Меню

Получение переменного тока однофазные цепи переменного тока

Как получить переменный электрический ток?

Практически все знают, что в бытовой сети повсеместно используется переменное напряжение, как результат, питание всех домашних устройств осуществляется переменным током. Однако, далеко не всем известны способы получение переменного тока, особенности формирования электрической величины и способы, которыми он генерируется на практике. Поэтому в рамках статьи мы рассмотрим как теоретический, так и практический аспект данного вопроса.

Теория

С одной стороны каждому известно, что первое знакомство человечества с электрической энергией произошло на примере постоянного тока. Только в 1831 году исследование явления магнитной индукции привели к генерации переменных токов. Первые эксперименты задействовали электрический проводник, помещаемый в магнитный поток.

Для примера вам следует рассмотреть обычный проводник, приведенный в состояние замкнутого контура, края проводника можно подключить к измерительному прибору для фиксации изменения электрических величин.

Далее вам необходимо:

  • взять хороший магнит, если под рукой имеется мощный неодимовый, то он подойдет лучше всего;
  • подключите проводник к гальванометру, всю электрическую цепь положите на стол или другую поверхность из изолирующего материала;
  • поднесите магнит к проводнику как можно ближе, желательно, чтобы расстояние было не больше 10 мм;
  • сделайте резкое движение в перпендикулярной плоскости по отношению к проводнику;
  • обратите внимание на прибор, стрелка гальванометра отклонится от равновесного положения в какую-либо сторону – в результате электромагнитных колебаний в проводнике наводится ЭДС индукции, которая и обуславливает возникновение переменного тока в замкнутом контуре.

Повторите манипуляцию с магнитом несколько раз, и вы увидите, как гальванометр равномерно отклоняется в сторону, по мере приближения полюса к проводнику и так же равномерно возвращается в исходную позицию по мере удаления магнита. Отклонение стрелки свидетельствует об изменении величины тока и потенциала, индуцируемых в металле. Амплитуда колебаний тока не постоянна во времени, из-за чего данная величина и называется переменной.

Заметьте, если перемещать возле провода один магнитный полюс, то стрелка будет отклоняться в одном направлении, если повернуть противоположным магнитным полюсом, то и направление отклонения стрелки соответственно изменится.

Один контур представляет собой лишь пример для понимания сути получения переменного электрического тока, так как ЭДС в нем будет слишком малой и мощности не хватит даже для питания светодиода. В промышленных масштабах вместо вращения витка используют целые обмотки с множеством витков. На практике не имеет значения, происходит движение магнита относительно проводника или это замкнутый контур движется по отношению к полюсу магнита.

Поэтому для изменения ЭДС в обмотках генератора может применяться как принцип вращения ротора из магнитного материала внутри обмоток статора, так и наоборот, обмоток ротора внутри магнитного статора.

Сама величина электродвижущей силы определяется из соотношения физических параметров по такой формуле:

Формула электродвижущая сила

где n – это количество витков обмоток

а соотношение B/dt – это скорость изменения электромагнитной индукции во времени.

Способы получения

Сегодня насчитывается довольно большое количество методов получения переменного тока. Поэтому в рамках статьи мы рассмотрим наиболее интересные с практической точки зрения.

Рамка с магнитами

Для этого вам понадобится рамка из любого металла, концы которой позволяют организовать вращение. С противоположных концов по отношению к рамке устанавливаются два магнита, направленные противоположными полюсами. Следует заметить, что величина переменного тока будет зависеть от сопротивления проводов, поэтому лучше брать изделие большого сечения и с высокой удельной проводимостью. При вращении контура в его электрической сети будет наводится ЭДС, которая и приведет к протеканию переменного тока.

Рамкой и магнитами

Рис. 1. Рамкой и магнитами

Как видите на рисунке выше, при равномерном максимальном удалении сторон металлического кольца от полюсов магнита величина электродвижущей силы равна нулю, магнитные линии не пересекают проводник. Синусоида напряжения и тока берут начало из нулевой отметки. Затем происходит движение рамки и ЭДС изменяется до тех пор, пока не достигнет своего максимума при оптимальном приближении сторон к магнитам. По мере дальнейшего вращения рамки ее стороны снова будут удаляться от магнитов и переменная ЭДС снова снизится до нуля.

При перемене положения меняется и направление протекания переменного тока, что на графике отображается в виде перехода кривой в отрицательную плоскость графика. Разумеется, для промышленных генераторов такая схема не подходит, поэтому в них используется усовершенствованный принцип.

Асинхронный и синхронный генератор

Асинхронная электрическая машина по своей конструкции схожа с устройством трансформатора. Ее используют для генерации и передачи электроэнергии переменного тока в трехфазных сетях. Как правило, электрическая машина может использоваться и как трехфазный двигатель, и как генератор, многие из них являются обратимыми.

По своему устройству она напоминает рамку, но в трехфазном исполнении – для каждой из фаз в статоре помещается своя катушка, заменяющая один виток кольца. Все обмотки фаз смещены друг относительно друга на 120° в геометрической плоскости.

Устройство асинхронного генератора

Рис. 2. Устройство асинхронного генератора

Благодаря физическому смещению обмоток, переменный ток наводится в них с тем запозданием, по отношению к предыдущей фазе, которое требует ротору для преодоления соответствующего расстояния. За счет чего напряжение и ток в каждой из фаз получаются смещенными друг относительно друга. Частота вращения определяет скорость пересечения синусоидой оси абсцисс за единицу времен. В отечественных сетях промышленная частота переменного тока составляет 50Гц.

Напряжение в трехфазной сети

Рис. 3. Напряжение в трехфазной сети

Однако, как генераторы переменного тока, асинхронные машины имеют ряд недостатков:

  • большие пусковые токи;
  • отставание электродвижущей силы от магнитного поля, которое ее индуцирует;
  • меньшая степень контроля за системой.

Поэтому сейчас довольно часто применяется схема генератора синхронного типа. Конструктивно он схож с предыдущей моделью, с тем отличием, что он имеет дополнительную катушку, подключаемую через скользящий контакт. Она в значительной мере снижает пусковые токи и облегчает работу.

схема синхронного генератора

Рис. 4. Схема синхронного генератора

Инвертор

За счет развития технологий, переменный ток в современном мире можно запросто получить не только от трехфазных генераторов. Немаловажную роль играют солнечные электростанции, которые производят постоянный ток, мало применяемый в быту и производстве напрямую. Для преобразования готового постоянного тока в переменный, используются специальные приборы – инверторы.

Схема инвертора

Рис. 5. Схема инвертора

На рисунке 5 выше приведен пример простейшего инвертора для получения переменного тока. Как видите, постоянное напряжение с батареи подается на пару транзисторов VT1 и VT2. За счет отличий в скорости открытия, один из транзисторов будет открываться раньше и весь ток пойдет через него до получения некоторого прообраза полупериода. Конечно, такая кривая переменного тока будет далека от идеальной синусоиды, но более чем достаточно для повышения величины напряжения на трансформаторе Tr до 220В.

Это наиболее простой вариант преобразования постоянного напряжения в переменное, он может не выдавать одинаковую частоту с индукционными генераторами и рассматривается нами только в качестве примера. Для домашнего и производственного использования выпускают более сложные модели.

Источник

Получение однофазного переменного тока.

date image2018-02-13
views image2466

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Такой ток получают от генераторов переменного тока. Схема простейшего генератора переменного тока показана на рисунке ниже:

Между полюсами N и S электромагнита вращается стальной цилиндр А, на котором укреплена рамка, изготовленная из медного изолированного провода. Концы рамки присоединены к медным кольцам, изолированным от вала. К кольцам прижаты неподвижные щетки Щ, которые соединены проводами с приемником энергии R. Вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон индуктируются электродвижущие силы, которые, суммируясь, образуют общую электродвижущую силу. При каждом обороте рамки направление общей электродвижущей силы изменяется на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами электромагнита. Индуктируемая в рамке электродвижущая сила также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Следовательно, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться электродвижущая сила, периодически изменяющаяся по величине и направлению.

Читайте также:  Lm338k стабилизатор напряжения калькулятор тока

Если неподвижные щетки Щ, соединенные проводами с приемником энергии R, образуют замкнутую электрическую цепь, то от источника энергии к приемнику будет протекать переменный однофазный ток.

Время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл изменений по величине и направлению, называется периодом.Он обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Число периодов в секунду называется частотойпеременного тока. Она обозначается буквой f и измеряется в герцах.

Так как частота показывает число полных циклов изменения тока по величине и направлению за одну секунду, то период определяется как частное от деления одной секунды на частоту:

В технике применяют переменные токи различных частот. В России все электростанции вырабатывают электроэнергию переменного тока стандартной частоты — 50 гц. Этот ток называют током промышленной частоты и используют для снабжения электроэнергией промышленных предприятий и для освещения.

Переменный ток характеризуется амплитудой, периодом, частотой и фазой.
Амплитудой называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.
Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике. Частота — величина, обратная периоду.
Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t = 0 фаза называется начальной.
Мгновенное значение тока — значение переменного тока в данный момент времени. Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности, чем генераторы постоянного тока.
К периодическому режиму переменного тока может быть отнесён и синусоидальный. График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.
Тепловое действие тока, а также сила взаимодействия двух проводников, по которым проходит один и тот же ток, пропорциональны друг другу. Поэтому о величине тока судят по так называемому действующему (среднеквадратичному) значению тока.
Действующее значение переменного тока равно по величине такому постоянному току, который, проходя через неизменное сопротивление R за период Т, выделяет то же количество тела, что и переменный ток. Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующее значение.

Источник

Переменный ток

Электрический ток, величина и направление которого изменяются через равные промежутки времени, называют переменным. Такой ток условно обозначают знаком

Переменный ток в отличие от постоянного, который все время имеет одно направление и не меняет своей величины, изменяется по синусоидальному закону

Получение однофазного переменного тока. Такой ток получают от генераторов переменного тока. Схема простейшего генератора переменного тока показана на рисунке ниже:

Получение однофазного переменного тока

Между полюсами N и S электромагнита вращается стальной цилиндр А, на котором укреплена рамка, изготовленная из медного изолированного провода. Концы рамки присоединены к медным кольцам, изолированным от вала. К кольцам прижаты неподвижные щетки Щ, которые соединены проводами с приемником энергии R. Вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон индуктируются электродвижущие силы, которые, суммируясь, образуют общую электродвижущую силу. При каждом обороте рамки направление общей электродвижущей силы изменяется на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами электромагнита. Индуктируемая в рамке электродвижущая сила также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Следовательно, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться электродвижущая сила, периодически изменяющаяся по величине и направлению.

Если неподвижные щетки Щ, соединенные проводами с приемником энергии R, образуют замкнутую электрическую цепь, то от источника энергии к приемнику будет протекать переменный однофазный ток.

Время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл изменений по величине и направлению, называется периодом. Он обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Число периодов в секунду называется частотой переменного тока. Она обозначается буквой f и измеряется в герцах.

Так как частота показывает число полных циклов изменения тока по величине и направлению за одну секунду, то период определяется как частное от деления одной секунды на частоту:

В технике применяют переменные токи различных частот. В России все электростанции вырабатывают электроэнергию переменного тока стандартной частоты — 50 гц. Этот ток называют током промышленной частоты и используют для снабжения электроэнергией промышленных предприятий и для освещения.

Получение трехфазного переменного тока. В технике широкое применение находит трехфазный переменный ток. Трехфазным током называют систему, состоящую из трех однофазных токов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе на одну треть периода друг относительного друга и протекающих по трем проводам. Трехфазный ток получают в трехфазном генераторе, создающем три электродвижущие силы, сдвинутые по фазе на угол 120° (одну треть периода).

Схема простейшего генератора трехфазного тока

Простейший генератор трехфазного тока представляет собой кольцеобразный стальной сердечник, на котором расположены три обмотки: ω1, ω2 и ω3, сдвинутые одна относительно другой по окружности сердечника на 120°. Сердечник с обмотками называют статором генератора, а вращающийся внутри статора электромагнит — ротором. По обмотке ротора, называемой обмоткой возбуждения, проходит постоянный ток, который намагничивает ротор, образуя северный N и южный S полюсы. При вращении ротора созданное им магнитное поле пересекает обмотки статора, в которых индуктируется электродвижущая сила. Величина электродвижущей силы зависит от скорости, с которой магнитные силовые линии ротора пересекают магнитное поле статора. Полюсы ротора и обмотки статора должны быть такими, чтобы в каждой из обмоток статора возникала синусоидальная электродвижущая сила, сдвинутая по фазе на 120°.

Если к каждой из трех обмоток генератора подключить нагрузку, то в результате получатся три цепи однофазного переменного тока. При равенстве сопротивлений потребителей амплитуды токов в каждой цепи будут равны между собой, а фазовые соотношения между токами будут такими же, как и между электродвижущими силами в обмотках генератора. Каждую из обмоток генератора вместе с внешней цепью, присоединенной к ней, принято называть фазой. Чтобы из этих независимых однофазных систем образовать единую трехфазную систему, необходимо соединить отдельные обмотки. Обмотки генератора могут соединяться двумя способами: звездой и треугольником.

При соединении звездой обмоток генератора и потребителей (рис. 58) используются четыре провода вместо шести, необходимых в несвязанной системе. Сокращение количества проводов увеличивает экономичность устройства линии передачи энергии. Три провода, идущие от обмоток генератора к приемникам /, //, III, называют линейными, так как они составляют линию для передачи энергии от генератора к приемникам, а провод, соединяющий общие точки фаз генератора и потребителя — нулевым. Если нагрузки всех трех фаз одинаковы по величине, то суммарный ток в нулевом проводе будет равен нулю. Однако равномерную нагрузку можно обеспечить только при питании трехфазных потребителей, подключаемых и отключаемых всеми тремя фазами одновременно. Однофазные потребители включаются независимо один от другого, и при питании их не может быть достигнута полная равномерность нагрузки фаз. В этом случае нулевой провод должен поддерживать равенство разных напряжений потребителя

Напряжение между линейными проводами называют линейным, а напряжение, а каждой фазе — фазным. При соединении звездой линейный ток равен фазному, а фазное напряжение меньше линейного в 1,73 раза при одинаковой нагрузке фаз.

Однофазовые приемники, например лампы накаливания, можно подключать непосредственно к линейным проводам на линейное напряжение (рис. 59). Подобное соединение носит название соединения треугольником. Это соединение применяется для осветительной и силовой нагрузок. Фазы трехфазного генератора соединяют следующим образом: конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой, а к точкам соединения фаз подключают линейные провода. Поскольку фазы потребителя или генератора при таком соединении подключаются непосредственно к линейным проводам, фазные напряжения их равны линейным, т. е. Uф=Uл, а линейные токи по абсолютной величине больше фазных в 1,73 раза при одинаковой нагрузке фаз. Соединение треугольником обмоток генераторов встречается довольно редко. В двигателях трехфазного тока концы обмоток можно соединить звездой или треугольником.

Читайте также:  Линия тока в шатуре

Мощность переменного тока. Основной величиной при электрических расчетах является средняя, или активная, мощность. Ее подсчитывают по формуле:

φ-угол сдвига фаз между током и напряжением.

При равномерной нагрузке трехфазной системы мощность, потребляемая каждой фазой, одинакова, поэтому мощность всех трех фаз

Активную мощность трехфазного переменного тока при соединении звездой и треугольником определяют по формуле

Понятие о cos φ и меры его увеличения. Кроме активной, в электрической цепи существует реактивная мощность. Активная и реактивная мощности составляют полную мощность S. Активная мощность Ра расходуется в цепи при выделении тепла или совершении полезной работы, а реактивная Рр — при нарастании тока на создание магнитных полей в индуктивной части цепи. При уменьшении тока цепь становится как бы генератором и энергия, запасенная в ней, передается генератору, питающему эту цепь. Такое передвижение энергии от генератора в цепь и обратно загружает линию и обмотку генератора, обусловливая лишние потери энергии в них. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Он показывает, какая часть полной мощности фактически потребляется цепью, и подсчитывается по формуле

Таким образом, коэффициент мощности для синусоидального переменного тока и есть косинус угла сдвига фаз между током и напряжением.

Уличение cos φ зависит от типа, мощности и числа оборотов вновь устанавливаемых двигателей, увеличения их загрузки и т. д.

Понятие о тепловом действии тока. При прохождении тока по проводнику последний нагревается. Русский академик Э. X. Ленц и английский физик Д. П. Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделямое проводником, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Джоуля — Ленца и определяется по формуле:

где Q — количество теплоты, кал;

I— ток, протекающий по проводнику, а;

R — сопротивление проводника, ом;

Для предохранения электротехнических устройств от чрезмерных нагревов в электрическую цепь включают легкоплавкие предохранители, а для защиты электрических двигателей при токовых перегрузках, применяют тепловое максимальное реле.

Электроизмерительные приборы. Электроизмерительные приборы применяют для измерения различных электрических величин: тока, напряжения, сопротивления и т. д. По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, измеряющие ток, вольтметры, измеряющие напряжение, омметры, измеряющие сопротивление, и т. д. Электроизмерительные приборы состоят из подвижной и неподвижной частей. К подвижной части прибора прикреплена указательная стрелка, по которой ведется отсчет измеряемой величины на неподвижной шкале. Сущность работы электроизмерительного прибора состоит в том, что проходящий через его катушки ток вызывает поворот подвижной части прибора, в результате чего стрелка отклоняется на определенный угол. Амперметры, измеряющие ток в электрической цепи, включают последовательно, а вольтметры — параллельно. По роду тока приборы делятся на приборы, измеряющие только переменный или постоянный ток, и приборы, измеряющие и переменный и постоянный ток.

Электроизмерительные приборы подразделяются на семь классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. Цифра класса точности указывает величину основной допускаемой погрешности прибора от его наибольшего показания. Так, если вольтметр рассчитан на 150 в, а его класс точности 2,5, то при измерении напряжения этим прибором возможная погрешность составит 2,5%.

Источник



Однофазный переменный ток

Получение переменного тока

Однофазный переменный токЕсли проводник А вращать в магнитном потоке, образованном двумя полюсами магнита, в направлении по часовой стрелке (рис. 1), то при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем будет индуктироваться э. д. с, величина которой определяется выражением

где В — магнитная индукция в Тл, l — длина проводника в м, v — скорость движения проводника в м/сек, α — угол, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии.

Пусть В, I и v для данного случая остаются постоянными величинами, тогда индуктированная э. д. с. будет зависеть только от угла α , под которым проводник пересекает магнитное поле. Так, в точке 1, когда проводник двигается вдоль магнитных силовых линий, величина индуктированной э. д. с. будет равна нулю, при перемещении проводника в точку 3 э. д. с. будет иметь наибольшее значение, так как силовые линии будут пересекаться проводником в направлении, перпендикулярном к ним, и, наконец, э. д. с. вновь достигнет нуля, если проводник переместится в точку 5.

Изменение индуктированной э. д. с. в проводнике, вращающемся в магнитном поле

Рис. 1. Изменение индуктированной э. д. с. в проводнике, вращающемся в магнитном поле

В промежуточных точках 2 и 4, в которых проводник пересекает силовые линии под углом α = 45°, величина индуктированной э. д. с. будет соответственно меньше, чем в точке 3. Таким образом, при повороте проводника из точки 1 в точку 5, т. е. на 180°, индуктированная э. д. с. изменяется от нуля до максимума и снова до нуля.

Совершенно очевидно, что при дальнейшем повороте проводника А на угол 180° (через точки 6, 7, 8 и 1) характер изменения индуктированной э. д. с. будет такой же, но направление ее изменится на обратное, так как проводник будет пересекать магнитные силовые линии уже под другим полюсом, что равносильно пересечению их в противоположном первому направлении.

Следовательно, при повороте проводника на 360° индуктированная э. д. с. не только изменяется все время по величине, но и дважды меняет свое направление.

Если проводник замкнуть на какое-либо сопротивление, то в проводнике появится электрический ток, также изменяющийся по величине и направлению.

Электрический ток, непрерывно изменяющийся по величине и направлению, называется переменным током .

Что такое синусоида

Характер изменения э. д. с. (тока) за один оборот проводника для наглядности представляют в графическом виде при помощи кривой. Так как величина э. д. с. пропорциональна sin α , то, задавшись определенными углами, можно при помощи таблиц определить значение синуса каждого угла и в соответствующем масштабе построить кривую изменения э. д. с. Для этого на горизонтальной оси будем откладывать углы поворота проводника, а на вертикальной оси в соответствующем масштабе индуктированную э. д. с.

Если обозначенные ранее на рис. 1 точки соединить плавной кривой линией, то она даст представление о величине и характере изменения индуктированной э. д. с. (тока) при любом положении проводника в магнитном поле. Вследствие того что величина индуктированной э. д. с. в каждый момент определяется синусом угла, под которым проводник пересекает магнитное поле, приведенная на рис. 1 кривая носит название синусоиды , а изменяющаяся по ней э. д. с. — синусоидальной .

Синусоида и величины ее характеризующие

Рис. 2. Синусоида и величины ее характеризующие

Рассмотренные нами изменения э. д. с. по синусоиде соответствуют повороту проводника в магнитном поле на угол 360°. При повороте проводника на следующие 360° изменения индуктированной э. д. с. (и тока) вновь произойдут по синусоиде, т. е. будут периодически повторяться.

Читайте также:  Ток термической стойкости сип

Соответственно, вызванный этой э. д. с. электрический ток называется синусоидальным переменным током . Совершенно очевидно, что и напряжение, которое может быть измерено нами на концах проводника А, при наличии замкнутой внешней цепи также будет изменяться по синусоиде.

Переменный ток, полученный при помощи вращения в магнитном потоке проводника или системы проводников, соединенных в одну катушку, называется однофазным переменным током .

Синусоидальные переменные токи находят наибольшее применение в технике. Однако можно встретить переменные токи, изменяющиеся не по закону синуса. Такие переменные токи называются несинусоидальными .

Амплитуда, период, частота однофазного переменного тока

Сила тока, изменяющегося по синусоиде, непрерывно меняется. Так, если в точке А (рис. 2) ток был равен 3а, то в точке Б он уже будет больше. В другой какой-либо точке на синусоиде, например в точке С, ток будет иметь уже новое значение и т. д.

Сила тока в отдельные моменты при изменении его по синусоиде носит название мгновенных значений тока .

Наибольшее по величине мгновенное значение однофазного переменного тока при изменении его по синусоиде называется амплитудой . Нетрудно видеть, что за один оборот проводника ток два раза достигает амплитудного значения. Одно из значений аа’ является положительным и откладывается вверх от оси 001 а другое вв’ — отрицательное и откладывается от оси вниз.

Время, в течение которого индуктированная э. д. с. (или сила тока) проходит весь цикл изменений, называется периодом Т (рис. 2). Период обычно измеряется в секундах.

Величина, обратная периоду, называется частотой ( f ). Иначе говоря, частота переменного тока есть число периодов в единицу времени, т. е. в секун ду. Так, например, если переменный ток в течение 1 секунды десять раз принимает одинаковые по величине и направлению значения, то частота такого переменного тока будет составлять 10 периодов в секунду.

Для измерения частоты вместо числа периодов в секунду применяется единица, получившая название герц (гц). Частота 1 герц равна частоте 1 пер/сек. При измерении больших частот удобнее пользоваться единицей, в 1000 раз большей герца, т. е килогерцем (кгц), или в 1000000 раз большей герца, — мегагерц (мггц).

Переменные токи, применяемые в технике, в зависимости от частоты могут быть подразделены на токи низкой частоты и токи высокой частоты.

Действующее значение переменного тока

Действующее значение переменного тока

Постоянный ток, проходя по проводнику, нагревает его. Если, пропустить по проводнику переменный ток, проводник также будет нагреваться. Это и понятно, так как хотя переменный ток и меняет все время свое направление, но выделение тепла совершенно не зависит от направления тока в проводнике.

При пропускании переменного тока через лампочку нить ее будет накаливаться. При стандартной частоте переменного тока 50 гц никакого мигания света наблюдаться не будет, так как нить лампочки накаливания , обладая тепловой инерцией, не успевает остыть в те моменты, когда ток в цепи равен нулю. Применение для освещения переменного тока с частотой меньше 50 гц уже нежелательно в связи с тем, что появляются неприятные, утомляющие зрение колебания силы света лампочки.

Проводя и дальше аналогию с постоянным током, можно ожидать, что переменный ток, проходя по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. На самом деле п еременный ток не создает магнитного поля, а потому, что создаваемое им магнитное поле будет также переменным по направлению и величине.

Переменный ток все время изменяется как по величине, так и по направлени ю. Естественно возникает вопрос, как же измерить переменный т ок и какое значение его при изменении по синусоиде следует принять как производящее то или иное действие.

С этой целью переменный ток сравнивают по производимому им действию с постоянным током, величина которого в течение опыта остается неизменной.

Переменный ток и напряжение

Предположим, что по проводнику с неизменным сопротивлением пропущен постоянный ток 10 А и при этом обнаружено, что проводник нагрелся до температуры 50°. Если теперь по этому же проводнику пропустить не постоянный, а переменный ток и так подобрать его величину (действуя, например, реостатом), чтобы проводник также нагрелся до температуры 50°, то в этом случае мы можем сказать, что действие переменного тока равно действию постоянного тока.

Нагревание проводника в обоих случаях до одной и той же температуры говорит о том, что за единицу времени переменный ток выделяет в проводнике такое же количество тепла, как и постоянный.

Переменный синусоидальный ток, выделяющий в данном сопротивлении за единицу времени такое же количество тепла, как и постоянный ток, является эквивалентным по величине постоянному току . Эту величину тока называют действующим (Iд) или эффективным значением переменного тока . Следовательно, для нашего примера действующее значение переменного тока будет составлять 10 А . При этом максимальные (амплитудные) значения тока будут превосходить по величине действующие значения.

Опыт и подсчеты показали, что действующие значения переменного тока меньше амплитудных его значений в √ 2 (1,41) раза. Следовательно, если амплитудное значение тока известно, то действующее значение тока I д может быть определено путем деления амплитуды тока Iа на √ 2, т. е. I д = I а/ √ 2

Наоборот, если известно действующее значение тока, то может быть вычислено амплитудное значение тока, т. е. I а = I д √ 2

Такие же соотношения будут действительны и для амплитудных и действующих значений э. д. с. и напряжений: Ед = Еа/ √ 2 , U д = U а/ √ 2

Измерительные приборы чаще всего показывают действующие значения, поэтому при обозначениях индекс «д» обычно опускается, но забывать об этом не следует.

Полное сопротивление в цепях переменного тока

Полное сопротивление в цепях переменного тока

При включении в цепь переменного тока потребителей, имеющих индуктивность и емкость, приходится считаться как с активным, так и с реактивным сопротивлением (реактивное сопротивление появляется при включении конденсатора или катушки индуктивности в цепь переменного тока). Поэтому при определении тока, проходящего по такому потребителю, необходимо подведенное напряжение делить на полное сопротивление цепи (потребителя).

Полное сопротивление (Z) цепи однофазного переменного тока определяется по следующей формуле:

Z = √ (R 2 + ( ω L — 1/ωC) 2

где R — активное сопротивление цепи в омах , L — индуктивность цепи в генри, С — емкость цепи (конденсатора) в фарадах , ω — угловая частота переменного тока.

В цепях переменного тока применяются различные потребители, в которых необходимо учитывать или все три величины R, L, С или только некоторые из них. Одновременно с этим необходимо учитывать и угловую частоту переменного тока.

В некоторых потребителях при соответствующих значениях угловой частоты можно принимать во внимание только величины R и L. Так, например, при частоте переменного тока 50 гц катушку соленоида или обмотку генератора можно рассматривать лишь как содержащую активное и индуктивное сопротивление. Иначе говоря, емкостью в этом случае можно пренебречь. Тогда полное сопротивление переменному току такого потребителя можно подсчитать по формуле:

Z = √ (R 2 + ω 2 L 2 )

Если такую катушку, или обмотку, рассчитанную для работы в цепи переменного тока, включить в цель постоянного тока с таким же напряжением, по катушке пойдет очень большой ток, который может привести к значительному выделению тепла, и изоляция обмотки может быть повреждена. Напротив, по катушке, рассчитанной для работы в цепи постоянного тока и включенной в цепь переменного тока с тем же напряжением, будет проходить небольшой ток, и прибор, в котором применена эта катушка, не произведет необходимого действия.

Треугольник сопротивлений, треугольник напряжений и треугольник мощностей:

Источник