Переменный ток — это такой ток, величина и направление которого меняются с течением времени.
На практике чаще всего под переменным током подразумевают периодический переменный ток, где имеют место периодически повторяющиеся изменения электрических параметров: заряда, тока, напряжения и др.
- Ток проводимости – обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.
- Ток смещения – обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).
Виды токов по форме кривой тока:
- Прямоугольный
- Треугольный
- Трапециевидный
- Игольчато-экспотенциальный
На практике чаще всего используется синусоидальный ток, т. к. он легко описывается математически и графически и его форма не искажается в электрических цепях.
Основные характеристики синусоидального тока.
- Период Т (с) – время одного цикла изменения тока по направлению и величине.
- Частота(Гц) – число циклов изменения тока в единицу времени ν= 1/Т
- Циклическая (круговая) частота(рад/с) — = 2 = 2/Т рад/с
- Амплитудное значение тока и напряженияIмахиUмах – максимальное значение этих величин за полупериод.
- Фаза(рад) – величина, определяющая во времени взаимоотношения тока и напряжения.
- Мгновенное значение тока и напряжения “I” и “u” – значение этих величин в данный момент времени.
- Эффективные значения тока и напряженияIэфф,Uэфф – действующее значение силы переменного тока и переменного напряжения равные значениям силы постоянного тока и постоянного напряжения, эквивалентных данному переменному току по своему тепловому действию.
Iэфф = Iмах/ 2; Uэфф = Uмах/ 2.
II. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью емкостью и их особенности.
Электрическая цепь – совокупность физических элементов, обеспечивающих передачу электрической энергии от одной точки пространства к другой.
Элементы электрической цепи: проводники,
резисторы 
конденсаторы 
, катушки индуктивности 
Виды электрических цепей:
- Простые– содержат только единичные элементы (резисторы, емкости, индуктивности).
- Сложные– содержат эти элементы в разных количествах и сочетаниях.
Резисторы обладают активным сопротивлением R, т. к. при прохождении по ним тока происходят потери энергии в виде выделения тепла.
Конденсаторы (емкости) и катушки (индуктивности) обладают реактивным сопротивлением, т. к. при прохождении тока на них не происходит потерь энергии.
Сопротивление катушки – индуктивное.
ХL = L = 2L
L – индуктивность Гн генри.
Оно не потребляет энергии, т. к. эта энергия запасается в магнитном поле катушки, а затем отдается в электрическую цепь (мнимое сопротивление).
Сопротивление конденсатора – емкостное.
ХС = 1 / С = 1 / 2С
С – электроемкость конденсатора Ф фарада.
Оно не потребляет энергии, т. к. эта энергия запасается в электрическом поле конденсатора, а затем отдается в электрическую цепь (мнимое сопротивление).
Особенности простых идеальных цепей.
Идеальная простая цепь обладает одним видом сопротивления, что удобно для теоретических расчетов.
- Простая идеальная цепь с активным сопротивлением.
А) Выполняется закон Ома для участка цепи ( I = U / R)
Б) Активное сопротивление «R» не зависит от частоты тока.
В) В цепи нет сдвига фаз между током и напряжением.
Г) На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.
- Простая идеальная цепь с индуктивным сопротивлением.
А) Соблюдается закон Ома для внешнего участка цепи ( I = U / XL)
Б) ХL – индуктивное сопротивление линейно возрастает с увеличением частоты, т. к. ХL = 2L.
В) В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током. Его причины: по правилу Ленца направление Ei в катушке препятствует изменениям тока внешней цепи, что задерживает изменение тока по сравнению с изменением напряжения на / 2.
Г) «ХL» не потребляет энергии. Она запасается в магнитном поле катушки и называется энергией магнитного поля.(WM
- Простая идеальная цепь с емкостью.
А) Соблюдается закон Ома для внешнего участка цепи ( I = U / XC)
Б) ХС – емкостное сопротивление уменьшается с возрастание частоты
В) В цепи есть сдвиг фаз между током I и напряжением U. Его причина: по мере зарядки конденсатора напряжение на его обкладках постепенно возрастает. На обкладках конденсатора накапливается заряд и колебания силы тока опережают колебания напряжения на / 2.
Г) «ХС» не потребляет энергии. Она запасается в электрическом поле конденсатора и называется энергией электрического поля.
Каков характер движения электрических зарядов при переменном токе
Электротехника
Тесты > Электротехника и электроника > Электротехника
Последние статьи
| Работы, представленные на сайте http://taketop.ru, предназначено исключительно для ознакомления. Все права в отношении работ и/или содержимого работ, представленных на сайте http://taketop.ru, принадлежат их законным правообладателям. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием работ и/или содержимого работ, представленных на сайте http://taketop.ru |
Сайт управляется SiNG cms © 2010-2015
Частотные характеристики и параметры переменного тока
Направленное движение заряжённых частиц под действием электрической движущей силы (ЭДС) называют электротоком, он бывает переменным и постоянным. В последнем случае перемещение нуклонов происходит во времени стабильно, а в первом — периодически обращает направление и величину. Один из основных параметров переменного тока — частота. Зависит характеристика от периодичности колебаний электронов, может измеряться несколькими способами и приборами.
Переменный электрический ток
В английском языке этому термину соответствует выражение alternating current — аббревиатура AC, в энерготехнике как буквенное обозначение используют знак тильда (~). Переменный ток изменяется в периоде по синусоиде. Источниками служат генераторы, вырабатывающие ЭДС посредством электромагнитной индукции. Характеризуется АС следующими параметрами:
- напряжение сети U в вольтах;
- сила тока I=Q/Δt, [A] — количество зарядов, прошедших через поперечник проводника в единицу времени;
- период Т — отрезок времени полного цикла изменений;
- частота f — количество колебаний в течение секунды: f =1/Т, [Гц] в отечественных сетях стандарт 50 герц;
- плотность тока j=I/S, [A/мм2] — векторная величина, где S площадь сечения проводника, направление j совпадает с курсом движения электронов;
- фаза — состояние АС, может быть одно- и многофазным;
- амплитуда I max — высота синусоиды, максимальная величина мгновенно достигаемого за период значения тока.
В энергетике преимущественно используются трёхфазные сети: 3 отдельных электроцепи с одинаковыми напряжением и частотой при сдвиге φ=120°. От стабильности колебательных движений нуклонов в системе зависит устойчивость и надёжность работы всей энергосети.
Период пульсаций и частота
Физическая сущность переменного тока заключается в перемещении электронов в проводнике сначала в одном направлении, затем в другую сторону. Полный цикл движений туда и обратно совершается за определённый период, определяемый по частоте колебаний: Т=1/ f.
Интенсивность циклов
Для условий электросетей России показатель f =50 Гц, а время одной пульсации составляет Т=1/50=0,02 секунды. Обратная связь двух параметров позволяет определить частоту ~ тока по длительности сигнала: f =1/0,02=50 Гц.
Один герц означает 1 колебание за секунду. Чем быстрее изменяется электродвижущая сила, тем скорее обращается радиус-вектор и сокращается период. Соответственно, при форсировании оборотов возрастает частота: величины Т и f обратно пропорциональны, чем больше одна, тем меньше вторая. Значения характеристики f изменяются в широких пределах, что предопределяет использование расширенной терминологии:
| Количество нулей после единицы | Приставка к размерности герц |
| 3 (тысяча) | Кило (кГц) |
| 6 (миллион) | Мега (мГц) |
| 9 (миллиард) | Гига (ГГц) |
В зависимости от величины частота переменного тока подразделяется на следующие подгруппы:
- промышленные: 16―25 Гц на железнодорожных сетях некоторых стран, 25 и 75 Гц в схемах блокировки рельсовых цепей, в автономных системах авиационной и военной энергетики — 400 Гц, на некоторых производственных и сельскохозяйственных установках 200―400 Гц;
- звуковые находятся в интервале 20―20000 Гц (20 кГц), в передающих антеннах — до 1,5 ГГц;
- технические: автоматика — используется диапазон от 1 кГц до 1 ГГц, металлургия и машиностроение: плавка, сварка и термообработка металлов;
- радиолокационные станции спутниковой связи, спецсистемы ГЛОНАСС, GPS — до 40 ГГц и выше.
Токи высокой частоты (ТВЧ) начинаются с уровня десятков кГц, когда значимо проявляются излучения электромагнитных волн и скин-эффект: заряд, перемещающийся в проводнике, распределяется не по сечению, а в поверхностном слое.
Для выработки ТВЧ используют энергомашинные генераторы и колебательные контуры. В последнем случае устройство представляет собой цепь с включением в состав ёмкости и индуктивности.
Опасность разночастотных зарядов
Эквивалентные по воздействию на организм человека напряжения переменного и постоянного тока, равны соответственно 42 В и 120 В. Неравенство опасности исчезает при достижении ЭДС 500 В, а при больших значениях опаснее становится константный. Проявления неблагоприятного действия последнего — термическое и электролитическое, а переменного — преимущественно выражается в сокращении сосудов, мышц, голосовых связок. При этом определяющее значение на опасность оказывает частота тока:
- 40―60 Гц — наибольшая угроза поражения, возможность фибрилляции сердца; дальнейшее повышение интенсивности колебаний зарядов приводит к снижению риска, но вероятность гибельности сохраняется в пределах всего диапазона промышленных частот — до 500 Гц;
- свыше 10 кГц начинаются ТВЧ — они безопасны до уровня 1 мГц относительно внутренних поражений, что обусловлено скин-эффектом, но вызывают ожог и угроза от них не меньше, чем от постоянных или переменных предшествующей группы;
- токи высокой частоты сопровождаются электромагнитными излучениями — с этой стороны существует возможность негативного воздействия на живые организмы.
На относительной безопасности ТВЧ основано их применение в медицине для физиотерапевтических процедур. Тяжесть поражения электротоком зависит не только от физических параметров заряда, но и от состояния организма человека.
Измерительные приборы
Для определения интенсивности колебаний используют осциллограф, на котором можно увидеть частоту и форму сигнала. Существуют также специальные приборы — частотомеры. В них применяют следующие способы определения параметра:
- перезаряд конденсатора — среднее значение силы тока пропорционально соотносится с его интенсивностью и измеряется магнитоэлектрическим амперметром со шкалой в герцах;
- дискретный счёт — фиксирование импульсов нужной частоты за определённый период, получают данные достаточной точности: погрешность в пределах 2%, этого хороший показатель для бытового применения прибора;
- резонансный метод основан на одноимённом электрическом явлении, возникающем в цепи с настраиваемыми элементами; частота — больше 50 Гц, определяется по шкале регулировочного механизма.
Ещё один известный способ применяется в осциллографах, основан на смешивании и сравнении эталонного параметра с измеряемой частотой. Вследствие наложения возникают биения, а при выравнивании на экране устанавливается определённая фигура. Рассчитывают искомую характеристику по зафиксированному графику посредством математических формул.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад