Применение переменного тока. (Лекция 9)

Переменный ток
Широкое применение переменного тока в промышленности и быту обязано Закону электромагнитной индукции, позволяющему:
- преобразовывать механическую энергию в электрическую,
- изменять параметры электрической энергии (напряжение и ток) до необходимых в каждом случае значений.
Переменный ток позволяет создать компактные и экономичные системы передачи большого количества электрической энергии на дальние расстояния.
Самые распространённые электрические двигатели – асинхронные работают на переменном токе.

Расширение понятия «Электрический ток»
Ток проводимости
Плотность тока проводимости
Ток смещения
Плотность тока смещения
Общие свойства электрического тока:
- Электрический ток возникает под действием электродвижущей силы.
- Для появления электрического тока необходим замкнутый путь.

Ток проводимости
Электрическим током проводимости называется направленное движение заряженных частиц в соответствии со знаком их заряда и направлением электрического поля.
Единица измерения тока – ампер (А). Ток в 1 А, протекающий по проводнику, означает, что через поперечное (току) сечение проводника за одну секунду проходят частицы с суммарным зарядом одного знака, равным 1 Кл.
Электрический ток является скалярной величиной.

Плотность тока проводимости
Плотностью тока проводимости называется вектор, направленный перпендикулярно площадке поперечного сечения, через которое проходит электрический ток, и равный значению тока, поделённому на площадь, через которую он проходит.
Направление вектора соответствует направлению движения положительно заряженных частиц.
При равномерной плотности тока
При неравномерной плотности тока
Размерность
Постоянный ток – электрический ток, вектор плотности которого не меняет направление со временем.
Переменный ток – электрический ток, вектор плотности которого постоянно меняет направление со временем.
Плотность тока проводимости является точечной характеристикой электрического поля в проводящей среде

Ток смещения
Электрическим током смещения называется изменение потока электрического смещения во времени
q
2q
3q
Скорость изменения потока электрического смещения

Плотность тока смещения
Каждая точка поля характеризуется векторной величиной - D, называемой «плотность потока электрического смещения».
При изменении электрического поля изменяется и плотность потока электрического смещения в каждой его точке со скоростью:
А
Плотность тока смещения – векторная величина, отражающая скорость изменения плотности потока электрического смещения.
Постоянный ток смещения – изменение плотности потока электрического смещения в одном направлении (увеличение или уменьшение).
Переменный ток смещения – чередующиеся изменения направления и модуля вектора плотности потока электрического смешения.
- Плотность тока смещения
( )

I

Постоянный ток – электрический ток, вектор плотности которого не меняет направление со временем.
Переменный ток – электрический ток, вектор плотности которого постоянно меняет направление со временем.
Периодический переменный ток – электрический ток, плотность которого через определённые промежутки времени (периоды) повторяет значения своего модуля и напраления.
I
τ

Синусоидальный переменный ток
I
τ
Периодом переменного тока Т называется минимальный отрезок времени между двумя одинаковыми (по модулю и направлению, кроме нулевых) значениями плотности тока.
Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока:

Синусоидальный переменный ток
I
τ
Амплитудой переменного тока Im называется максимальное абсолютное значение тока за один полупериод колебаний
Действующее значение переменного тока Id равно значению такого постоянного тока, который выделяет в одном и том же проводнике за одинаковое время то же количество теплоты, что и переменный ток. Для синусоидального тока:
Im
Im

ωτ
i
τ
Синусоидальный переменный ток
Мгновенное значение синусоидального тока: i=Im∙sin α
Im
α
Радиан – единица измерения центрального угла, опирающегося на дугу, длина которой равна радиусу окружности. 3600= 2π радиан
i=Im∙sin α
2π
2π∙f
2π∙f∙τ
2π∙f = ω - круговая частота [рад/с]
При частоте 50 Гц 2πf = 314 рад/с
Аргумент синуса 2πfτ, определяющий стадию или фазу синусоидального изменения тока, называется фазным углом или просто ф а з о й

Символические векторы в электротехнике
Синусоидальный переменный ток
I
U
ωτ
Символический вектор – графическое изображение синусоидального тока в виде прямой, поворачивающейся против часовой стрелки вокруг центра, закреплённого в начале прямой. При этом длина символического вектора равна амплитуде, его проекция на вертикальную ось – мгновенному значению, а частота оборота соответствует частоте переменного тока.

Цепь с активным сопротивлением
I,U
R
U=I∙R
Символические векторы в электротехнике
В цепи переменного тока с активным сопротивлением ток совпадает по фазе с напряжением.

I,U
С
Символические векторы в электротехнике
Цепь с ёмкостью
В цепи переменного тока с ёмкостью ток опережает напряжение на 900

I,U
L
Символические векторы в электротехнике
Цепь с индуктивностью
В цепи переменного тока с индуктивностью ток отстаёт от напряжения на 900

Электроустановки переменного тока
U – действующее значение напряжения
I – действующее значение переменного тока
U, I
Электроустановка однофазного переменного тока

Электроустановки переменного тока
Электроустановка трёхфазного переменного тока
Фазные провода (фазы)
Нулевой рабочий провод (может быть использована земля)
Uфазное
Uлинейное
При одинаковых действующих значениях токов по фазным проводам ток в нулевом рабочем проводе равен нулю.
Р1ф=Uф∙I ; Р3ф= 3Uф∙I

ωτ
Фазное и линейное напряжения
Uф1
Uф2
Uл

Uлинейное
Uфазное
Фазное и линейное напряжения

Электроустановки напряжением 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью
ПС 10/0,4 кВ Электроприемник
А
В
С
N
PE
А, В, С – фазные проводники (А-жёптый, В- зелёный, С – красный)
N – нулевой рабочий проводник (голубой)
РЕ – нулевой защитный проводник (желто-зелёный)

uф
uл
А
N
B
PE

Основные понятия переменного тока
i,u- мгновенное значение тока (напряжения)
Im Um – амплитудное значение тока (напряжения)
Id – действующее значение тока
Ud- действующее значение напряжения
Uф- фазное напряжение
Uл (Uном)-линейное (номинальное) напряжение
A,B,C,-обозначения фазных проводов
N - нулевой рабочий проводник
PE - нулевой защитный проводник