1.5. Змінний струм

ЗМІННИЙ ОДНОФАЗНИЙ СТРУМ

Вільні електромагнітні коливання в контурі швидко затухають, вони практично не використовуються, а незатухаючі вимушені коливання, навпаки, мають велике практичне значення. Змінний струм являє собою не що інше, як вимушені електромагнітні коливання.

Змінним називається струм, який змінює свій напрямок і величину за однакові проміжки часу. Змінний струм має ряд переваг перед постійним. Він легко трансформується на високу та низьку напругу, що уможливлює передавання його на великі відстані. Електричні двигуни змінного струму простіші за будовою, надійніші в експлуатації, ніж двигуни постійного струму. Змінний струм виробляється в генераторах змінного струму. Його одержання ґрунтується на принципі індукування електрорушійної сили в провіднику, який переміщується з рівномірною швидкістю по колу в однорідному магнітному полі. Величина індукованої електрорушійної сили залежить від довжини провідника, швидкості його обертання і величини магнітного поля. Частина генератора, в обмотці якого виникає електрорушійна сила і протікає струм, називається якорем. Електромагніти (полюси), що живляться постійним струмом, називаються індукторами.

За один оберт витка по колу (в однорідному магнітному полі) електрорушійна сила у провіднику зростає від нуля до максимального значення, а потім знову падає до нуля. Час, протягом якого змінний струм робить повний цикл змін за величиною та напрямком, називається періодом. Період позначається літерою Т і вимірюється у секундах. Кількість періодів за 1 с називається частотою змінного струму.

Частота позначається літерою f і вимірюється в герцах (Гц). Частоту змінного струму вимірюють частотомірами. Частотоміри бувають електромагнітної, електродинамічної, вібраційної та інших систем. Період визначається як частка від ділення 1 с на частоту Т=1/f.

У різноманітних галузях техніки використовуються змінні струми різних частот. Живлення освітлювальних і силових мереж в Україні здійснюється змінним струмом з частотою 50 Гц.

ЗМІННИЙ ТРИФАЗНИЙ СТРУМ

Змінним трифазним струмом називається сукупність трьох однофазних змінних струмів однакової частоти, зміщених за часом по фазі на 120 градусів. Трифазний струм одержують у трифазних генераторах змінного струму в окремих котушках, розміщених на статорі генератора. Котушки ротора розміщені і з'єднані між собою під кутом 120 градусів і в кожній із них індукується свій однофазний змінний струм.

Найпростіший генератор має три котушки, які розміщені на статорі. Усередині статора обертається двополюсний електромагніт. При обертанні електромагніту утворюється магнітне поле, яке пересікає витки котушок, збуджуючи в них електрорушійну силу змінного струму. Електрорушійні сили, що індукуються в кожній обмотці статора, створюють на їхніх кінцях напругу, яка називається фазною.

Електричні приймачі трифазного струму під'єднані до початків обмоток трифазного генератора. Початки і кінці обмоток котушок трифазного генератора можна з'єднувати зіркою або трикутником. Якщо електричний пристрій приєднується в мережу під меншу напругу (3—220 В), то його обмотку з'єднують трикутником (рис. 1.1, а), а якщо під більшу напругу (3—380 В) — зіркою (рис. 1.1, б). При цьому на кожній обмотці статора напруга буде 220 В.

а б Рис. 1.1. З'єднання обмоток двигуна трикутником (а) і зіркою (б): 1, 2, 3 — обмотки; 4 — пластини; С1, С2, С3, С4, С5, С6 — вивід обмотки

У разі з'єднання провідників зіркою всі початки або кінці з'єднують в одну точку, яку називають нульовою, а якщо провідники з'єднують трикутником, то кінець обмотки першої котушки з'єднують із початком обмотки другої котушки, кінець обмотки другої котушки — з початком третьої і т. д. На практиці найчастіше застосовується схема з'єднання провідників зіркою. Вона дає можливість розподіляти електричну енергію по чотирипровідній трифазній системі.

Чотирипровідна трифазна система з'єднання може мати напруги 380/220 або 220/127 В. У чисельнику зазначена лінійна напруга, у знаменнику — фазна. Найбільше поширення має напруга 380/220 В. На фазну напругу в 220 В підключають освітлювальні мережі, на 380 В — силові та електротеплові.