Головна

   Велика Радянська Енциклопедія

Змінний струм

   
 

Змінний струм, в широкому сенсі електричний струм , що змінюється в часі. Зазвичай в техніці під П. т. розуміють періодичний струм, в якому середнє значення за період сили струму і напруги дорівнює нулю. Періодом Т П. т. називають найменший проміжок часу (виражений у сек ), через який зміни сили струму (і напруги) повторюються ( рис. 1 ). Важливою характеристикою П. т. є його частота f - число періодів в 1 сек: f = 1 / Т. В електроенергетичних системах СРСР і більшості країн світу прийнята стандартна частота f = 50 гц, в США - 60 гц. У техніці зв'язку застосовуються П. т. високої частоти (від 100 кгц до 30 Ггц ). Для спеціальних цілей в промисловості, медицині та ін галузях науки і техніки використовують П. т, самих різних частот, а також імпульсні струми (див. Імпульсна техніка ).

Для передачі і розподілу електричної енергії переважно використовується П. т. завдяки простоті трансформації його напруги майже без втрат потужності (див. Передача електроенергії , Електричний ланцюг ). Широко застосовуються трифазні системи П. т. (див. Трифазна ланцюг ). Генератори і двигуни П. т. в порівнянні з машинами постійного струму при рівній потужності менше за габаритами, простіше по пристрою, надійніше і дешевше. П. т. може бути випрямлений, наприклад напівпровідниковими випрямлячами, а потім за допомогою напівпровідникових інверторів перетворений знов в П. т. інший, регульованої частоти; це створює можливість використовувати прості і дешеві безколекторний двигуни П. т. (асинхронні та синхронні) для всіх видів електроприводів, що вимагають плавного регулювання швидкості.

П. т. широко застосовується в пристроях зв'язку (радіо, телебачення, дротяна телефонія на далекі відстані і т. п.).

П. т. створюється змінною напругою. Змінне електромагнітне поле, що виникає в просторі, що оточує провідники зі струмом, викликає коливання енергії в ланцюзі П. т.: енергія періодично то накопичується в магнітному або електричному полі, то повертається джерелу електроенергії. Коливання енергії створюють в ланцюзі П. т. реактивні струми, марно завантажили дроти і джерело струму і викликають додаткові втрати енергії, що є недоліком передачі енергії П. т.

За основу для характеристики сили П. т. прийнято зіставлення середнього теплового дії П. т. з тепловим дією постійного струму відповідної сили. Отримане таким шляхом значення сили П. т. I називається чинним (або ефективним) значенням, математично представляє середньоквадратичне за період значення сили струму. Аналогічно визначається і діюче значення напруги П. т. U. Амперметри і вольтметри П. т. вимірюють саме діючі значення струму і напруги.

У найпростішому і найбільш важливому на практиці випадку миттєве значення сили i П. т. міняється в часі t за синусоїдальним законом: i = I m sin ( wt + a), де Im - амплітуда струму, w = 2p f - його кутова частота, a - початкова фаза. Синусоїдальний (гармонійний) струм створюється синусоїдальною напругою тієї ж частоти: u = U m sin ( wt + b), де Um - амплітуда напруги, b - початкова фаза ( рис. 2 ). Діючі значення такого П. т. рівні: I = l m/ "? 0,707 Im, U = Um/ "0,707 Um. Для синусоїдальних струмів, які відповідають умові квазистационарности (див. Квазістаціонарний ток ; надалі будуть розглядатися тільки такі струми), справедливий Ома закон (закон Ома в диференціальній формі справедливий і для неквазістаціонарних струмів в лінійних ланцюгах). Через наявність у ланцюзі П. т. індуктивності або (і) ємності між струмом i і напругою u в загальному випадку виникає зрушення фаз j = b - a, що залежить від параметрів ланцюга (активного опору r, індуктивності L, ємності С) і кутової частоти w. Внаслідок зсуву фаз середня потужність Р Т. т., вимірювана ваттметром, менше творів значень струму і напруги: Р = IU cos j.

У ланцюзі, що не містить ні індуктивності, ні ємкості, струм збігається по фазі з напругою ( рис. 3 ). Закон Ома для діючих значень у цьому ланцюзі буде мати таку ж форму, як для ланцюга постійного струму: I = U / r. Тут r - активний опір ланцюга, що визначається за активної потужності Р, затрачиваемой в ланцюгу: r = P / I 2.

За наявності в ланцюзі індуктивності L П. т. індукує в ній ерс самоіндукції eL = - L . di / dt = - wLl m cos ( wt + a ) = wLI m sin ( wt + a - p / 2). Едс самоіндукції протидіє змінам струму, і в ланцюзі, містить лише індуктивність, струм відстає по фазі від напруги на чверть періоду, тобто j=p / 2 ( рис. 4 ). Чинне значення eL дорівнює EL = IwL = Ix L, де xL = wL - індуктивний опір ланцюга. Закон Ома для такого ланцюга має вигляд: I = U / x L = U / wL.

Коли ємність С включена під напругу u, то її заряд дорівнює q = Cu. Періодичні зміни напруги викликають періодичні зміни заряду, і виникає ємнісний струм i = dq / dt = C ? du / dt = ( CU m cos ( wt + b) = wCU m sin ( wt + b + p / 2). Таким чином, синусоїдальний П. т ., що проходить через ємність, випереджає по фазі напругу на її затискачах на чверть періоду, тобто j = - p / 2 ( рис. 5 ). Ефективні значення в такому ланцюзі зв'язані співвідношенням I = w CU = U / x c, де xc = 1 / - ємнісний опір ланцюга.

Якщо ланцюг П. т. складається з послідовно з'єднаних r, L и С, то її повний опір дорівнює , де x = xL - x c = wL - 1/w C - реактивний опір ланцюга П. т. Відповідно, закон Ома має вигляд: , а зрушення фаз між струмом і напругою визначається відношенням реактивного опору кола до активного: tg j = х / r. У такій ланцюга при збігу частоти w вимушених коливань, створюваних джерелом П. т., з резонансною частотою w0 = 1 / індуктивне і ємнісне опору рівні ( wL = 1 / ) і повністю компенсують один одного, сила струму максимальна і спостерігається явище резонансу (див. Коливальний контур ). В умовах резонансу напруги на індуктивності і ємності можуть значно (часто у багато разів) перевищувати напругу на затисках ланцюга.

Полегшення розрахунків ланцюгів синусоїдальних П. т. досягається побудовою так званих векторних діаграм . Вектори синусоїдальних струму і напруги прийнято позначати крапкою над буквеним позначенням ( ). Довжини векторів зазвичай беруться рівними (у масштабі побудови діаграми) діючим значенням I и U, а кути між векторами - рівними зрушенням фаз між миттєвими значеннями відповідних величин. алгебраїчного додавання миттєвих значень синусоїдальних величин однієї і тієї ж частоти відповідає геометричне складання векторів цих величин. На рис. 6 показана векторна діаграма для ланцюга П. т. з послідовно з'єднаними r, L, С. Миттєве значення напруги на затискачах цього ланцюга одно алгебраїчній сумі напруг на активному та реактивному опорах: u = uL + ur + uc, отже, . При побудові діаграми вихідним служить вектор струму, так як у всіх ділянках неразветвленной ланцюга струм один і той же. Оскільки індуктивний напруга випереджає по фазі струм на p / 2, а ємнісне відстає від струму на p / 2 (тобто вони знаходяться в протифазі), при послідовному з'єднанні вони один одного частково компенсують.

Векторні діаграми наочно ілюструють хід обчислень і служать для контролю над ними; побудовані з дотриманням масштабу, вони дозволяють графічно визначити ефективну напругу U в ланцюзі і кут зсуву фаз j.

Для розрахунків розгалужених ланцюгів квазістаціонарного П. т. використовують Кирхгофа правила . При цьому зазвичай застосовують метод комплексних величин (символічний метод), який дозволяє виразити в алгебраїчній формі геометричні операції з векторами П. т. і застосувати, таким чином, для розрахунків ланцюгів П. т. всі методи розрахунків ланцюгів постійного струму.

Несинусоїдальность П. т. в електроенергетичних системах зазвичай небажана, і приймаються спеціальні заходи для її придушення. Але в ланцюгах електрозв'язку, в напівпровідникових і електронних пристроях несинусоїдальность створюється самим робочим процесом. Якщо середнє за період значення струму не дорівнює нулю, то він містить постійну складову. Для аналізу процесів в ланцюгах несинусоидального струму його представляють у вигляді суми простих гармонійних складових, частоти яких дорівнюють цілим кратним числам основної частоти: I = i 0 + I 1m sin ( wt + a1) + I 2m sin ( 2wt + a2) + ... + l km sin ( kwt + a k). Тут I0 - постійна складова струму, I im sin ( wt + a 1) - перший гармонійна складова (основна гармоніка), інші члени - вищі гармоніки. Розрахунок лінійних ланцюгів несинусоидального струму на підставі принципу суперпозиції (накладення) ведеться для кожної складової (так як xL и xc залежать від частоти). Алгебраїчне додавання результатів таких розрахунків дає миттєве значення сили (або напруги) несінусондального струму.

Літ.: Теоретичні основи електротехніки, 3 вид., ч. 2, М., 1970; Нейман Л. Р., Демірчан К. С., Теоретичні основи електротехніки, т. 1-2, М. - Л., 1966; Касаткін А. С., Електротехніка, 3 вид., М., 1974; Поліванов К. М., Лінійні електричні кола із зосередженими постійними, М., 1972 (Теоретичні основи електротехніки, т. 1).

А. С. Касаткін.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
© 2014-2022  vre.pp.ua