Основні поняття й визначення
Перемінним (змінним) струмом називається всякий струм, що змінюється в часі. У техніці перемінним струмом прийнято називати струм, що періодично змінює свої значення й напрямок. Закономірності періодичної зміни струму досить різноманітні. Якщо струм змінюється за законом синуса (рис. 4.1), то він називається синусоїдальним.
Рис. 4.1. Крива періодичних перемінних струмів
Для характеристики перемінного струму вводять поняття: миттєвого і максимального значення, періоду й частоти.
Миттєвими значеннями перемінних струмів, ЕРС і напруги називають відповідні їхні значення в розглянутий момент часу, а найбільші з миттєвих значень цих величин називаються максимальними значеннями або амплітудними (див. рис. 4.1, б). Миттєві значення струму, ЕРС і напруги позначаються відповідно i, e, u, а їхньої амплітуди – Im, Em, Um.
Періодом T називається проміжок часу, із закінченням якого процес зміни змінної величини повторюється. Величина, зворотна періодові, називається частотою:
(4.1) |
За одиницю частоти прийнятий герц (Гц), що дорівнює одному періоду за секунду. Промислова частота перемінного струму в Україні і в Європі дорівнює 50 Гц, у США – 60 Гц. У технічних перетворювачах поширені частоти від 400 до 1000 Гц, а в радіотехніці від 105 до 3· 1012 Гц. Струми, що змінюються з великою частотою, звичайно, називають струмами високої частоти.
Як джерело синусоїдальних струмів застосовують генератори різних типів. Основними джерелами струму промислової частоти служать електромеханічні синхронні генератори.
Перемінний струм у замкнутому ланцюзі може виникнути при дії у ньому перемінної ЕРС, одержання якої розглянемо на найпростішій моделі синхронного генератора. Виток обертається в магнітному полі двох полюсів. Кінці витка приєднані до мідних кілець K, насаджених на вал й ізольованих одне від одного. По поверхні кілець ковзають нерухомі щітки, що з'єднують виток із зовнішнім ланцюгом. Генератор, звичайно, має котушку, що складається з w витків, з'єднаних послідовно.
Нехай виток обертається в однорідному магнітному полі (Вm = const і, отже, Фm = const) із постійною кутовою швидкістю ω. Виток за час t повернеться на кут α = ωt. Магнітний потік, що пронизує виток, змінюється за законом Ф=Фm·cos ωt. Відповідно до закону електромагнітної індукції у витку буде наводитися ЕРС
е = - dФ/dt = - d (Фm·cosωt)/dt=w·Фm ·sin ωt.
Очевидно, що при sin ωt=1 ЕРС буде мати максимальне значення Ет=w·Фт. Отже, можна виразити миттєву ЕРС через її амплітуду:
e = Em ·sin ωt, | (4.2) |
тобто в генераторі, завдяки індукції, утворюється перемінна синусоїдальна ЕРС. Якщо генератор замкнути на навантаження, то у ланцюзі потече перемінний синусоїдальний струм, напруга на його затисках також буде синусоїдальною. Кут ωt, пропорційно синусу якого змінюються змінні величини, називається електричним або фазовим кутом. Він виміряється в електричних градусах. Фазовий кут протягом одного періоду Т змінюється на 2π, отже, ω= 2π, звідси:
ω = 2π/T=2πf. | (4.3) |
Величина ω, пропорційна частоті f, називається кутовою частотою. Вона виміряється в радіанах у секунду (рад./с).
У загальному випадку синусоїдальні електричні величини, наприклад напруга й сила струму, визначаються виразами:
u= Um sin(ωt + ψu); i = Imsin(ωt + ψi). | (4.4) |
У цих рівняннях кут (ωt+ ψ) називається фазою, а кут ψ – початковою фазою. Фаза визначає значення величини у даний момент часу t, а початкова фаза – у момент t = 0. Початкова фаза може бути ψ = 0 або ψ>0, ψ <0. На рис. 4.2 зображені графіки синусоїдальних напруг і струмів з різними початковими фазами.
Різниця фаз двох синусоїдальних величин однакової частоти називається кутом зрушення фаз, або зрушенням фаз. Зрушення фаз між напругою й струмом позначається φ і відповідно до визначення дорівнює:
φ= ψu - ψi, | (4.5) |
тобто зрушення фаз є алгебраїчною різницею початкових фаз синусоїдальних величин однакової частоти.
Рис. 4.2. До визначення фази й зрушення фаз
Якщо синусоїдальні величини мають однакові фази, то вони збігаються за фазою (рис. 4.2, а), тобто досягають своїх нульових і амплітудних значень одночасно. Навпаки, якщо зміна однієї з величин настає раніше або пізніше відповідних змін іншої (рис. 4.2,6, в), то фази цих величин різні і між ними існує зрушення. Якщо різниця фаз дорівнює ±π, то говорять, що змінні величини мають протилежні фази.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 464;