8. Переменный ток. Цепи с r.I.C элементами.
Переме́нный ток — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.
Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.
Преимущества сетей переменного тока:
Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями[источник не указан 1134 дня]).
Возможность передачи на большее расстояние, нежели постоянный.
Цепи с R.I.C элементами:
Электрическая
цепь с R- элементом
Рис.1
Рассмотрим
схему с R-элементом, как показано на
рис.1. Расставим направления тока и
напряжения и запишем уравнения
электрического состояния этой схемы
согласно закону Ома:
i =
u/R=(Um/R)sin(ωt+ ψu)= Imsin(ωt+ψi)
очевидно,
что Um= RIm; ψu= ψi, тогда угол сдвига фаз
между напряжением и током будет равен
0, т.е.
φ = ψu - ψi = 0, что и соответствует
временной диаграмме показанной на
рис.1, напряжение и ток совпадают по
фазе.
Для
действующих значений закон Ома: U =
RI
комплексное
сопротивление резистивного элемента
является всегда действительным
положительным числом, которое равно
значению активного сопротивления
R.
Мощность
на R- элементе:
угол
сдвига фаз φ = 0, тогда Р = UIcosφ = UI, Q = UIsinφ
= 0, следовательно на резистивном элементе
полная мощность равна активной мощности.
Это означает, что на резисторе совершается
работа по преобразованию электрической
энергии в тепловую.
Электрическая
цепь с емкостным С - элементом
Идеальный
конденсатор, когда его активное
сопротивление Rc = 0.
u(t)=Um
sin(ωt+ ψu)
i = = C = C•ω•Umcos(ωt+ ψu)
i =
C•ω•Umsin(ωt+ ψu+90°)
начальная фаза тока
ψi = ψu + 90°
,
так как φ = -90°, то
а
модуль комплексного
сопротивления
,
следовательно,
сопротивление конденсатора чисто
реактивное и равно:
.
Закон Ома: U=I•(-Xc)
Мощность на C –
элементе: 
,
угол сдвига фаз φ = -90°,
тогда Р = UIcosφ
= 0, Q = UIsinφ = -UI, следовательно на C –
элементе происходит обмен энергией
между источником электрической энергии
и электрическим полем конденсатора,
что определяет реактивную мощность
Q.
С - элемент работы не совершает,
поэтому активная мощность равна 0.
Электрическая
цепь с индуктивным L - элементом
Идеальная
катушка индуктивности имеет активное
сопротивление RL=0.
i(t) = Imsin(ωt + ψi)
eL
= - L = - LωImcos(ωt + ψi)
eL = Emsin(ωt + ψi + 90°)
u
= - eL;
u(t) = Um sin(ωt + ψu)
начальная
фаза ψu = ψi + 90°
угол сдвига фаз φ = ψu
- ψi = 90°
Из
векторной диаграммы видно, что ток на
катушке индуктивности напряжение
опережает ток на 90°, так как φ = 90°,
то
,
а
модуль комплексного сопротивления Z =
XL = ωL, следовательно сопротивление чисто
реактивное и равно:
Закон
Ома: U = I•(XL)
Мощность на L - элементе:
,
угол сдвига фаз φ = 90°, тогда
Р
= UIcosφ = 0, Q = UIsinφ = UI, следовательно на L –
элементе происходит обмен энергией
между ис-точником электрической энергии
и магнитным полем катушки, что определяет
реактивную мощность Q. L - элемент работы
не совершает, поэтому активная мощность
равна 0. 
Реальная
катушка имеет активное сопротивление,
определяемое сопротивлением проводов,
поэтому полное комплексное сопротивление
равно:
