ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК


ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

       
в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. П. т. создаётся перем. напряжением. В технике обычно под П. т. понимают периодич, ток, в к-ром средние за период значения силы тока и напряжения равны нулю. Периодом Т П. т. наз. наименьший промежуток времени (в с), через к-рый значения силы тока (и напряжения) повторяются (рис. 1). Важной хар-кой П. т. явл. его частота f — число периодов в 1 с: f=1/T. В СССР стандартная техн. частота f=50 Гц.
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК1
Рис. 1. График периодич. перем. тока i(t).
Для передачи и распределения электрич. энергии преим. используется П. т. (благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности). П. т. может быть выпрямлен, напр. ПП выпрямителем, а затем с помощью ПП инверторов преобразован вновь в П. т. другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые двигатели П. т. (асинхронные и синхронные) для электроприводов, требующих плавного регулирования скорости. Генераторы и двигатели П. т. по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности проще по устройству, дешевле и надёжнее.
Для хар-ки силы П. т. за основу принято сопоставление ср. теплового действия П. т. с тепловым действием пост. тока соответствующей силы. Полученное таким путём значение силы I П. т. наз. действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное за период значение силы тока. Аналогично определяется и действующее значение напряжения U П. т. Амперметры и вольтметры П. т. измеряют именно действующие значения тока и напряжения.
В простейшем и наиб. важном случае мгновенное значение силы i П. т. меняется во времени t по синусоидальному закону: i=Imsin(wt+a), где Im— амплитуда тока, w=2pf — его круговая частота, a — нач. фаза. Синусоидальный (гармонический) ток создаётся синусоидальным напряжением u той же частоты: u=Umsin(wt+b), где Um— амплитуда напряжения, b— нач. фаза (рис. 2).
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК2
Рис. 2. Графики напряжения U и тока i в цепи перем. тока при сдвиге фаз j.
Действующие значения такого П. т. равны: I=Im?2»0,707 1m, U=Uт/?2»0,707Um. Для синусоидальных токов, удовлетворяющих условиям квазистационарности (см. КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЙ ТОК); в дальнейшем будут рассматриваться только такие токи), справедлив Ома закон (закон Ома в дифф. форме справедлив и для неквазистационарных токов в линейных цепях). Из-за наличия в цепи П. т. индуктивности L или (и) ёмкости С между током i и напряжением и в общем случае возникает сдвиг фаз j=b-a, зависящий от параметров цепи (r, L, С, где r — активное сопротивление) и частоты w.
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК3
Рис. 3. Схема цепи и графики напряжения и U тока i в цепи, содержащей только активное сопротивление r.
Вследствие сдвига фаз ср. мощность Р. П. т., измеряемая ваттметром, меньше произведения действующих значений тока и напряжения: Р=IUcosj.
В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 3). Закон Ома для действующих значений этой цепи имеет такую же форму, как и для цепи пост. тока: I=U/r. Активное сопротивление цепи r определяется по активной мощности Р, затрачиваемой в цепи: r=Р/I2.
При наличии в цепи индуктивности L П. т. индуцирует в ней эдс самоиндукции eL=-Ldi/dt=-wLImX
Xcos(wt+a)=wLImsin(wt+a-p/2).
Эдс самоиндукции противодействует изменению тока, и в цепи, содержащей только индуктивность, ток отстаёт по фазе от напряжения на четверть периода, т. е. j=p/2 (рис. 4). Действующее значение eL равно: ?L=IwL=IxL, где xL=wL — индуктивное сопротивление цепи. Закон Ома для такой цепи имеет вид: I=U/XL=U/wL.
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК4
Рис. 4. Схема цепи и графики напряжения U и тока i в цепи, содержащей только индуктивность L.
При напряжении и на конденсаторе ёмкости С заряд на его обкладках будет равен q=Cu. Периодические изменения и вызывают периодическое изменение q, и возникает ёмкостный ток:
i=dq/dt=C•du/dt=wCUmXcos(wt+b)=wCUmsin(wt+b+p/2). Т. о., синусоидальный П. т., проходящий через ёмкость, опережает по фазе напряжение на её зажимах на четверть периода, т. е. j=-p/2 (рис. 5). Эфф. значения в такой цепи связаны соотношением I=wCU=U/xc, где xс=1/wС — ё м к о с т н о е сопротивление цепи.
Если цепь П. т. состоит из последовательно соединённых r, L и С, то её п о л н о е сопротивление равно: z=?(r2+x2), где х=xL-xc=wL — -1/wС — реактивное сопротивление цепи П. т.
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК5
Рис. 5. Схема цепи и графики напряжения U и тока i в цепи, содержащей только ёмкость С.
Соответственно закон Ома имеет вид: I=U/z= U/?(r2+(wL-1/wC)2), а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления к активному: tgj=x/r. В такой цепи при совпадении частоты вынужденных колебаний, создаваемых источником П. т., с резонансной частотой w0=l/?LC индуктивное и ёмкостное сопротивления равны (wL=l/wC) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР). В условиях резонанса напряжения на индуктивности и ёмкости могут значительно (часто во много раз) превышать напряжение на зажимах цепи.
Для расчётов разветвлённой цепи П. т. используют Кирхгофа правила. Несинусоидальность П. т. в электроэнергетич. системах обычно нежелательна, и принимаются спец. меры для её подавления. Но в цепях электросвязи, в полупроводниковых и электронных устройствах несинусоидальность создаётся самим рабочим процессом. Если среднее за период значение тока не равно нулю, то он содержит постоянную составляющую. Для анализа процессов в цепях несинусоидального тока его представляют в виде суммы простых гармонич. составляющих, частоты к-рых равны целым кратным числам осн. частоты: i=I0+Ilmsin(wt+a1)+I2mXsin(2wt +a2)+...+Ikmsin(kwt+ak). Здесь I0 — постоянная составляющая тока, I1msin(wt+a1) — первая гармонич. составляющая (осн. гармоника), остальные члены — высшие гармоники. Расчёт линейных цепей несинусоидального тока на основе принципа суперпозиции ведётся для каждой составляющей (т. к. хL и xc зависят от частоты). Алгебр. сложение результатов таких расчётов даёт мгновенное значение силы (или напряжения) несинусоидального тока.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

- электрическийток, изменяющийся во времени. В общем понимании к П. т. относят разл. <виды импульсных, пульсирующих, периодич. и квазипериодич. токов. В техникепод П. т. обычно подразумевают периодич. или почти перподич. токи перем. <направления. Наиб. употребителен П. т., сила к-рого J меняется вовремени по гармонич. закону (гармонический, или синусоидальный, П. т.):

15041-60.jpg

Здесь I - амплитуда,15041-61.jpg- нач. фаза,15041-62.jpg- круговая частота. В эл.-технике (и, частично, в радиотехнике) обычнореализуются квазистационарные цепи . П. т. [см. Квазистационарное (квазистатическое)приближение]. При этом в многопроводных системах, предназначенныхдля передачи энергии, часто используют многофазные П. т. - текущие по разнымпроводам токи с одинаковыми амплитудами, но разными фазами. В частности, <в симметричных трёхфазных системах фазы отличаются на 215041-63.jpg/3.Большинство пассивных электрич. цепей работает в линейном режиме, когдасправедлив суперпозиции принцип. При прохождении через такие цепичисто гармонич. П. т. (*) не искажают своей формы, тогда как при наличиинелинейных элементов (напр., железных сердечников в трансформаторах, нелинейныхпреобразователей, диодов, триодов и т. п.) синусоидальные сигналы искажаются, <обогащаясь высшими гармониками. Квазистационарные цепи с сосредоточеннымипараметрами могут быть составлены как определ. комбинации индуктивностей L,ёмкостей С и сопротивлений R. Связь между напряжением . и силой П. т. J в этих элементах задаётся ф-лами

15041-64.jpg15041-65.jpg15041-66.jpg

В нелинейных режимах величины L, С,R являются ф-циями протекающего тока J; в линейных режимах онилибо постоянны, либо зависят в явном виде от времени (параметрич. системы).
При расчёте электрич. цепей гармонич. <П. т. удобно пользоваться комплексными амплитудами напряжения 15041-67.jpg(U- амплитуда напряжения) и тока

15041-68.jpgи комплексными импедансами15041-69.jpg

принимающими на индуктивных, ёмкостныхи резистивных участках соответственно значения ZL=15041-70.jpg15041-71.jpgZR= R. Тогда квазистационарная линейная цепь (многополюсник) любой сложностидопускает расчёт по обычным Кирхгофа правилам. Так, для последовательнавключённых элементов L, С, R суммарный импеданс

15041-72.jpg

Это импеданс колебательного Z/СЛ-контура, <высокодобротного при условии L/CR15041-73.jpg1.На резонансной (томсоновской) частоте 15041-74.jpg= ( ЬС)~1/* импеданс Z минимален но модулю. Методкомплексных амплитуд порождает метод векторных (круговых) диаграмм, основанныйна графит, построении напряжений и токов как векторов на комплексных плоскостях, <что придаст наглядность решениям мн. задач эл.-техники.
Мощность W, выделяемая в цепи П. <т., определяется усреднением за период колебаний 15041-75.jpgпроизведения и J:15041-76.jpg

где 15041-77.jpg- разность фаз между напряжением и током. Иногда вводят понятие эффективных(действующих) напряжений 15041-78.jpgи токов 15041-79.jpgчтобы ф-ла для оптимально поглощаемой (отдаваемой сопротивлению) мощностиимела тот же вид, что и для цепей пост. тока. Этот оптимум достигаетсяпри значении 15041-80.jpg=0. Такой режим наз. согласованным. При 15041-81.jpg0часть мощности "отражается" обратно к источнику. Поэтому иногда проблемусогласования в эл.-технике наз. проблемой "оптимального cos15041-82.jpg".
С ростом частоты 15041-83.jpgквазистационарное приближение перестаёт быть справедливым, и для полученияраспределения П. т. необходимо обращаться непосредственно к Максвеллауравнениям. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, иногда такие токиназ. быстропеременными (БПТ) и предпочитают оперировать не с суммарными(интегральными) силами тока, а с их объёмными плотностями j(r,t). Припротекании по хорошо проводящим телам БПТ стремятся прижаться к их наружнымповерхностям (скин-эффект). В случае идеальной проводимости они распределяютсяпо самой поверхности; такие токи наз. поверхностными и характеризуютсяповерхностными плотностями. Плотность БПТ всегда можно разбить на потенциальнуюи вихревую компоненты. Последняя ответственна за возбуждение вихревых эл.-магн. <полей. В открытых (неэкранированных) системах именно с вихревыми П. т. <связано излучение эл.-магн. энергии. Это, в частности, используется в излучателях(антеннах), где путём подбора надлежащих распределений БПТ создаются требуемыеугл. распределения полей излучения (диаграммы направленности).

Лит.: Нелинейные электрические цепи. <Электромагнитное поле, 4 изд., М., 1979; Касаткин А. С., Немцов М. В.,Электротехника, 4 изд., М., 1983; Поливанов К. М., Линейные электрическиецепи с сосредоточенными постоянными, М., 1972.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК" в других словарях:

  • ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени; в узком периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток …   Большой Энциклопедический словарь

  • переменный ток — Электрический ток, изменяющийся во времени. Примечание — Аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчика

  • ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — см. Ток переменный. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — электр. ток, изменяющийся по величине и направлению. На практике применение получил П. т., изменяющийся по закону синусоиды, почему ток этот наз. также синусоидальным. Изменен …   Технический железнодорожный словарь

  • ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Переменный ток — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

  • переменный ток — [alternating current, a.c.] электрический ток, измененяемый во врем. В технике периодический ток, в котором среднее значение за период (T) равно нулю. Периодом переменного тока называется минимальное время, с, через которое изменение силы тока (и …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • переменный ток — в широком смысле  электрический ток, изменяющийся во времени; в узком  периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток. * * * ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, в широком… …   Энциклопедический словарь

  • переменный ток — электрический ток, периодически изменяющийся по силе и направлению. В широком смысле переменный ток – всякий ток, изменяющийся во времени. С использованием переменного тока связан основной способ передачи электроэнергии вследствие относительной… …   Энциклопедия техники

  • переменный ток — kintamoji srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. alternating current vok. Wechselstrom, m rus. переменный ток, m pranc. courant alternatif, m …   Automatikos terminų žodynas


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.