2.5 Переменный электрический ток.
Активная и реактивная энергия в электрических цепях переменного тока
В генераторах постоянного тока (гальванических элементах, аккумуляторах и др.) эдс и напряжение на их полюсах не меняются во времени, определяя ток во внешней цепи в одном и том
Таким образом, гармонический переменный ток и напряжение в электрической цепи характеризуются системой трех величин: частотой, амплитудой и фазой (точнее, сдвигом фазы тока и напряжения относительно друг друга в однофазной цепи или других токов и напряжений в случае рассмотрения многофазных цепей переменного тока).
Если эта система величин не меняется во времени, то такой переменный ток называют стационарным. Если же она подвержена во времени медленным изменениям, которыми можно пренебречь (по их малости), то такой ток называют квазистационарным. В цепях переменного тока различают мгновенные, максимальные, средние и действующие значения токов и напряжений (см. ниже).В общем случае (рис.2.5.2) полная электрическая цепь переменного тока содержит генератор переменной эдс e(t), к полюсам которого подключена нагрузка, состоящая из комбинации активного (сопротивления R) и реактивных элементов - электрической емкости С и индуктивности L (в данных понятиях физические свойства элементов - R, C, L - отождествлены с самими элементами и использованы для их именования).
конденсатора заряды на его обкладках и электрическое поле между ними исчезают, превращаясь в работу электрических сил, перемещающих заряды, т.е. создающих ток. Таким образом, электрическое поле обладает запасом потенциальной энергии, освобождаемой при исчезновении этого поля с одновременной генерацией им соответствующего электрического тока в цепи.
Из формулы (2.5.6) следует, что при постоянном токе постоянен и магнитный поток, пронизывающий контур с током, а, в соответствии с законом электромагнитной индукции, в таком контуре отсутствуют индукционные явления. Но при изменении тока меняется и созданный им магнитный поток, а, следовательно, в контуре возбуждается эдс индукции.
как независимый дополнительный источник эдс (разности потенциалов), влияющий на величину тока в цепи.
Рис.2.5.9 Графики синусоидальных напряжения u(t), тока i(t) и активной мощности P(t)
при ф=0
Рис.2.5.10 Графики синусоидальных напряжения u(t), тока i(t) и полных мощностей:
а) индуктивной, б) емкостной
Из формул (2.5.19), (2.5.20) и графиков следует, что мгновенная полная мощность, как в случае индуктивности, так и емкости, изменяется по синусоидальному закону, но с двойной
Рис.2.5.11 Векторная диаграмма мощности в электрических цепях переменного тока с перетоками энергии и мощности (I-IV - квадранты, соответствующие фазовому сдвигу между током и напряжением в точке перетока, зависящему от направления перетока и характера нагрузки )
Диаграмма содержит четыре квадранта, соответствующие диапазону сдвига фаз между током и напряжением в точке перетока. В первом квадранте активная, реактивная (индуктивная) и полная мощность положительны. Во втором квадранте положительна реактивная (емкостная) мощность, а активная и полная отрицательны. В третьем квадранте отрицательны все виды мощности (реактивная носит индуктивный характер). В четвертом квадранте реактивная (емкостная) отрицательна, а другие виды мощности положительны.