Переменный ток

Переме́нный ток (англ. alternating current) – электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным.

Условное обозначение на электроприборах: ~ или ≈ (знак синусоиды), или латинскими буквами \(AC.\)

Так как переменный ток в общем случае меняется в электрической цепи не только по величине, но и по направлению, то одно из направлений переменного тока в цепи считают условно положительным, а другое, противоположное первому, условно отрицательным. В соответствии с этим и величину мгновенного значения переменного тока в первом случае считают положительной, а во втором случае – отрицательной.

Переменный ток – величина алгебраическая, знак его определяется тем, в каком направлении в рассматриваемый момент времени протекает ток в цепи – в положительном или отрицательном.

Величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени, называется мгновенным значением переменного тока.

Максимальное мгновенное значение переменного тока, которого он достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой тока \(I_m\). График зависимости переменного тока от времени называется развернутой диаграммой переменного тока.

Периодическим переменным током называется такой электрический ток, который через равные промежутки времени повторяет полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине.

На представленной диаграмме мы видим, что через равные промежутки времени \(T\) график тока воспроизводится полностью без каких-либо изменений.

Время \(T\), в течение которого переменный периодический ток совершает полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине, называется периодом переменного тока.

Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока: \(f=\frac 1T,\) где \(f\) – частота переменного тока; \(T\) – период переменного тока. Если выразить время \(T\) в секундах (sec), то будем иметь: \(f = \frac 1T \left[ \frac{1}{sec} \right],\) то есть размерность частоты переменного тока выражается в 1/с. Частота переменного тока численно равна числу периодов в секунду.

За единицу измерения частоты переменного тока принят \(1\) герц (\(1\) гц, \(1\) Гц, \(1\) Hz).

Герц – единица Международной системы единиц (СИ), названа в честь Генриха Герца. Через основные единицы СИ герц выражается следующим образом: \(1\) Гц \(= 1\) с^{\(^{-1}\)}. Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Частота переменного тока равна одному герцу, если период тока равен одной секунде.

Стандарты частоты

В большинстве стран в электротехнике применяются частоты 50 или 60 Гц (60 Гц – этот вариант принят в США и Канаде). В некоторых странах, например в Японии, используются оба стандарта. Частота \(16\frac 23\) Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария), частота \(25\) Гц – на старых железнодорожных линиях США. В авиации и военной технике для снижения массы устройств или с целью повышения частоты вращения электродвигателей переменного тока применяется частота \(400\) Гц.

Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока. На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Схема простейшего генератора переменного тока