Переменный ток - электрический ток, изменяющийся во времени. В общем понимании к П. т. относят разл. виды импульсных, пульсирующих, периодич. и квазипериодич. токов. В технике под П. т. обычно подразумевают периодич. или почти перподич. токи перем. направления. Наиб. употребителен П. т., сила к-рого J меняется во времени по гармонич. закону (гармонический, или синусоидальный, П. т.):
Здесь I - амплитуда,
- нач. фаза,
- круговая частота. В эл--технике (и, частично, в радиотехнике) обычно
реализуются квазистационарные цепи . П. т. [см. Квазистационарное (квазистатическое)
приближение]. При этом в многопроводных системах, предназначенных
для передачи энергии, часто используют многофазные П. т. - текущие по разным
проводам токи с одинаковыми амплитудами, но разными фазами. В частности,
в симметричных трёхфазных системах фазы отличаются на 2
/3.
Большинство пассивных электрич. цепей работает в линейном режиме, когда
справедлив суперпозиции принцип .При прохождении через такие цепи
чисто гармонич. П. т. (*) не искажают своей формы, тогда как при наличии
нелинейных элементов (напр., железных сердечников в трансформаторах, нелинейных
преобразователей, диодов, триодов и т. п.) синусоидальные сигналы искажаются,
обогащаясь высшими гармониками. Квазистационарные цепи с сосредоточенными
параметрами могут быть составлены как определ. комбинации индуктивностей
L, ёмкостей С и сопротивлений R. Связь между напряжением
и и силой П. т. J в этих элементах задаётся ф-лами
В нелинейных режимах величины
L, С,
R являются функциями протекающего тока J; в линейных режимах они
либо постоянны, либо зависят в явном виде от времени (параметрич. системы).
При расчёте электрич. цепей гармонич.
П. т. удобно пользоваться комплексными амплитудами напряжения
(U - амплитуда напряжения) и тока
и комплексными импедансами
принимающими на индуктивных, ёмкостных
и резистивных участках соответственно значения ZL=
ZR
= R. Тогда квазистационарная линейная цепь (многополюсник) любой сложности
допускает расчёт по обычным
Кирхгофа правилам .Так, для последовательна
включённых элементов
L, С, R суммарный импеданс
Это импеданс колебательного Z/СЛ-контура,
высокодобротного при условии L/CR
1.
На резонансной (томсоновской) частоте
= (ЬС)~1/* импеданс Z минимален но модулю. Метод
комплексных амплитуд порождает метод векторных (круговых) диаграмм, основанный
на графит, построении напряжений и токов как векторов на комплексных плоскостях,
что придаст наглядность решениям мн. задач эл--техники.
Мощность W, выделяемая в цепи П.
т., определяется усреднением за период колебаний
произведения и J:
где
- разность фаз между напряжением и током. Иногда вводят понятие эффективных
(действующих) напряжений
и токов
чтобы ф-ла для оптимально поглощаемой (отдаваемой сопротивлению) мощности
имела тот же вид, что и для цепей пост. тока. Этот оптимум достигается
при значении
=
0. Такой режим наз. согласованным. При
0
часть мощности "отражается" обратно к источнику. Поэтому иногда проблему
согласования в эл--технике наз. проблемой "оптимального cos
".
С ростом частоты
квазистационарное приближение перестаёт быть справедливым, и для получения
распределения П. т. необходимо обращаться непосредственно к Максвелла
уравнениям. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, иногда такие токи
наз. быстропеременными (БПТ) и предпочитают оперировать не с суммарными
(интегральными) силами тока, а с их объёмными плотностями j(r,t). При
протекании по хорошо проводящим телам БПТ стремятся прижаться к их наружным
поверхностям (скин-эффект). В случае идеальной проводимости они распределяются
по самой поверхности; такие токи наз. поверхностными и характеризуются
поверхностными плотностями. Плотность БПТ всегда можно разбить на потенциальную
и вихревую компоненты. Последняя ответственна за возбуждение вихревых эл--магн.
полей. В открытых (неэкранированных) системах именно с вихревыми П. т.
связано излучение эл--магн. энергии. Это, в частности, используется в излучателях
(антеннах), где путём подбора надлежащих распределений БПТ создаются требуемые
угл. распределения полей излучения (диаграммы направленности).
|
|
 |
