2. Змінні струми

Методичні вказівки

Головна перевага змінного струму - можливість простого і надійного трансформування напруги, що дуже важливо при передачі електроенергії на великі відстані. Крім того, генератори та електродвигуни змінного струму значно простіше й надійніше аналогічних машин постійного струму.

Отримання змінного синусоїдального струму можна спостерігати на макеті, що представляє собою виток, що обертається з постійною кутовою швидкістю в полі постійного магніту. Необхідно засвоїти основні поняття змінного струму (період, частота, фаза, кутова частота), а також значення ЕРС, струмів і напруг (миттєвої, амплітудної, діючої, середньої) та їх співвідношень.

При розгляді окремих ланцюгів з елементами R, L і C зазвичай визначають кут зсуву фаз φ між струмом і напругою. Для ясного подання всіх взаємозалежностей між струмами, ЕРС і напругами при аналізі змінного струму звичайно користуються векторними діаграмами.

Слід знати, що активний опір відрізняється від омічного. Тут корисно згадати про поверхневий ефект в проводах. У разі окремих ланцюгів змінного струму з реактивними опорами важливо усвідомити, від чого залежить і який кут φ між векторами напруги U і струмів I_L і I_С для кожного випадку.

Потім слід розглянути ланцюги змінного струму з послідовним і паралельним з'єднаннями R, L і C. Співвідношення між активними і реактивними величинами можна наочно представити у вигляді прямокутних трикутників векторних діаграм напруг, струмів, опорів, провідностей і потужностей.

Закони Кірхгофа застосовують для миттєвих значень величин струму і напруги; для діючих значень струмів і напруг вони застосовні тільки у векторній формі.

При аналізі трикутника потужностей необхідно усвідомити причини отримання повної S = U∙I, активної Р = U. I Cos φ і реакційної Q = U∙I Cos φ потужностей.

Слід звернути увагу на окремі випадки послідовних і паралельних з'єднань R, L і C, на так звані явища резонансів струмів і напруг; вміти пояснювати їх фізичну сутність і наслідки, які використовуються в техніці.

Енергетичний стан ланцюга визначає і коефіцієнт потужності cos φ, який являє собою відношення активної потужності до повної. Він показує, яку частку складає активна потужність від повної потужності.

Важливо знати причини, що викликають необхідність і способи підвищення коефіцієнта потужності, техніко-економічне значення підвищення cos φ при роботі електричних установок.

Запитання для самоперевірки

1. Яким шляхом отримують синусоїдальну ЕРС в генераторах змінного струму?

2. Що називається діючим значенням змінного струму?

3. Яке співвідношення між діючим та середнім значеннями синусоїдального струму?

4. Як виражаються миттєва і середня потужності змінного струму?

5. Вкажете, в яких одиницях вимірюються активна, реактивна і удавана потужності?

6. Яка з потужностей характеризує навантаження генератора змінного струму і яке навантаження його первинного двигуна?

7. Для чого і яким шляхом збільшують коефіцієнт потужності електричних установок?

8. Сформулюйте поняття падіння і втрати напруги в ланцюгах змінного струму.

9. Визначте активну потужність ланцюга, якщо повна потужність S, а коефіцієнт потужності дорівнює 0,8. (Відповідь: Р = 80,% S).

10. Знайдіть співвідношення між активною і реактивною потужностями, якщо cos φ = 0,701. (Відповідь: активна потужність дорівнює реактивній).