Однофазный переменный ток

Ток, периодически меняющийся по величине и направлению, называется переменным током. Представление о переменном токе можно получить, если медленно вращать ручку действующей модели генератора, подключенного к гальванометру. Отклонение стрелки гальванометра то вправо, то влево говорит о периодическом изменении величины и направления тока в цепи, т. е. о переменном токе.

Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:

i = I_m sinω t   ,

где i - значение переменного тока в любой момент времени, называемое мгновенным значением переменного тока. Величина I_m, стоящая перед знаком синуса, называется амплитудой переменного тока.

Амплитуда - это наибольшее положительное или отрицательное значение переменного тока. Величина ω, стоящая под знаком синуса, является угловой скоростью. Произведение угловой скорости на время (ωt) представляет собой угол, возрастающий со временем.

Графиком переменного тока является синусоида (см. рис.).

График переменного тока

Для демонстрации синусоидального изменения переменного тока сети нужно реостат включить в сеть как потенциометр. Снимаемое с реостата напряжение подать на горизонтальные пластины включенного в сеть электронного осциллографа. На экране осциллографа получим синусоиду, которая свидетельствует о синусоидальном изменении напряжения на горизонтальных обкладках конденсатора осциллографа, а также о синусоидальном изменении тока в реостате и напряжения в сети.

Кроме амплитуды, переменный ток характеризуется такими величинами, как период, частота, действующее значение.

Периодом (T) называется время, в течение которого происходит полное изменение (колебание) тока в проводнике.

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 в СССР 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

Переменный ток, как и постоянный, оказывает тепловое, механическое, магнитное и химическое действия. В формулы расчета теплового, механического, магнитного и химического действий переменного тока подставляется действующее значение переменного тока.

Действующим значением переменного тока называется постоянный ток, который за время одного периода оказывает такое тепловое (механическое и др.) действие, как и данный переменный ток. Действующее значение для данного переменного тока есть величина постоянная и равная амплитудному значению, деленному на √2, т. е.

Все определения и соотношения действующего значения переменного тока справедливы и для переменного напряжения.

Амперметр и вольтметр, работа которых основана на тепловом или механическом действии, при измерении переменного тока и напряжения показывают их действующие значения.

• Определим амплитудное значение напряжения в сети, если при сопротивлении цепи 40 Ом амперметр показывает ток 5,5 А.
• Из закона Ома напряжение равно U = Ir. Подставив вместо I и r их значения, получим действующее значение напряжения U = 5,5×40 = 220 В.
  
  А так как U_m = √2U, то U_m= 1,41×220 = 310,2 В.

Китунович Ф. Г., Илюкевич Ю. П (. "ЭЛЕКТРОТЕХНИКА" Мн., Нар.асвета, 1989)

Назад