Переменный электрический ток
Переменный электрический ток
Электрические цепи однофазного переменного тока
Переменным называется ток, который изменяется в течение времени по величине или направлению. Переменный ток получил преимущественное распространение в промышленности, что связано с его преимуществами перед постоянным током:
− легко повышается и понижается напряжение с помощью трансформаторов;
− генераторы и двигатели переменного тока проще по устройству, в эксплуатации, надежней и дешевле;
− переменный ток удобнее вырабатывать на электростанциях;
− многие физические явления проявляются только при переменном токе.
− В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Синусоидальная форма тока и напряжения позволяет производить точный расчет электрических цепей с использованием метода комплексных чисел и приближенный расчет на основе метода векторных диаграмм.
Недостатки: в цепях питания потребителей таким током могут происходить перегрузки, вызванные реактивной мощностью потребителей (когда в цепи питания присутствуют индуктивности или емкости); переменный ток приводит к образованию переменных электромагнитных полей, воздействующих на работу различной радиоаппаратуры и др.
Получение переменного тока
Рекомендуемые материалы
Переменный ток получают при помощи синхронных генераторов.
|
|
Синхронный генератор состоит из статора 1, обмотки статора 2 (А-х), ротора 3 и обмотки возбуждения 4.
Ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита с полюсами N и S. Магнитное поле ротора возбуждается обмоткой возбуждения, по которой протекает постоянный ток возбуждения IВ. Ротор принудительно приводится во вращение с частотой w от постороннего двигателя. (Т.е. к ротору подводится механическая энергия). При вращении магнитное поле ротора пересекает обмотку статора и в соответствии с законом электромагнитной индукции в ней индуцируется ЭДС:
,
|
|
где В - индукция магнитного поля полюсов ротора;
l - длина активной части обмотки статора А-х;
v - линейная скорость пересечения магнитным полем обмотки статора.
Форма изменения ЭДС обмотки статора синусоидальна:
Характеристики синусоидальных функций
Синусоидально изменяющиеся величины характеризуются следующими основными параметрами:
|
|
− период Т, [c] - время совершения одного полного колебания синусоидальной величины;
− частота f, [c-1]=[Гц] - количество периодов, укладывающихся в единицу времени:
.
В нашей стране частота тока в сети f=50 Гц (достигается вращением роторов в генераторах с частотой вращения n вр =3000 мин-1 (об/мин);
− угловая (циклическая) частота изменения тока:
, рад/c. Для нашей сети w=314 рад/c;
− амплитуда Im, Em, Um - наибольшее значение синусоидальной величины. Амплитудные значения синусоидальных функций являются постоянными величинами, т.е. от времени они не зависят.
− мгновенные значения синусоидальных функций обозначают маленькими буквами: i, e, u. Они являются функциями времени. Зависимость их от времени выражается соотношениями:
;
− фаза - аргумент синусоидальной функции (wt+j) - показывает, какое значение имеет синусоидальная функция в данный момент времени;
− начальная фаза j - показывает, какое значение имеет синусоидальная функция в момент начала отсчета, т.е. при t=0;
Действующее значение переменного тока
Действующим значением I переменного тока называют такое значение постоянного I, который, протекая по сопротивлению R, за время, равное одному периоду Т изменения тока, выделяет в нем такое же количество теплоты Q, что и переменный ток i. Поясним определение на примере:
|
|
,
где 
.
Рекомендация для Вас - Регионы Казахстана в раннем железном веке.
После подстановки значения тока i и последующих преобразований получим, что действующее значение переменного тока равно:
.
Аналогичные соотношения могут быть получены также для напряжения и ЭДС:
.
Большинство электроизмерительных приборов измеряют не мгновенные, а действующие значения токов и напряжений.
Учитывая, например, что действующее значение напряжения в нашей сети составляет 220В, можно определить амплитудное значение напряжения в сети: Um=UÖ2=311В. Соотношение между действующим и амплитудным значениями напряжений и токов важно учитывать, например, при проектировании устройств с применением полупроводниковых элементов.
