Струм, періодично змінюється за величиною і напрямком, називається змінним струмом. Подання про змінний струм можна отримати, якщо повільно обертати ручку діючої моделі генератора, підключеного до гальванометра. Відхилення стрілки гальванометра то вправо, то вліво говорить про періодичне зміну величини і напрямку струму в ланцюзі, т. Е. Про змінний струм.
Змінний струм, який використовується у виробництві і побуті, змінюється за синусоїдальним законом:
де i - значення змінного струму в будь-який момент часу, зване миттєвим значенням змінного струму. Величина Im. що стоїть перед знаком синуса, називається амплітудою змінного струму.
Діючим значенням змінного струму називається постійний струм, який за час одного періоду надає таке теплове (механічне та ін.) Дію, як і даний змінний струм. Чинне значення для даного змінного струму є величина постійна і рівна амплітудному значенням, поділеній на √2. т. е.
Всі визначення і співвідношення діючого значення змінного струму справедливі і для змінної напруги.
Амперметр і вольтметр, робота яких заснована на тепловому або механічному дії, при вимірюванні змінного струму і напруги показують їх діючі значення.
1. Миттєве значення - величина струму відповідає даному моменту часу
2. Амплітуда - це найбільше позитивне або негативне значення змінного струму. Величина ω. що стоїть під знаком синуса, є кутовий швидкістю. Твір кутової швидкості на час (ωt) являє собою кут, зростаючий з часом.
Графіком змінного струму є синусоїда (див. Рис.).
Графік змінного струму
Амплітуда - максимальне миттєве значення (найбільше значення, якого досягає змінний струм).
клікніть по картинці щоб збільшити
За один період відбувається одне коливання змінного струму, т. Е. Період цей час одного коливання. Одне коливання складається з двох рухів струму.
Частотою (f) називається величина, що виражається кількістю повних коливань струму за одну секунду. Частота вимірюється в герцах (Гц). При частоті в 1 Гц відбувається одне повне коливання струму за одну секунду.
Стандартної частотою змінного струму в СРСР є частота 50 Гц, що відповідає 50 повним коливань струму за одну секунду.
Частота - величина, зворотна періоду. отже,
Змінний струм, як і постійний, надає теплове, механічне, магнітне і хімічне дії. У формули розрахунку теплового, механічного, магнітного та хімічного дій змінного струму підставляється діюче значення змінного струму.
5. Фаза - це стан змінного струму за певний період часу
клікніть по картинці щоб збільшити
Змінні величини можуть збігатися по фазі. Це означає що вони одночасно досягають нульових значень і одночасно досягають максимальних значень однакових напрямків.
Тут струми I1 і I2 збігаються по фазі
клікніть по картинці щоб збільшити
Тут напруги U1 і U2 знаходяться в протифазі.
Це означає що вони одночасно досягають нульових і максимальних значень протилежних напрямків.
Якщо змінні величини не збігаються по фазі, то кажуть що вони зрушені по фазі. Зрушення по фазі виражається в градусах або в частках періоду. Весь період 360 0. так як період виходить за один повний оберт провідника по колу в магнітному полі.
клікніть по картинці щоб збільшити
Тут напруга відстає від струму на 90 0. т. Е. Струм і напруга зрушені по фазі на 90 0.
Дійсно на початку ток вже досяг максимуму, а напруга знаходиться на нулі. Напруга досягне максимуму через 90 0.
Зрушення по фазі позначається грецькою буквою φ наприклад φ = 90 0.
Припустимо, що до відключення в ланцюзі рис. 4.5, а був сталий струм I = U / r і енергія магнітного поля котушки становила
Здавалося б, після розмикання вимикача ток повинен миттєво припинитися. Однак на підставі першого закону комутації при t = 0 + ток зберігає своє колишнє значення.
Мал. 4.5. Відключення ланцюга r. L (а) від мережі постійного струму; без розрядного резистора (а), з розрядним резистором (б); Залежно i (t) (в) і uL (t) (г) при відключенні ланцюга r. L з розрядним резистором
Виникає як ніби невідповідність: ланцюг розімкнути, ток є. Насправді при розмиканні вимикачі відбувається наступне. Струм зменшується, і в котушці індукується значна ЕРС. При цьому напруга між контактами вимикача, яка дорівнює загальній кількості напруги мережі і ЕРС самоіндукції, пробиває повітряний проміжок між контактами - виникає електрична дуга і електричний ланцюг виявляється замкнутою. У міру збільшення відстані між контактами опір дуги зростає, струм і ЕРС зменшуються і ланцюг виявляється розімкнутої. За час перехідного процесу енергія магнітного поля котушки виділяється у вигляді теплоти в електричній дузі і опорі котушки.
Перехідний процес в цьому випадку виходить досить складним внаслідок того, що опір дуги нелінійне і змінюється в часі.
Відключення ланцюга з індуктивністю викликає обгорання контактів спорогенезу пристрою і поява значних ЕРС і напруги на висновках котушки, що перевищують у декілька разів напруга мережі (це може привести до пробою ізоляції котушки).
Щоб уникнути цього в силових ланцюгах, що володіють значною індуктивністю (обмотки збудження генераторів і двигунів постійного струму, синхронних двигунів, магнітних плит і т. П.), Паралельно обмоток включають розрядні резистори (рис. 4.5, б).
У цьому випадку після відключення вимикача котушка індуктивності (r. L) виявляється замкнутою на розрядний опір r р. Струм в ланцюзі буде спадати значно повільніше. З цієї причини значення виникає ЕРС буде істотно менше, ніж без розрядного резистора, і виникла слабка дуга зникає майже миттєво. У наступних міркуваннях і висновках передбачається, що дуга між контактами не виникає і ланцюг розмикається миттєво.
Рівняння ланцюга, що складається за другим законом Кірхгофа, має вигляд
Замінивши e в (4.29), отримаємо