5. Раздел. Переменный ток.

Получают обычно с помощью 3-х фазных синхронных генераторов или с помощью 1-но фазных генераторов, которые в отличие от генераторов постоянного тока вместо коллектора имеют 2 контактных кольца.

5.1. Параметры переменного тока.

1. Период Т, [c] – это время, за которое происходит полный цикл изменения тока.

2. Частота f , [Гц] (герц) – это количество колебаний (периодов) за 1 секунду.

3. Амплитуда i_m, u_m, p_m, e_m – это максимальное значение переменной величины за период.

4. Мгновенное значение i, u, p, e – это значение переменной величины, в какой-либо момент времени.

5. Действующее значение I, U, P, E – под действующим значением переменного тока понимают такую величину постоянного тока, при которой выделяется столько же энергии, сколько при переменном токе.

I=i_m/√2=0.7*i_m

U= u_m /√2

6. Фаза – это математическая величина, это когда период разделяют на 360 частей (один оборот ротора) и поэтому фазу измеряют не в секундах, а в электрических градусах.

Можно выделить три варианта соотношения изменений тока и напряжения:

• Совпадение по фазе – когда две переменные величины изменяются синхронно (Резонанс).

• Сдвиг по фазе – когда две переменные величины изменяются не синхронно. Сдвиг по фазе это термин математический, физически означает сдвиг по времени изменения.

• В противофазе – смещение тока относительно напряжения на половину периода ( на 180 эл.град.)

5.2 Сопротивление в цепях переменного тока.

Д елится на активное и реактивное. На активном сопротивление (электрическом сопротивлении R) - выделяется энергия. Им обладают резисторы, реостаты, провода. На реактивном сопротивлении энергия не выделяется. Им обладают катушки и конденсаторы.

5.2.1. Активное сопротивление в цепи переменного тока (электрическое сопротивление - R).

Если в цепях переменного тока отсутствуют катушки и конденсаторы, то в такой цепи ток и напряжение совпадают по фазе. А т.к. мгновенное значение мощности в любой момент времени определяется p=u*i, то энергия на активном сопротивлении выделяется двумя импульсами за период, а ее среднее, т.е. действующее значение равно половине максимального P=p_m/2.

При прохождении постоянного тока по проводнику он равномерно распределяется по всему сечению проводника, и проводник в данном случае обладает омическим (электрическим) сопротивлением R.

При прохождении переменного тока по этому же проводнику он будет протекать только по поверхности проводника - кольцу (поверхностный эффект), а проводник в данном случае обладает реактивным сопротивлением - Х.

Поэтому, активное сопротивление проводника всегда больше его омического (электри-ческого) сопротивления из-за поверхностного эффекта.

5.2.2. Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

П ри наличии в цепи катушки из-за явления самоиндукции в этой цепи ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода. При этом мощность имеет, то положительное, то отрицательное значение, а ее среднее, т.е. действующее значение равно «0». Это значит, что катушка энергию не потребляет, а лишь обменивается ею с источником.

P=0, X_L=2π*f*L

Выводы:

1. Катушка не может быть потребителем.

2. Катушка может использоваться для сдвига фаз.

3. Катушка ограничивает переменный ток, оказывая ему дополнительное индуктивное сопротивление (X_L=2π*f*L).

4. Катушки используют для создания магнитного потока.

Примечание: при нарастании электрического тока катушка накапливает энергию в виде магнитного поля, а при убывании электрического тока катушка, размагничиваясь, отдает энергию в электрическую цепь в виде ЭДС самоиндукции.

5.2.3. Конденсаторы в цепях переменного тока.

Конденсаторы - это устройства, способные накапливать электрические заряды.

Состоят из двух пластин, разделенным диэлектриком.

При подключении к внешнему источнику заряжается да его напряжения, при отключении способны долго сохранять накопленный заряд, являясь самостоятельным источником.

Емкость конденсатора С характеризует накопленный в нем заряд Q (при напряжении 1В). Измеряется в [Ф] в фарадах.

C=Q/U

Прим. С увеличением площади перекрывания пластин и уменьшения расстояния между ними емкость увеличивается, поэтому, чтобы увеличить емкость с помощью нескольких конденсаторов их включают параллельно, а чтоб уменьшить емкость – последовательно.

При включении конденсатора в цепь переменного тока происходит процесс непрерывного его разряда и заряда. При заряде в конденсаторе растет ЭДС направленная против ЭДС источника, из-за чего изменение напряжения отстает по фазе от тока на одну четвертую часть периода, а току оказывается сопротивление, которое называется емкостным. Xc=1/(2π*f*C)

Вывод:

1. Конденсатор, как и катушка, энергию (в цепи переменного тока) не потребляет.

2. Как и катушки, конденсатор может использоваться для сдвига фаз.

3. Чем больше частота тока (f), тем сопротивление конденсатора меньше, т.е. при постоянном токе он размыкает цепь.

4. Конденсатор может использоваться для накопления электроэнергии и временно работать как источник.