Переменный электрический ток, равно как переменное напряжение, изменяют свое направление и значение на протяжении определенного отрезка времени.
Поскольку данный ресурс носит более прикладной, нежели теоретический характер, то здесь тема переменного электрического тока и напряжения будет рассмотрена в объеме, достаточном для понимания сути этих процессов и не более того.
Изменение тока (напряжения) во времени могут иметь достаточно сложный характер, но всегда существует возможность представить их в виде совокупности ряда колебаний, изменяющихся по синусоидальному закону (рис.1). Те напряжения и ток, которыми мы пользуемся в повседневной жизни подчиняются этому же закону.
Возьмем произвольную точку и начнем вращать ее по окружности с угловой скоростью ω (рисунок 1.а). При этом она последовательно пройдет все точки окружности, в том числе 1,2,3,4, после чего цикл повторится. Если все это спроецировать на оси Х (значение тока или напряжения) и t (время), то получим график, изображенный на рисунке 1 (там эти точки тоже обозначены), который поясняет суть переменного тока или напряжения.
Время T=t4-t1 за которое происходит один цикл колебания называется периодом. Зависимость периода от частоты колебаний находится в обратно пропорциональной зависимости T=1/f , где f - частота колебаний (величина, характеризующаяся количеством колебаний в единицу времени). Единица измерения частоты - Герц (Гц). 1 Герц- это одно колебание в секунду.
Частота колебаний в Российской сети переменного тока 50 Гц. (В некоторых странах частота тока составляет 60 Гц.).
Теперь, собственно о том, зачем я приводил пример с вращением точки по окружности. Предположим, нужно определить относительное положение точки 1 от точки 2. Вроде напрашивается привязать их к оси t, тогда получим расстояние между ними Δt=t2-t1 , но для разных частот эта величина будет различна.
Если же учесть, что полный оборот всегда равен 360 0 или 2π радиан, то всегда можно сказать, что точка 2 сдвинута относительно точки 1 на 90 0 (π/2). Кстати, это называется фазовым сдвигом и пригодится нам при рассмотрении трехфазного тока (или напряжения - как угодно).
Пора перейти к рисунку 2. Все знают, что напряжение бытовой электрической сети переменное и должно быть 220 В. Так вот, если Вы думаете, что это значение можно присвоить точке А, то ошибаетесь. Судите сами, переменное напряжение то возрастает, то уменьшается, в какие то моменты оно вовсе равно нулю, но свою работу оно делает.
Эта работа определяется площадью (желтый цвет), ограниченной синусоидой и осью t (нулевое значение). Если построить прямоугольник такой же площади (заштрихован), то его верхняя граница, находящаяся на отметке а (малое) будет соответствовать значению 220В. Это называется действующее значение напряжения .
Амплитудное значение напряжения выше, взаимосвязь между ними определяется формулой A=a*√2 , то есть максимальное значение напряжения в сети может достигать 311 В. Это справедливо для любых переменных напряжений, что следует учитывать, например, выбирая максимально допустимое обратное напряжение диода при включении его в цепь переменного тока.
ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
В заключение - немного про трехфазный ток . В промышленных масштабах у нас вырабатывается именно он. Генератор трехфазного тока имеет три катушки, расположенные под углом 120 0 (рисунок 3). Соответственно, в каждой из них при вращении в магнитном поле наводится электрический ток. Токи катушек сдвинуты по фазе друг относительно друга на те же 120 0 .
При подключении трехфазных потребителей энергии необходимо учитывать порядок подключения фаз. Последовательность подключения может иметь следующие варианты:
Это обусловлено тем, что переменный трехфазный ток способен создавать вращающееся магнитное поле, при неправильном подключении направление его вращения будет меняться на противоположенное, что может повлечь нарушение работоспособности некоторых устройств.
Стоит сказать, что бытовая однофазная электрическая сеть ни что иное как часть трехфазной цепи, использующая для работы нулевой (N) провод и одну из фаз A(L1), B(L2), C(L3). При подключении однофазных потребителей следует равномерно распределять нагрузку между всеми тремя фазами.
Может возникнуть вопрос: почему трехфазная цепь имеет напряжение 380В, а однофазная 220В? Дело в том, что напряжения между фазами U АВ, U АС, U ВС составляют 380 Вольт, а между любой фазой и "нулем" U AN , U BN , U CN - 220 Вольт. Именно поэтому ошибочное подключение одной из фаз на нулевой провод может вывести из строя бытовую технику, рассчитанную на напряжение 220В.
© 2012-2017 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется П. т. благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии , Электрическая цепь). Широко применяются трёхфазные системы П. т. (см. Трёхфазная цепь). Генераторы и двигатели П. т. по сравнению с машинами постоянного тока (См. Постоянный ток) при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. П. т. может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в П. т. другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели П. т. (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.
П. т. широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).
П. т. создаётся переменным напряжением. Переменное электромагнитное поле, возникающее в пространстве, окружающем проводники с током, вызывает колебания энергии в цепи П. т.: энергия периодически то накапливается в магнитном или электрическом поле, то возвращается источнику электроэнергии. Колебания энергии создают в цепи П. т. реактивные токи, бесполезно загружающие провода и источник тока и вызывающие дополнительные потери энергии, что является недостатком передачи энергии П. т.
За основу для характеристики силы П. т. принято сопоставление среднего теплового действия П. т. с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы. Полученное таким путём значение силы П. т. I называется действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное за период значение силы тока. Аналогично определяется и действующее значение напряжения П. т. U. Амперметры и вольтметры П. т. измеряют именно действующие значения тока и напряжения.
В простейшем и наиболее важном на практике случае мгновенное значение силы i П. т. меняется во времени t по синусоидальному закону: i = I m sin (ωt + α ), где I m - амплитуда тока, ω = 2 πf - его угловая частота, α - начальная фаза. Синусоидальный (гармонический) ток создаётся синусоидальным напряжением той же частоты: u = U m sin (ωt + β ), где U m - амплитуда напряжения, β - начальная фаза (рис. 2 ). Действующие значения такого П. т. равны: I = l m / √2 ≈ 0,707 I m , U = U m /√2 ≈ 0,707 U 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. т. индуктивности или (и) ёмкости между током i и напряжением u в общем случае возникает сдвиг фаз φ = β - α , зависящий от параметров цепи (активного сопротивления r, индуктивности L, ёмкости С ) и угловой частоты ω . Вследствие сдвига фаз средняя мощность Р Т. т., измеряемая ваттметром, меньше произведений действующих значений тока и напряжения: Р = IU cosφ .
В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, 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: I = U/r. Здесь r - активное сопротивление цепи, определяемое по активной мощности Р, затрачиваемой в цепи: r = P/I 2 .
При наличии в цепи индуктивности L П. т. индуцирует в ней эдс самоиндукции e L = - L . di/dt = - ωLl m cos (ωt + α ) = ωLI m sin (ωt + α - π /2). Эдс самоиндукции противодействует изменениям тока, и в цепи, содержащей только индуктивность, ток отстаёт по фазе от напряжения на четверть периода, то есть φ =π /2 (рис. 4 ). Действующее значение e L равно E L = IωL = Ix L , где x L = ωL - индуктивное сопротивление цепи. Закон Ома для такой цепи имеет вид: I = U/x L = U/ωL.
Когда ёмкость С включена под напряжение u, то её заряд равен q = Cu. Периодические изменения напряжения вызывают периодические изменения заряда, и возникает ёмкостный ток i = dq/dt = C․du/dt = (CU m cos (ωt + β ) = ωCU m sin (ωt + β + π /2). Таким образом, синусоидальный П. т., проходящий через ёмкость, опережает по фазе напряжение на её зажимах на четверть периода, то есть φ = -π /2 (рис. 5 ). Эффективные значения в такой цепи связаны соотношением I = ωCU = U/x c , где x c = 1/ωС - ёмкостное сопротивление цепи.
Если цепь П. т. состоит из последовательно соединённых r, L и С , то её полное сопротивление равно , где x = x L - x c = ωL - 1 / ω C - реактивное сопротивление цепи П. т. Соответственно, закон Ома имеет вид: а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления цепи к активному: tgφ = х/r. В такой цепи при совпадении частоты ω вынужденных колебаний, создаваемых источником П. т., с резонансной частотой ω 0 = 1/ωL = 1/ωС ) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. Колебательный контур). В условиях резонанса напряжения на индуктивности и ёмкости могут значительно (часто во много раз) превышать напряжение на зажимах цепи.
Облегчение расчётов цепей синусоидальных П. т. достигается построением так называемых векторных диаграмм (См. Векторная диаграмма). Векторы синусоидальных тока и напряжения принято помечать точкой над буквенным обозначением (I и U,
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. т. с последовательно соединёнными r
, L
, С
. Мгновенное значение напряжения на зажимах этой цепи равно алгебраической сумме напряжений на активном и реактивном сопротивлениях: u
= u L
+ u r
+ u c ,
следовательно, 
π/2, а ёмкостное отстаёт от тока на π
/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 U в цепи и угол сдвига фаз φ.
Для расчётов разветвленных цепей квазистационарного П. т. используют Кирхгофа правила . При этом обычно применяют метод комплексных величин (символический метод), который позволяет выразить в алгебраической форме геометрические операции с векторами П. т. и применить, таким образом, для расчётов цепей П. т. все методы расчётов цепей постоянного тока.
Несинусоидальность П. т. в электроэнергетических системах обычно нежелательна, и принимаются специальные меры для её подавления. Но в цепях электросвязи, в полупроводниковых и электронных устройствах несинусоидальность создаётся 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: I = i 0 + I 1m sin (ωt + α 1 )+ I 2m sin (2ωt + α 2) +... + l km sin (kωt + α k ). Здесь I 0 - постоянная составляющая тока, I im sin (ωt + α 1 ) - первая гармоническая составляющая (основная гармоника), остальные члены - высшие гармоники. Расчёт линейных цепей несинусоидального тока на основании принципа суперпозиции (наложения) ведётся для каждой составляющей (так как x L и x c зависят от частоты). Алгебраическое сложение результатов таких расчётов даёт 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.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Переменный ток" в других словарях:
В широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. П. т. создаётся перем. напряжением. В технике обычно под П. т. понимают периодич, ток, в к ром средние за период значения силы тока и напряжения равны нулю. Периодом Т П. т. наз.… … Физическая энциклопедия
В широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени; в узком периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток … Большой Энциклопедический словарь
переменный ток - Электрический ток, изменяющийся во времени. Примечание — Аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика
См. Ток переменный. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь Энциклопедический словарь по металлургии
В широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени; в узком периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток. * * * ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, в широком… … Энциклопедический словарь
Электрический ток, периодически изменяющийся по силе и направлению. В широком смысле переменный ток – всякий ток, изменяющийся во времени. С использованием переменного тока связан основной способ передачи электроэнергии вследствие относительной… … Энциклопедия техники
переменный ток - kintamoji srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. alternating current vok. Wechselstrom, m rus. переменный ток, m pranc. courant alternatif, m … Automatikos terminų žodynas
Что такое переменный ток. Определение переменного тока
Переменный ток — это направленное движение заряженных частиц, направление движения которых меняется на противоположное через равные промежутки времени. Если постоянный ток течет в одном направлении и не меняется по величине, то переменный ток может быть в данный момент положительным, а через определенный промежуток времени отрицательным.
Вырабатывают переменный ток генераторы переменного напряжения, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Форма переменного тока может быть различной и зависит от его назначения. Форма переменного тока промышленного назначения и для бытовых нужд населения носит синусоидальный характер.
Он имеет такие характеристики как амплитуда, частота и период. Периодом синусоидального тока является его полный цикл колебания и измеряется временем совершения одного цикла колебания. Такие циклы повторяются и поэтому переменный ток еще называют циклическим.
Период обозначается буквой Т и выражается в секундах. Другим параметром синусоидального тока является частота, которая обратно пропорциональна периоду т. е. F = 1/Т. Если период переменного тока равен 1 секунде, то частота его будет равна 1 Гц.
Существует два стандарта переменного тока — это 50 Гц и 60 Гц. В России используется частота сети 50 Гц, а в Канаде и США 60 Гц. Такой параметр как амплитуда, определяется его наибольшей величиной в определенный промежуток времени, она может иметь отрицательное или положительное значение.
Что такое трехфазный переменный ток
Если два синусоидальных сигнала одновременно достигают наибольшей амплитуды и нуля, то можно говорить что эти сигналы имеют одинаковую фазу, т. е. совпадают по фазе. Если эти сигналы имеют разные значения максимума и нуля, то они сдвинуты по фазе.
В трехфазном переменном токе имеется три сигнала однофазного синусоидального тока сдвинутых относительно друг друга на 120°. Из многофазных электрических сетей в основном выбрана трехфазная сеть, как наиболее оптимальная. Трехфазная сеть состоит из 3-х однофазных сетей.
Такую однофазную сеть в трехфазной сети называют фазой. Возможны два вида соединения фаз в трехфазной сети — это соединение «треугольником» и «звездой». При соединении «звездой» одни концы генератора соединяются вместе и образуют нулевую точку, а другие провода обмоток идущие к нагрузкам называются линейными.
Напряжение между линейными проводами и нулевыми проводами называются фазным напряжением. А напряжение между линейными проводами называют линейным напряжением. Нулевой провод используется в случаях неравномерной нагрузки, позволяя выравнивать напряжение фаз.
Нейтральный провод применяется в схеме освещения, где создать равномерную нагрузку нелегко, так как не все лампы включаются одновременно и равномерно по фазам. Между фазными и линейными напряжениями имеется зависимость: Uл = √3*Uф ≈ 1,73*Uф. В трехфазных сетях по схеме «звезда» Uл — 380 В, а Uф = 220 В.
Если нагрузка в электрической цепи по схеме «звезда» в трех фазах одинакова, т. е. симметрична, то в нейтральном проводе тока нет, или он минимальной величины. А если ток нейтрали незначителен, то и сечение нулевого провода значительно меньше, чем сечение линейного провода. Когда нагрузка одинакова, ток в нейтрали будет равен нулю.
Нейтраль в этом случае не нужна. Тогда используют схему соединения трехфазной сети «треугольник», где все концы соединяются с началами обмоток генератора и образуют схему «треугольник» без нейтрали. В схеме «треугольник» фазные и линейные напряжения равны Uл = Uф, а токи определяются по формуле — IЛ = √3*IФ, где линейный ток в 1,73 раза больше фазного.
Соединение по схеме «треугольник» иногда используется в освещении, но в основном такую схему применяют в трехфазных сетях с небольшим перекосом фаз. Также тяжёлый запуск асинхронных электродвигателей осуществляется по схеме «звезда», чтобы снизить большой пусковой ток электродвигателя, а достигнув рабочего режима, переходят на схему «треугольник».
