Переменный ток и его свойства

Переменный ток разновидность электрического тока, меняющегося во времени по направлению или по величине, причем изменения эти осуществляются периодически, то есть они точно повторяются через одинаковые промежутки времени.

Переменный ток основные понятия

До сих пор в курсе наших лекций по электротехники мы рассматривали электрический ток, направление которого оставались постоянными, т. е. не менялись с течением времени. Такой ток мы называли постоянным, т.к свободные носители заряда электроны движутся по проводнику все время в одном и том же направлении (если не учитывать хаотического движения электронов внутри проводника), причем общее число движущихся электронов и скорость движения оставались постоянными.

Переменный ток в отличии от постоянного периодически изменяет свое направление, т. е. течет по проводнику то в одном, то в другом сторону. Переменный ток можно сгенерировать при помощи схемы, изображенной на рисунке ниже. При каждом передвижении переключателя изменяется лишь направление движения, сила тока при этом остается постоянной величиной.

Графическое отображение переменного тока, полученного таким методом, приведено на рисунке справа, где ток, идущий по проводнику в одном направлении, расположен над горизонтальной осью времени, а ток обратного направления — под этой осью.

Рассмотрим другой, более известный случай генерации, когда изменяется не только направление движения, но и его сила. Для этого представим проводник, в виде рамки вращающийся в равномерном магнитном поле

При вращении рамки магнитный поток будет изменяться, поэтому, в рамке возникнет ЭДС индукции. В этом случае форма ЭДС возникающей в рамке будет иметь вид показанный на рисунке 4, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синуса.

Получение синусоидального переменного тока

Примем за начальное положение рамки, то когда она проходит через наибольшее число магнитных силовых линий, т. е. когда плоскость ее перпендикулярна направлению магнитного потока. Это положение отметил цифрой один.

В начальный момент вращения рамки ее стороны будут проходить почти вдоль силовых линий, пересекая малое их число, то есть магнитный поток, проходящий через рамку, будет меняться достаточно медленно, поэтому, и наводимая им ЭДС индукции будет небольшая.
По мере движения рамки, ко второму положению, когда плоскость ее параллельна силовым линиям, количество пересекаемых рамкой магнитных силовых линий увеличивается а, следовательно, растает и индуктируемая в ней ЭДС.
Когда рамка пройдет второе положение, действующая в ней ЭДС начнет постепенно утихать и станет почти равной нулю, когда рамка совершит пол-оборота - третье положение. Затем ЭДС будет снова увеличиваться, но уже в противоположном направлении, так как теперь стороны рамки будут пересекать силовые линии в обратном направлении. В момент времени, когда рамка окажется в четвертом положение, т. е. совершит три четверти оборота, ЭДС будет максимальной, после чего она начнет вновь уменьшаться до минимума в тот момент, когда рамка завершит полный оборот в пятом положении.
При дальнейшем повороте рамки все процессы будут повторяться вновь. Так как ЭДС в рамке непрерывно меняется по величине и, два раза в течение оборота меняет свое направление, то и ток, генерируемый ею в рамке, будет также меняться и по величине и направлению.

Условимся изображать изменение ЭДС, генерируемой в рамке при вращении в магнитном поле, так, что по горизонтальной прямой оси слева направо будем откладывать угол поворота рамки или время, протекшее от начала поворота, а вверх и вниз будем откладывать значения ЭДС, наводимые в рамке при конкретном угле ее поворота. Вверх будем откладывать ЭДС одного направления, а вниз противоположного направления. В результате получим график изменения ЭДС в зависимости от угла рамки или, что то же самое, в зависимости от времени, так как рамка вращается с постоянной скоростью. Кривая изображенная на рисунке 1б, носит название синусоиды.

Итак, мы видим, что при одинаковой скорости вращении рамки в магнитном поле в ней наводится переменная ЭДС, изменяющаяся по периодическому синусоидальному закону; ЭДС и токи, изменяющиеся по такому закону, также называются синусоидальными, а весь описанный процесс получил название получение переменного синусоидального тока.

Частота и Фаза переменного тока

Общие электротехнические термины характеризующие и описывающие свойства переменного тока: период, частота, фаза и амплитуда

Мощность

Как мы помним, мощность постоянного тока, равна произведению напряжения на силу тока. Но при постоянном токе направления тока и напряжения всегда совпадают. При переменном совпадение направлений тока и напряжения имеет место только в случае отсутствия в электрической цепи емкостей и индуктивностей

Активное и полное сопротивление цепи переменного тока

Активным сопротивлением называется любое сопротивление, поглощающее электрическую энергию или вернее преобразующее ее в другой вид энергии, например в тепловую, световую и др. Потери энергии и активное сопротивление в электрической цепи переменного тока всегда больше потерь в подобнойе цепи постоянного тока. Причина этого в том, что в цепях переменного тока потери энергии возникают не только из-за омической состовляющей проводников, но и многими другими факторами.

Однофазные электрические цепи переменного тока

Сегодня почти все электричество применяется в виде энергии переменного тока. Переменный ток генерируют на электростанциях, в основном преобразуя механическую энергию (энергию атома, солнца или ветра) в электрическую. Основное достоинство переменного тока по сравнению с постоянным состоит в возможности преобразования его с помощью трансформатора в повышенное или пониженное и с очень низкими потерями передавать энергию на достаточно большие расстояния. Кроме того генераторы переменного тока более просты в изготовлении, более надежны в работе по сравнению с генераторами и двигателями постоянного тока.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Если катушка индуктивности стоит в цепи переменного тока, то в ней, фаза тока всегда будет отставать от напряжения. В курсе этой лекции рассмотрим причины отставания фазы тока на элементарном примере, когда в идеальной цепи есть только индуктивное сопротивление, а омическое сопротивление отсутствует, точнее омическим сопротивлением провода катушки пренебрегаем, так как оно очень низкое.

Конденсатор в цепи переменного тока

Из уроков электротехники известно, что конденсатор не пропускает постоянный ток. Совершенно противоположным образом ведет себя емкость в цепи переменного тока. В данной лекции подробно разберем вопрос, о том, что происходит в цепи переменного тока.

Последовательные цепи переменного тока - RL RC RLC

В курсе данной лекции по электротехники мы рассмотрим цепи переменного тока, содержащие индуктивность, ёмкость и сопротивление, соединённые последовательно.