ПЕРЕМЕ́ННЫЙ ТО́К
-
Рубрика: Технологии и техника
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПЕРЕМЕ́ННЫЙ ТО́К, 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 периодический (или близкий к периодическому) ток переменного направления. В простейшем случае мгновенное значение силы П. т. изменяется во времени по гармонич. закону (гармонический, или синусоидальный, П. т.): $i=I_m\sin (ωt+α)$, где $I_m$ – амплитуда тока, $ω=2πf$ – круговая частота, $α$ – начальная фаза. Гармонич. ток создаётся синусоидальным напряжением той же частоты: $u=U_m\sin (ωt+β)$, $U_m$ – амплитуда напряжения, $β$ – начальная фаза. Для характеристики силы П. т. за основу принято сопоставление среднего теплового действия П. т. с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы; полученное значение силы П. т. $I$ называется действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное (за период) значение силы тока. Для синусоидальных токов действующие значения П. т. равны: $I=I_m/\sqrt{2}$, $U=U_m/\sqrt{2}$. Важной характеристикой П. т. является его частота $f$. В электроэнергетич. системах РФ и большинства стран мира принята стандартная частота $f$=50 Гц, в США – 60 Гц. В технике связи применяются П. т. высокой частоты (от 100 кГц до 30 ГГц). Для спец. целей в пром-сти, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т. самых разл. частот, а также импульсные токи (см. Импульс электрический).
В электротехнике (и частично в радиотехнике) обычно реализуются электрич. цепи квазистационарных токов. 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 (см. Трёхфазная цепь). Большинство пассивных электрич. цепей работает в линейном режиме, когда справедлив суперпозиции принцип. При прохождении через такие цепи гармонич. П. т. не искажают своей формы, тогда как при наличии нелинейных элементов (напр., сердечников в трансформаторах, нелинейных преобразователей, электронных ламп и т. п.) синусоидальные сигналы искажаются, обогащаясь высшими гармониками. Квазистационарные цепи с сосредоточенными параметрами могут быть составлены в виде определённой комбинации индуктивностей $L$, ёмкостей $C$ и сопротивлений $R$. Связь между напряжением и силой П. т. в этих элементах задаётся формулами $$u=L(di/dt), u=Ri, C(du/dt)=i.$$ В нелинейных режимах величины $L$, $C$ и $R$ являются функциями протекающего тока $i$; 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 и тока и комплексными сопротивлениями $Z$ (см. Импеданс), определяемыми на индуктивных, ёмкостных и резистивных участках цепи соответственно как $Z_L=jωL, Z_C=(jωC)^{–1}$ и $Z_R=R$ (здесь $j$ – мнимая единица). Тогда квазистационарная линейная цепь (многополюсник) может быть рассчитана по Кирхгофа правилам, т. е. в этом случае применимы методы расчётов цепей постоянного тока.
С ростом частоты квазистационарное приближение перестаёт быть справедливым, и для получения распределения П. т. необходимо применять Максвелла уравнения. В этом случае иногда токи называют быстропеременными (БПТ) и оперируют не с суммарными (интегральными) силами тока, а с их объёмными плотностями. Плотность БПТ включает потенциальную и вихревую компоненты. Последняя ответственна за возбуждение вихревых электромагнитных полей. В открытых (неэкранированных) системах именно с вихревыми П. т. связано излучение электромагнитной энергии, что используется, напр., в излучателях (антеннах), где путём подбора распределений БПТ создаются требуемые угловые распределения полей излучения (диаграммы направленности).