Предмет Електротехніка

В цьому розділі буде розглянуто процес отримання змінного струму, основні параметри та види опорів у змінному струмі. ЗМІННИЙ СТРУМУкладач: Нестюркіна Катерина Вікторівна, викладач електротехніки Краматорського вищого професійного училища (№14)

Змінний струм Змінний струм, на відміну від струму постійного, безперервно змінюється як за величиною, так і за напрямком, причому зміни ці відбуваються періодично, тобто точно повторюються через рівні проміжки часу. Щоб викликати в ланцюзі такий струм, використовуються джерела змінного струму, що створюють змінну ЕРС, що періодично змінюється за величиною і напрямком. Такі джерела називаються генераторами змінного струму.

Отримання змінного струму На рисунку у верхній частині показана рамка, що обертається в магнітному полі, а внизу дано графічне зображення виникнення змінної ЕРС. Рамка рівномірно обертається за годинниковою стрілкою і за ходом рамки відбуваються зміни в ЕРС, початковий момент - горизонтальне положення рамки.

Отримання змінного струму. У цей початковий момент ЕРС буде дорівнює нулю, так як сторони рамки не перетинають магнітних силових ліній. На графіку це нульове значення ЕРС, відповідне моменту t = 0, відіб'ється точкою 1. При подальшому обертанні рамки в ній почне з'являтися ЕРС і буде зростати за величиною до тих пір, поки рамка не досягне свого вертикального положення. На графіку це зростання ЕРС відіб'ється плавної піднімається вгору кривої, яка досягає своєї вершини (точка 2). Коли рамка наближається до горизонтального положення ЕРС в ній буде спадати і впаде до нуля. На графіку це відобразиться спадаючою плавною кривою. Отже, за час, відповідний половині обороту рамки, ЕРС в ній встигла зрости від нуля до максимальної величини і знову зменшитися до нуля (точка 3).

Отримання змінного струму При подальшому обертанні рамки в ній знову виникне ЕРС і буде поступово зростати за величиною, однак напрямок її вже зміниться на протилежне, в чому можна переконатися, застосувавши правило правої руки. Графік враховує зміну напрямку ЕРС тим, що крива, яка зображує ЕРС, перетинає вісь часу і розташовується тепер нижче цієї осі. ЕРС зростає знову-таки до тих пір, поки рамка не займе вертикальне положення. Потім почнеться убування ЕРС, і величина її стане рівною нулю, коли рамка повернеться в своє початкове положення, зробивши один повний оборот. На графіку це виразиться тим, що крива ЕРС, досягнувши в зворотному напрямку своєї вершини (точка 4), зустрінеться потім з віссю часу (точка 5).

Отримання змінного струму. На цьому закінчується один цикл зміни ЕРС, але якщо продовжувати обертання рамки, негайно ж починається другий цикл, в точності повторює перший, за яким, у свою чергу, піде третій, а потім четвертий, і так до тих пір, поки не зупиниться обертання рамки. Таким чином, за кожен оборот рамки ЕРС, що виникає в ній, здійснює повний цикл своєї зміни. Якщо ж рамка буде замкнута на будь-який зовнішній ланцюг, то по ланцюгу потече змінний струм, графік якого буде по виду таким же, як і графік ЕРС. Отримана хвилеподібна крива називається синусоїдою, а струм, ЕРС або напруга, що змінюються за таким законом, називаються синусоїдальними.

Параметри змінного струму. Синусоїдальний характер зміни струму - найпоширеніший в електротехніці, тому, говорячи про змінний струм, в більшості випадків мають на увазі синусоїдальний струм. Для порівняння різних змінних струмів (ЕРС і напруг) існують величини, що характеризують той чи інший струм. Вони називаються параметрами змінного струму. Період, амплітуда і частота - параметри змінного струму.

Параметри змінного струму. Змінний струм характеризується двома параметрами - періодом і амплітудою, знаючи які можна судити, який це змінний струм, і побудувати графік струму. Проміжок часу, протягом якого відбувається повний цикл зміни струму, називається періодом. Період позначається літерою Т і вимірюється в секундах. Період зміни струму (ЕРС або напруги) складається з двох напівперіодів. Цілком очевидно, що всі періоди одного і того ж змінного струму рівні між собою. Проміжок часу, протягом якого відбувається половина повного циклу зміни струму, називається напівперіодом.

Параметри змінного струму. Як видно з графіка, протягом одного періоду своєї зміни струм досягає двічі максимального значення. Максимальне значення змінного струму (ЕРС або напруги) називається його амплітудою або амплітудним значенням струму. Im, Em і Um - загальноприйняті позначення амплітуд струму, ЕРС і напруги. Перш за все звертають увагу на амплітудне значення струму, однак, як це видно з графіка, існує незліченна безліч проміжних його значень, менших амплітудного. Значення змінного струму (ЕРС, напруги), відповідне будь-якого обраного моменту часу, називається його миттєвим значенням. i, е і u - загальноприйняті позначення миттєвих значень струму, ЕРС і напруги.

Параметри змінного струму. Отже, графік показує, як з плином часу змінюється струм в ланцюзі, і що кожному моменту часу відповідає тільки одне певне значення як величини, так і напрямку струму. При цьому значення струму в даний момент часу в одній точці ланцюга буде точно таким же в будь-якій точці цього ланцюга. Число повних періодів, що здійснюються струмом в 1 секунду, називається частотою змінного струму і позначається латинською буквою f і вимірюється одиницею, званої Герцем. Щоб визначити частоту змінного струму, тобто дізнатися, скільки періодів своєї зміни струм скоїв протягом 1 секунди, необхідно 1 секунду розділити на час одного періоду f = 1 / T. Знаючи частоту змінного струму, можна визначити період: T = 1 / f . Якщо ми маємо змінний струм, частота зміни якого дорівнює 1 Герц, то період такого струму буде дорівнює 1 секунді. І, навпаки, якщо період зміни струму дорівнює 1 секунді, то частота такого струму дорівнює 1 Герц.

Види опорів у змінному струміДля розгляду цього питання давайте згадаємо, чим обумовлено опір провідника проходженню струму через нього. При проходженні струму через провідник вільні електрони відчувають зіткнення з атомами кристалічної решітки, передаючи їм частину своєї енергії. При цьому внутрішня енергія провідника збільшується (він нагрівається і чинить опір струму), такий вид опору називається активним (є ще один вид опору - реактивне, що не викликає нагрівання провідника і обумовлене іншими процесами).

Активний опір в колі змінного струму...

Активний опір в колі змінного струму.:

Конденсатор в колі змінного струму. Конденсатор - це система з двох провідників, розділених шаром діелектрика (повітря, слюди, кераміки ...). Конденсатор - це розрив у ланцюгу (подібно розімкненим вимикача), тому постійний струм конденсатор не проводить. Подивимося, як веде себе конденсатор в колі змінного струму: Ми бачимо, що струм між обкладинками конденсатора як і раніше не йде, однак внаслідок перезарядки конденсатора через лампочку йде змінний струм - тобто конденсатор проводить змінний струм.

Конденсатор в колі змінного струму. Отже, конденсатор проводить змінний струм, однак він надає струму опір, який зветься ємнісним опором. - циклічна частота струму (сек-1 ); С - електроємність конденсатора ( Ф );f - частота струму (Гц );Xc - ємнісний опір ( Ом ). З формули можна побачити, що опір конденсатора обернено пропорційний частоті струму і його електроємності. Опір конденсатора зменшується з ростом частоти, це означає, що конденсатор добре проводить високочастотні коливання і погано - низькочастотні, а постійний струм взагалі не проводить.;;.;

Конденсатор в колі змінного струму. Графік залежності опору конденсатора від частоти: Опір конденсатора залежить і від його електроємності: при фіксованій частоті конденсатор з більшою ємністю буде мати менший опір. Коливання струму на конденсаторівипереджають коливання напруги на /2. :

Індуктивність в колі змінного струмуІндуктивність L- це фізична величина, подібна масі в механіці. Як в механіці для зміни швидкості тіла потрібен час, і маса є мірою того часу (інерція), так і електродинаміки для зміни струму через провідник потрібен час і індуктивність є мірою того часу (самоіндукція). Явище самоіндукції виникає тільки в моменти включення і виключення (перешкоджає будь-яким змінам струму). Котушка індуктивності - це звичайний провідник з незвичайною формою, що володіє активним опором. Тому котушка добре проводить постійний струм, значення якого обмежена лише його активним опором.

Індуктивність в колі змінного струму. Подивимося, як веде себе конденсатор в колі змінного струму: У ланцюзі опір R підберемо рівним активному опору L Лампочка Л1 горить набагато яскравіше, ніж Л2. Чому ?Це відбувається через явище самоіндукції, що виникає в котушці при будь-якій зміні струму, яка заважає цій зміні - тому у котушки індуктивності окрім активного опору дроту, з якого вона зроблена, з'являється ще один опір, що обумовлений явищем самоіндукції і називається індуктивним опором XL . - циклічна частота струму (сек-1 ); L – індуктивність ( Гн );f - частота струму (Гц );XL - індуктивний опір (Ом).;

Індуктивність в колі змінного струму. Коливання струму на індуктивності відстають від коливань напруги на /2. :

Використання частотних властивостей конденсатора і котушки індуктивностіТаким чином, в колі змінного струму можна виділити 3 види опорів (або три види елементів, які чинять опір струму). Реальні електричні ланцюги містять всі види опорів (активне, індуктивне і ємнісне), тому струм в реальному ланцюга залежить від її повного (еквівалентного) опору Z, а зрушення фаз визначається величиною L і C ланцюга. Опір. Активний. РеактивнийІндуктивнийЄмний.

Використання частотних властивостей конденсатора і котушки індуктивностіОтже:конденсатор добре проводить ВЧ (високої частоти) коливання, і погано - НЧ (низької частоти)коливання; котушка індуктивності навпаки: добре НЧ коливання і погано - ВЧ коливання. Ці властивості дозволяють створити: 1. Різні частотні фільтри - схеми, що дозволяють виділити з усього сигналу (наприклад від магнітофона) НЧ і ВЧ складові. Використовуючи різні значення R, L і C, можна створювати фільтри з заданими параметрами (пропускною здатністю).

Використання частотних властивостей конденсатора і котушки індуктивності2. Електричний коливальний контур, що складається з конденсатора і котушки індуктивності. Коливальний контур має чудовий властивістю - пропускати коливання (резонувати) тільки певної частоти, що залежить від ємності конденсатора й індуктивності котушки. Ці властивості контуру широко застосовуються в радіо і телепріємной і передавальної апаратури для селекції сигналів..

Контроль якості знань. Перевір, чи добре ти засвоїв цю тему. Для цього пройди за посиланням і дай відповідь на контрольні запитання.https://docs.google.com/forms/d/19 IZYp. Qvh. A6oavb. Nx. Jigc. MCN6_l. C1w7m. Y0br. Bh4 TJ4 SE/edit