Параметры однофазного переменного тока.

Ток, периодически меняющийся по величине и направлению, называется переменным током. Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния. Но физические процессы, происходящие в цепях переменного тока, сложнее, чем в цепях постоянного тока из-за наличия переменных магнитных и электрических полей. Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:

i=I_m sin w t,

где i —значение переменного тока в любой момент времени, называемое мгновенным значением переменного тока.

Величина I_m называется амплитудой переменного тока.

Амплитуда —это наибольшее положительное или отрицательное значение переменного тока. Графически перемен. ток и э. д. с. выражаются в виде синусоиды.

Переменный ток характеризуется такими величинами, как мгновенные значение тока (i), напряжения (u), э.д.с. (e), а также амплитуда, период, частота, фаза (сдвиг фаз).

Периодом (Т) называется время, в течение которого происходит полное изменение (колебание) тока в проводнике (измеряется в секундах). Частотой (f) называется величина, выражающаяся числом полных колебаний тока за одну секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). При частоте в 1 Гц происходит одно полное колебание тока за одну секунду. Стандартной частотой переменного тока у нас является частота 50 Гц, что соответствует 50 полным колебаниям тока за одну секунду. Частота — величина, обратная периоду. Следовательно,

f =1/T или T=1/ f

Каждый ток имеет свою начальную фазу. Фаза перемен. тока выражается через угол, стоящий под знаком синуса. Поэтому фазой в электротехнике принято называть угол wt, стоящий под знаком синуса, где w — угловая частота переменного тока, показывающая число радианов, на которое изменяется текущая фаза за одну секунду.

Угловая частота имеет размерность рад/с и равна

w=2p·f,

где f в отличие от угловой частоты называется циклической (круговой) частотой, показывающей число циклов, совершенных за одну секунду.

Если в начальный момент времени (t =0) переменный ток не равнялся нулю, а имел какое-то положительное значение, то его формула запишется в виде: i=I_mŸsin (wt+y), где фазой является угол wt+y. При t =0 фазой является угол y, который называется начальной фазой.

В электротехнике обычно имеет практическое значение не сама фаза, а их разность, называемая сдвигом фаз.

В формулы расчета переменного тока чаще всего подставляется действующее значение переменного тока. Действующим значением переменного тока называется такой постоянный ток, который за время одного периода оказывает такое же тепловое (механическое и др.) действие, как и данный переменный ток. Действующее значение переменного тока определяется из выражения

Все определения и соотношения действующего значения переменного тока справедливы и для переменного напряжения и э. д. с., т.е.

Амперметры и вольтметры при измерении переменного тока и напряжения чаще всего показывают их действующие значения, так как принцип работы их основан на механическом или тепловом действии тока.

В цепях переменного тока используются три основных вида пассивных элементов: резистивный элемент, индуктивная катушка и конденсатор. При этом индуктивная катушка и конденсатор обладают в некоторых отношениях диаметрально противоположными свойствами. Так, на катушке ток отстает по фазе от напряжения на угол π/2, а на конденсаторе, наоборот, ток опережает напряжение на угол π/2. Сопротивление катушки возрастает по мере увеличения частоты переменного тока, для постоянного тока (что соответствует нулевой частоте) и идеальной индуктивной катушки оно равно нулю. Наоборот, сопротивление конденсатора переменному току уменьшается с увеличением частоты; а постоянный ток конденсатор вообще не пропускает.