Электрические цепи переменного тока. Характеристики переменного тока

Электрическая энергия в большинстве случаев производится, распределяется, потребляется в виде электроэнергии переменного тока. В первую очередь это обусловлено тем, что переменный ток легко передавать с одного места в другое.

В цепях переменного тока значение тока, напряжения, ЭДС периодически меняются по гармоническому закону, а сами изменения величин называются гармоническими колебаниями

;, (6.5)

где х– переменная функция, роль которой могут игратьi,u,e, и т.д.;

А – амплитуда колебаний, т.е. максимальное значение колеблющейся величины;

– полная фаза колебаний;

– циклическая частота собственных гармонических колебаний.

Значение А удовлетворяет следующим условиям:

1);

2) так как , то.

Амплитуда определяется первоначальным толчком энергии, который выводит колеблющуюся (энергию) систему из положения равновесия.

Пусть , тогда при, т.е.– фаза колебания в начальный момент времени. Она называется начальной фазой колебания и определяется выбором начала отсчета времени.

Периодом Т называется промежуток времени, за который фаза колебаний изменяется на 2π, размерность периода .

Рассмотрим два момента времени t₁мt₂:

; (6.7)

; (6.8)

. (6.9)

Согласно определению периода

или , (6.10)

Единица циклической частоты: .

Частота ν– число полных колебаний за 1 секунду.

. (6.11)

Единица частоты:.

1 Гц – это частота таких колебаний, при которых за 1 секунду совершается одно полное колебание.

, (6.12)

Таким образом, – физическая величина, численно равная числу полных колебаний за время.

Рис. 6.4. График гармонических колебаний

Целесообразность использования гармонических законов по сравнению с негармоническими обусловлена следующими факторами:

• большими значениями КПД генераторов, двигателей, трансформаторов;

• более простым математическим аппаратом для анализа цепей переменного тока;

• при отличной от синусоидальной формы напряжение на отдельных элементах электрической цепи может достигать значительной величины за счет явления самоиндукции.