL - индуктивное сопротивление цепи. Закон Ома для такой цепи имеет вид: = /xL = /wL.
Когда емкость С включена под напряжение u, то ее заряд равен q = . Периодические изменения напряжения вызывают периодические изменения заряда, и возникает емкостный ток i = dq/dt = ×du/dt = (m cos (wt + b) = wCUm sin (wt + b + p/2). Таким образом, синусоидальный П, проходящий через емкость, опережает по фазе напряжение на ее зажимах на четверть периода, то есть j = -p/2 (рис. 5). Эффективные значения в такой цепи связаны соотношением = w = /xc, где xc = 1/wС - емкостное сопротивление цепи.
Если цепь П состоит из последовательно соединенных r, L и С, то ее полное сопротивление равно , где x = xL - xc = wL - 1/w - реактивное сопротивление цепи П Соответственно, закон Ома имеет вид: ,а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления цепи к активному: tgj = х/r. В такой цепи при совпадении частоты w вынужденных колебаний, создаваемых источником П, с резонансной частотой w0= 1/ индуктивное и емкостное сопротивления равны (wL = 1/wС) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. Колебательный контур). В условиях резонанса напряжения на индуктивности и емкости могут значительно (часто во много раз) превышать напряжение на зажимах цепи.
Облегчение расчетов цепей синусоидальных П достигается построением так называемых векторных диаграмм. Векторы синусоидальных тока и напряжения принято помечать точкой над буквенным обозначением (). Длины векторов обычно берутся равными (в масштабе построения диаграммы) действующим значениям и , а углы между векторами - равными сдвигам фаз между мгновенными значениями соответствующих величин. Алгебраическому сложению мгновенных значений синусоидальных величин одной и той же частоты соответствует геометрическое сложение векторов этих величин. На рис. 6 показана векторная диаграмма для цепи П с последовательно соединенными r, L, С. Мгновенное значение напряжения на зажимах этой цепи равно алгебраической сумме напряжений на активном и реактивном сопротивлениях: u = uL + ur + uc, следовательно, . При построении диаграммы исходным служит вектор тока, так как во всех участках неразветвленной цепи ток один и тот же. Поскольку индуктивное напряжение опережает по фазе ток на p/2, а емкостное отстает от тока на p/2 (то есть они находятся в противофазе), при последовательном соединении они друг друга частично компенсируют.
Векторные диаграммы наглядно иллюстрируют ход вычислений и служат для контроля над ними; построенные с соблюдением масштаба, они позволяют графически определить эффективное напряжение в цепи и угол сдвига фаз j.
Для расчетов разветвленных цепей квазистационарного П используют Кирхгофа правила. При этом обычно применяют метод комплексных величин (символический метод), который позволяет выразить в алгебраической форме геометрические операции с векторами П и применить, таким образом, для расчетов цепей П все методы расчетов цепей постоянного тока.
Несинусоидальность П в электроэнергетических системах обычно нежелательна, и принимаются специальные меры для ее подавления. Но в цепях электросвязи, в полупроводниковых и электронных устройствах несинусоидальность создается самим рабочим процессом. Если среднее за период значение тока не равно нулю, то он содержит постоянную составляющую. Для анализа процессов в цепях несинусоидального тока его представляют в виде суммы простых гармонических составляющих, частоты которых равны целым кратным числам основной частоты: = i0 + 1m sin (wt + a1)+ 2msin (2wt + a2) +... + lkm sin (kwt + ak). Здесь 0 - постоянная составляющая тока, imsin (wt + a1) - первая гармоническая составляющая (основная гармоника), остальные члены - высшие гармоники. Расчет линейных цепей несинусоидального тока на основании принципа суперпозиции (наложения) ведется для каждой составляющей (так как xL и xc зависят от частоты). Алгебраическое сложение результатов таких расчетов дает мгновенное значение силы (или напряжения) несинусондального тока.
Лит.: Теоретические основы электротехники, 3 изд., ч. 2, М., 1970; Нейман Л. Р., Демирчан К. С., Теоретические основы электротехники, т. 1-2, М.- Л., 1966; Касаткин А. С., Электротехника, 3 изд., М., 1974; Поливанов К. М., Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными, М., 1972 (Теоретические основы электротехники, т. 1).
А. С. Касаткин.
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
Новости 20.05.2022 23:42:14
23:27 Кадыров пообещал украинским военным «хорошие результаты» в Лисичанске 23:21 Пентагон опроверг наличие у США планов по уничтожению Черноморского флота России 23:19 Организаторы Уимблдона отреагировали на санкции ATP и WTA 23:17 В сети появилось объявление о продаже автомобиля легендарного Льва Яшина 23:17 Эрдоган объяснил позицию Турции по вступлению Финляндии и Швеции в НАТО 23:09 Пентагон передаст Киеву средства поражения большой дальности 23:06 Пентагон занялся вопросом экстренного ввоза детских смесей в США 22:59 Литва перестанет получать электричество из России 22:47 В доме жителя Подмосковья обнаружили склад оружия 22:41 Руководство российского СИЗО заподозрили в майнинге криптовалюты в психбольнице 22:37 Пентагон заявил о нежелании эскалации кризиса на Украине 22:25 Зеленский отреагировал на освобождение территории «Азовстали» Больше новостей СегодняЭкономика «Я оказался без дома и сбережений» Обвал криптовалют: как всего за неделю инвесторы потеряли миллиарды долларов? СегодняБывший СССР «Тут было все в новинку» Ветеран боев в Донбассе — о сложностях штурма Мариуполя и уроках спецоперации на Украине СегодняКультура Большой скачок. Миллиарды, звезды и кино: как в России появился свой русский Голливуд? 22:33 Врач назвал группы риска по заболеванию оспой обезьян 21:41 Все находившиеся на «Азовстали» украинские военные вышли с территории завода 21:26 В Литве памятник советским воинам раскололся пополам при сносе
Популярное
Оба хороши. Суд Джонни Деппа с Эмбер Херд идет уже месяц. Что бывшие супруги наговорили друг о друге за это время? «Его уровень невероятен» Российский вратарь переписывает рекорды НХЛ. За что в Америке его прозвали Царем? Антирусское настроение. Русофобия давно популярна в Польше. Как отношение к русским изменилось из-за событий на Украине? «Алюминий пылал как бумага» 50 лет назад военный самолет упал на детсад. Как в СССР пытались скрыть смерть 24 детей? «Мы выжили» В Мариуполе хоронят погибших, разминируют улицы и открывают магазины. Как город возвращается к мирной жизни? «Всех обули и одели» В 1990-е челноки завалили рынки доступными товарами. Как они спасли Россию? Культ еды, Лувр в пустыне и ядовитые соли. Что стало с Узбекистаном после распада СССР и стоит ли туда ехать туристу? «Он говорил, что нас надо сжечь» Россиянин устроил массовый расстрел под видом самообороны. За что он убил пять человек? «Я не помню, как начал стрелять» Советский солдат устроил бойню в вагоне спецпоезда. За что он расстрелял девять человек? Показали всем. Что заставило весь мир внезапно полюбить российское кино?
" 0,707 m, = m/
" 0,707 m. Для синусоидальных токов, удовлетворяющих условию квазистационарности (см. 
, где x = xL - xc = wL - 1/w - реактивное сопротивление цепи П Соответственно, закон Ома имеет вид: 
, а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления цепи к активному: tgj = х/r. В такой цепи при совпадении частоты w вынужденных колебаний, создаваемых источником П, с резонансной частотой w0 = 1/
индуктивное и емкостное сопротивления равны (wL = 1/wС) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. 
). Длины векторов обычно берутся равными (в масштабе построения диаграммы) действующим значениям и , а углы между векторами - равными сдвигам фаз между мгновенными значениями соответствующих величин. Алгебраическому сложению мгновенных значений синусоидальных величин одной и той же частоты соответствует геометрическое сложение векторов этих величин. На рис. 6 показана векторная диаграмма для цепи П с последовательно соединенными r, L, С. Мгновенное значение напряжения на зажимах этой цепи равно алгебраической сумме напряжений на активном и реактивном сопротивлениях: u = uL + ur + uc, следовательно, 
. При построении диаграммы исходным служит вектор тока, так как во всех участках неразветвленной цепи ток один и тот же. Поскольку индуктивное напряжение опережает по фазе ток на p/2, а емкостное отстает от тока на p/2 (то есть они находятся в противофазе), при последовательном соединении они друг друга частично компенсируют.
