§ 4.2. Фаза переменного тока. Сдвиг фаз.

Пусть на якоре генератора укреплены два одинаковых витка 1 и 2, сдвинутых в просранстве на угол φ, как показано на рис.4-3. При вращении якоря в витках будет наводиться ЭДС индукции одинаковой частоты ω и амплитуды E_max рис.4-4, т.к, витки вращаются с одинаковой угловой скоростью в одном и том же магнитном поле.

Рис.4-3.

Рис.4-4.

Положение витков задано углами ψ₁ и ψ₂ для произвольного момента времени, которое можно положить t=0. Плоскости витков не совпадают с нейтральной плоскостью ОО^’. Мгновенные значения ЭДС как функции времени будут определяться выражениями:

; .

Следовательно, в момент времени t=0 ЭДС отличны от нуля:

; .

Электрически углы ψ₁ и ψ₂ определяют значения ЭДС в начальный момент времени и называются начальными фазовыми углами или начальными фазами.

Временной сдвиг определяется разностью начальных фаз и называется углом сдвига фаз или сдвигом фаз φ. (рис.4-4).

§ 4.3. Векторные диаграммы.

Сложить, вычесть токи, напряжения двух синусоидальных величин, имеющих разные начальные фазы, является трудоемкой операцией. Поэтому, возникла необходимость заменить синусоидальные величины вектором, длина которого равна действующему значению данной величины, а его положение по отношению к нейтральной плоскости будет определяться начальным углом. Такая замена называется векторной диаграммой. Совокупность нескольких векторов, соответствующих нулевому моменту времени, называется векторной диаграммой.

§ 4.4. Особенности электрических цепей переменного тока.

При изучении электрических цепей необходимо помнить, что электрический ток неразрывно связан с магнитным полем. Таким образом, при возникновении тока в электрической цепи и в окружающей среде имеются магнитные и электрические поля. Кроме того, в электрической цепи происходит преобразование электромагнитной энергии в тепловую.

В реальных цепях электрическое и магнитное поля распределены вдоль всей оси. Но такое равномерное распределение полей встречается редко, например, в линиях передачи энергии. Как правило, магнитное и электрическое поля распределяются вдоль цепи неравномерно, причем, на одних участках резко выражены магнитные поля (индуктивные катушки), на других – электрические (конденсаторы). Имеются также участки цепей, где происходит в основном преобразование электромагнитной энергии в тепловую (резисторы). Указанные цепи, называемые цепями с сосредоточенными параметрами, позволяют изучить свойства отдельных участков, а затем рассмотреть работу цепи в целом.

§ 4.5. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

Рис.4-5.

u-мгновенное напряжение.

Ток в цеп определяем по закону Ома:

,

где U – действующее; R – активное сопротивление. Пример – лампа накаливания.

Такая цепь потребляет мощность, называемою активной

[Вт],

I – действующее значение тока.

Под активной мощностью можно приблизительно считать ту полезную мощность, которая участвует в преобразовании электрической энергии в другие виды энергии.

Векторная диаграмма.

Рис.4-6.

При составлении диаграммы следует помнить, что вектора вращаются против часовой стрелки с угловой скоростью ω или же говорят с угловой частотой ω, равной

.

Здесь, U_R – напряжение на активном сопротивлении, равное

.

Как видно из векторной диаграммы в активном сопротивлении вектор тока и вектор напряжения совпадают по направлению.