Переменные токи

Познакомимся с основными понятиями, относящимися к переменным токам.

Переменным током называют ток, изменяющийся во времени.

Значение тока в любой данный момент времени называют мгновенным и обозначают строчной (малой) буквой i. Для одного из двух возможных направлений тока через поперечное сечение проводника мгновенное значение тока i считают положительным, а для противоположного направления - отрицательным. Направление тока, для которого его мгновенные значения положительны, называют положительным направлением тока. Ток определен, если известна его зависимость от времени i=F(t) и указано положительное направление тока.

Токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени в той же самой последовательности, называют периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, - периодом Т. Для периодического тока

i = F(t) = F(t + Т).

На рис. 3.1 показан участок АВ электрической цепи и дан пример зависимости i=F(t) для периодического тока. Стрелка на схеме указывает положительное направление тока. Штриховыми стрелками показаны действительные направления тока в моменты времени, когда i > 0 и когда i < 0. Отрезки кривой между точками а и b или О и С охватывают один полный цикл изменения тока за один период.

Величина, обратная периоду, называется частотой f=1/Т. Частота измеряется в герцах. Частота равна 1 Гц, если период равен 1 с, т. е. .

Постоянный ток можно рассматривать как частный случай периодического тока, период изменения которого бесконечно велик, т. е. частота равна нулю.

Термин "переменный ток" обычно применяют в узком смысле, а именно для такого периодического тока, у которого постоянная составляющая равна нулю, т. е.

и особенно часто для гармонического или синусоидального тока.

Широкое применение переменного тока в электротехнике началось со времени решения задачи централизованного производства электрической энергии и ее передачи на значительные расстояния.

Передача и распределение энергии требуют по экономическим соображениям и по условиям безопасности применения различных напряжений: высокого - для передачи энергии и сравнительно низкого - для ее распределения потребителям.

Преобразование напряжения переменного тока возможно при помощи относительно простого аппарата - трансформатора, который в 1876 г. изобрел П. Н. Яблочков. В 1889 г. М. О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный асинхронный двигатель и разработал все звенья передачи и рас-пределения энергии трехфазным током (см. гл. 10). После этого переменный ток получил преимущественное распространение.

Диапазон частот переменных токов, применяемых в электротехнике, весьма широк - от десятков до миллиардов герц. В электроэнергетике в СССР и в Европе принята стандартная частота 50 Гц, в США 60 Гц. В различных областях промышленного применения переменных токов встречаются частоты от 10 до 2 500 000 000 Гц, в радиотехнике и электронике - до 30 000 000 000 Гц.

В электроэнергетике применяются токи, являющиеся синусоидальными функциями времени, так как при несинусоидальных токах могут возникнуть нежелательные явления, как-то: увеличение потерь энергии, появление на отдельных участках цепи значительных напряжений и возникновение помех, влияющих на работу устройств электросвязи.

Для передачи информации (связь, радиовещание, телемеханика) также широко применяются синусоидальные токи. Передаваемая информация (сигнал) изменяет амплитуду, частоту или фазу тока.

Периодические несинусоидальные токи могут рассматриваться как совокупность синусоидальных токов различных частот.

Все это обусловливает первоочередную необходимость основательного изучения цепей синусоидального тока.

Все определения, введенные выше для токов, и те новые определения, которые будут введены в дальнейшем, применимы и для напряжений u, ЭДС е, магнитных потоков, а также для любых других электрических и магнитных величин, изменяющихся во времени. Некоторые пояснения требуются лишь в отношении знака переменных напряжений и ЭДС.

У переменного напряжения и между двумя точками А и В, определяемого по заданному пути l, знак периодически изменяется. При этом, если в данный момент времени напряжение между А и В, определяемое в направлении от А к В, т. е. , положительно, то в тот же момент времени напряжение , определяемое в обратном направлении от В к A, отрицательно. Поэтому для однозначного суждения о напряжении необходимо указать направление пути, которое принято для его определения. Это направление назовем положительным направлением напряжения и будем отмечать либо стрелкой на схеме, либо порядком индексов у буквы u.

Аналогично вводится понятие о положительном направлении для ЭДС.

Дополнительно по теме