Амплітуда, частота та фаза синусоїдального струму та напруги
ЛІНІЙНІ ЛАНЦЮГИ СИНУСІЙНОГО СТРУМУ
Загальні відомості
В електроенергетиці використовують переважно змінний струм. Нині майже вся електрична енергія виробляється як енергії змінного струму. Основна перевага змінного струму в порівнянні з постійним струмом полягає в можливості просто і мінімальними втратами перетворювати напругу при передачі енергії. Генератори та двигуни змінного струму мають простіший пристрій, надійніший у роботі та простіше в експлуатації в порівнянні з машинами постійного струму.
Амплітуда, частота та фаза синусоїдального струму та напруги
У сучасній техніці широко використовуються змінні струми: синусоїдальні, прямокутні, трикутні та ін. (рис. 2.1). Значення струму в будь-який момент часу називаєтьсямиттєвим значенням. Миттєві значення струму, напруги, ЕРС позначаються буквами .
Струми, миттєві значення яких повторюються через рівні проміжки часу, називаютьперіодичними, а найменший проміжок часу, через який ці повторення спостерігаються, називаютьперіодомТ(рис. 2.1 ).
Якщо крива зміни пе-
Мал. 2.1 ріодичного струму описується синусоїдою, струм називаєтьсясинусоїдальним. Якщо крива відрізняється від синусоїди - струмнесинусоїдальний. В електричних ланцюгах змінного струму найчастіше використовують синусоїдальну форму, що характеризується тим, що всі напруги та струми є синусоїдальними функціями часу. У генераторах змінного струму прагнуть отримати ЕРС, що змінюється у часі за законом синуса. Тим самим забезпечується найвигідніший експлуатаційний режим роботи електричних установок.
Усі синусоїдальні функції часу (наприклад, струм)записують у однаковій формі:
(2.1)
де – миттєве значення струму; –максимальне (амплітудне) значення струму (рис. 2.2); - Кутова частота; - Початкова фаза.
Аргумент синуса називаєтьсяфазою. Кут дорівнює фазі в початковий момент часу = 0 і тому називається початковою фазою. Фаза з часом постійно зростає (рис 2.2). Після її збільшення весь цикл зміни струму повторюється. Протягом періоду фаза збільшується на . Тому відношення визначає швидкість зміни фази і називаєтьсякутовою частотою
(2.2)
де – частота, що дорівнює числу періодів на секунду,Гц. При стандартній частоті = 50Гцкутова частота За аргумент синусоїдальної функції приймають час або кут.
Таким чином, для визначення миттєвих значень необхідно визначити їх параметри: амплітуду, кутову частоту і початкову фазу.
Постійний струм можна розглядати як окремий випадок змінного струму, частота якого дорівнює нулю. У сучасній техніці використовується широкий діапазон частот змінних струмів від сотих часток до мільярдів Герц. В електроенергетиці нашої країни та Європи стандартна частота 50Гц, США - 60Гц.
Синусоїдальні ЕРС у сучасній техніці отримують різними методами в електромашинних або електронних генераторах та інших пристроях. Наочним прикладом є наведення ЕРС за рахунок електромагнітної індукції в рамці, що обертається в однорідному магнітному полі (рис. 2.3).
Припустимо, що рамка площею містить витків і обертається з постійною кутовою швидкістю магнітному полі з індукцією . Тоді потокозчеплення рамки
.
За законом електромагнітної індукції у рамці наводиться ЕРС
.
Отже, ЕРС змінюється засинусоїдальний закон.
Розглянутий спосіб отримання ЕРС є лише наочною ілюстрацією і в техніці не використовується через економічну недоцільність створювати досить сильне рівномірне магнітне поле в такому повітряному проміжку.
У промисловості для отримання синусоїдальних ЕРС застосовують електричні машини - синхронні генератори, що приводяться в обертання тепловими, газовими, гідравлічними та ін двигунами.