2.2. Приближенное описание электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля напряжениями и токами

Существенное упрощение анализа и синтеза электрических систем достигается при представлении электрической составляющей поля эквивалентными электродвижущими силами и напряжениями. При этом вводимое понятие напряжение связано с модулем вектора напряженности электрического поля простым соотношением:

U=||*d , (2.1)

где d– расстояние между проводами или электрическими зарядами.

Еще большее упрощение достигается при введении вместо магнитной составляющей электромагнитного поля понятия об эквивалентном электрическом токе. Известно, что напряженность магнитной составляющей поля можно представить как интеграл по замкнутому контору от условного понятия тока будто бы протекающего через контур (закон полного тока). Иногда понятие тока вводится как поток движущихся в рассматриваемой среде положительных или отрицательных зарядов (см. например, [1, 2]).

Такое представление напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля является чисто условной абстракцией, но существенно упрощает анализ и синтез электрических цепей и систем. Введенное таким образом понятие тока, который измеряется в Амперах, широко используется в литературе и является привычным для студентов, так как вводится в курсе физики. Ниже понятие тока будет использоваться при рассмотрении как электротехнических, так и электронных систем и устройств.

Еще раз считаем необходимым напомнить, что введенное понятие тока – чистая абстракция, так как вдоль проводов и любых проводящих каналов распространяются электрическая и магнитная составляющие электромагнитного поля и никакого потока движущих электронов внутри проводов нет.

2.3. Приближенное представление эдс, напряжений и токов гармоническими функциями со случайными, медленно меняющимися амплитудами и фазами

Как уже отмечалось, параметры электромагнитного поля – случайные величины и при их описании необходимо использовать математический аппарат теории случайных процессов. Особенно удобно использовать математический аппарат случайных процессов в тех случаях, когда электродвижущие силы и напряжения носят колебательный характер и могут быть представлены случайными функциями времени. Такое представление хорошо согласуется с экспериментальными данными и может использоваться для описания электромагнитных полей, создаваемых как оптическими квантовыми генераторами (ОКГ), так и генераторами электромагнитных излучений всех типов, работающих на более низких частотах вплоть до долей Герца.

В системах электроснабжения предприятий случайный характер изменения напряжений и тока определяется прежде всего непрерывными изменениями величины тока нагрузки. Кроме того величина напряжения, вырабатываемого каждым из генераторов, изменяется случайным образом вследствие изменения во времени магнитного потока, параметров цепей возбуждения и нестабильности скорости вращения ротора генератора. Случайные флуктуации мощности возникают в линиях передачи электроэнергии также из-занелинейности характеристик нагрузок электрической сети.

Из-за случайного характера колебаний напряжения в электрической сети ширина энергетического спектра на уровне -3 дБ, оказывается обычно равной 1..2 Гц; а на уровне - 80 дБ, равным -40 Гц . Центральная частота спектра часто не совпадает с номинальной частотой, равной 50 Гц. Как показывают измерения, в некоторых энергетических системах центральная частота спектра отличается на 1-2 Гц от номинальной.