Однофазный переменный ток. Понятие

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

В промышленности и в быту широко используется синусоидальный переменный ток. Название " синусоидальный ток" объясняется тем, что напряжение и ток в цепи изменяются по закону синуса. Часто такой ток называют просто переменным или просто синусоидальным.

Достоинства переменного тока состоят в следующем:

1. Двигатели переменного тока проще, дешевле и надежнее, чем двигатели постоянного тока. Это очень важно, так как в промышленности и в быту используются миллионы электродвигателей.

2. Переменный ток можно трансформировать, т.е., с помощью трансформатора, повышать или понижать его величину.

Рис. 40. Цепь синусоидального переменного тока и график синусоидального тока

Цепь с источником переменного тока и график изменения переменного тока показан на рис. 40. На рисунке показана синусоида переменного тока. Точно такой же вид будет иметь график синусоидального напряжения или ЭДС.

В отличие от постоянного тока, переменный непрерывно меняется по величине и направлению.

Синусоидальное колебание состоят из двух полупериодов - положительного и отрицательного. На рисунке 40 видно, что полупериоды синусоиды одинаковы по высоте и по ширине. Отличаются они только полярностью.

При смене полупериода меняется полярность напряжения на зажимах источника и, соответственно, направление тока в цепи (см. рис. 40).

Из рассмотрения графика синусоиды видно, что величина переменного тока в цепи постоянно меняется. В начальный момент периода ток равен нулю. Затем величина тока нарастает до положительного максимума, после чего начинает убывать и спадает до нуля. В этот момент заканчивается первый (положительный) полупериод.

Во втором (отрицательном) полупериоде ток снова нарастает до максимума, но его направление (полярность) противоположно тому, что было в первом полупериоде. Затем ток спадает до нуля и второй полупериод заканчивается.

После этого рассмотренный процесс изменения величины и направления тока повторяется.

Получение переменного тока

Переменный ток, применяемый в промышленности и в быту, вырабатывают генераторы на электростанциях. Работа генераторов основана на явлении электромагнитной индукции. Чтобы лучше понять принцип работы генератора повторите явление электромагнитной индукции. Рассмотрим принцип работы генератора. В генераторе, в магнитном поле, с угловой скоростью ω (омега) вращается рамка. Магнитное поле создаётся электромагнитами, не показанными на рисунке. Рамка это проводник, согнутый в форме прямоугольника. Вращение рамки обеспечивается какой-то внешней силой. Например, на гидроэлектростанции, вращение рамки обеспечивает падающая вода.

Рис. 41. Принцип работы генератора переменного тока

Стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. При этом в рамке наводится ЭДС, в соответствии с явлением электромагнитной индукции.

Каждый конец рамки соединён с медным кольцом, которое вращается вместе с рамкой. К кольцам прижаты графитовые щётки. Кольца и щётки необходимы, чтобы передать ЭДС, наводящуюся во вращающейся рамке, на неподвижное сопротивление нагрузки R_н.

Генераторы, вырабатывающие переменный ток, встречаются не только на гидроэлектростанциях. Аналогичную конструкцию и принцип работы имеют генераторы переменного тока в автомобилях и других устройствах.

Заметим, что если необходим постоянный ток, то он получается из переменного, путём его выпрямления.

Параметры переменного тока

Переменный ток характеризуется рядом параметров. Рассмотрим важнейшие из них.

На рис. 42 показан график синусоидального тока. Аналогично выглядят графики синусоидального напряжения или ЭДС.

Рис. 42. График синусоидального тока. Период синусоиды Т.

Показано мгновенное i и амплитудное I_m значения синусоидальной величины

1. Период – время, за которое синусоида совершает одно полное колебание. Период Т измеряется в секундах.

2. Частота – показывает число колебаний синусоиды за 1 секунду. Частота обозначается буквой f (эф) и измеряется в герцах (Гц). Частота синусоидального тока, применяемого в промышленности и в быту 50 Гц. Частота и период связаны формулой:

3. Угловая частота ω (омега) – показывает угловую скорость вращения рамки генератора (угол, в радианах, на который повернётся рамка генератора за одну секунду):

Один полный оборот рамки – это 360 градусов, или 2π радиан.

4. Мгновенное значение тока, напряжения или ЭДС. Обозначается малой (строчной) буквой: i, u, e.

Мгновенным называется значение синусоидальной величины в данный момент времени, например при t₁значение тока - i_1. На рис.42 показаны мгновенные значения тока для двух моментов времени., Видно, что в каждый момент времени ток имеет свое значение. Сравните на рисунке величину (мгновенное значение) тока в моменты времени t₁ и t₂.

5. Амплитудное (максимальное)значение тока, напряжения или ЭДС – наибольшее из всех мгновенных значений.

На рис. 42 показаны амплитудные (максимальные) значения тока для положительного I_m и отрицательного -I_m полупериодов. По величине они одинаковы.

Амплитудные значения обозначаются заглавной буквой с индексом m. Иногда вместо буквы m пишется max.

6. Действующее значение тока, напряжения или ЭДС. Обозначается заглавной буквой без индекса: I, U, E.

Действующее значение самое важное для практики. Оно используется для оценки величины переменного тока чаще всего. Вольтметры и амперметры показывают именно действующее значение, соответственно напряжения или тока.

В стандартной бытовой сети действующее значение напряжения составляет 220 В.

Амплитудное значение больше действующего в 1, 41 раза (корень их двух).

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒