Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Воскресенье, 22.04.2018
Главная » Статьи » Другие статьи » Радиолюбительские статьи

Переменный ток и активное сопротивление
ПЕРЕМЕННЫЙ  ТОК

Переменный ток получил весьма широкое применение в связи с тем, что он имеет ряд преимуществ перед постоянным током, основным из которых является возможность преобразования—трансформации напряжения.

Строго говоря, всякий ток, изменяющийся с течением времени по величине и по направлению, является переменным. Однако под термином переменный ток принято понимать такой ток, величина и направление которого изменяются периодически.

Источником переменного тока служат генераторы, принцип действия которых основан на использовании явления электромагнитной индукции при движении проводников в магнитном поле (см. «Радио» № 6, 1962 г.). Источником переменного тока высоких радиочастот служат ламповые, транзисторные, параметрические и другие генераторы. Простейшим способом получить переменный ток можно, вращая проводник, согнутый в виде рамки, между полюсами магнита (рис. 1). При вращении рамки ее участки а—б и в—г пересекают линии магнитного поля и в них индуктируется ЭДС, величина которой зависит от интенсивности магнитного поля, пересекаемого проводником, и от скорости движения проводника. Направление ЭДС можно определить, пользуясь правилом правой руки.
На рис. 2 показаны несколько характерных положений рамки в магнитном поле и график ЭДС. Как видно из рис. 2,б, ЭДС изменяется периодически по гармоническому закону.
Период и частота. Весь этот цикл изменений соответствует одному периоду Т. Число таких изменений, происходящих в течение одной секунды, называется частотой и обозначается буквой f. Между продолжительностью одного периода Т, измеряемого в секундах, и частотой существует следующее соотношение:
Частота определяется количеством циклов переменной ЭДС или тока, происходящих в одну секунду, и выражается в герцах (Гц) или его производных — килогерцах, мегагерцах, гигагерцах.

Частота переменного тока в нашей осветительной сети составляет 50 Гц.

Если считать магнитное поле, в котором вращается рамка, однородным, то магнитный поток Ф через рамку можно определить, как произведение напряженности магнитного поля Н на площадь рамки S и на синус угла φ между плоскостью витка и направлением поля:
Если рамка вращается равномерно и совершает полный оборот за время Т, то за одну секунду она повернется на угол 2π/Т радиан (угол в радианах измеряется по длине дуги; угол в радианах равен числу 0,0175, умноженному на значение угла в градусах; таким образом 1 радиан=57,3°).

Если отсчитывать время от момента, когда рамка расположена параллельно линиям поля, то значение угла в некоторый момент времени t будет равно φ = 2π/Т. Частота вращения рамки, то есть число ее оборотов в секунду f=1/Т, а угловая скорость ω=2πf=2π/T, следовательно φ=ωt. Закон изменения магнитного потока с течением времени можно выразить иначе, как
График ЭДС для равномерно вращающейся рамки имеет вид синусоиды.

Наряду с изображением переменного тока (или ЭДС) в виде синусоиды широко применяется также векторное изображение (рис. 3). Величину, имеющую определенное значение и направление, можно представить в виде отрезка прямой линии со стрелкой на конце. Стрелка указывает направление вектора, а проекция отрезка, измеренного в определенном масштабе, дает величину тока (ЭДС). Все фазы изменения переменного синусоидального тока за один период можно изобразить при помощи векторов. Угол поворота вектора определяет его фазу, которой соответствует определенное мгновенное значение силы тока. О положении вектора в данный момент можно судить по угловой скорости его вращения и по времени, которое прошло от начала вращения, то есть начала периода.
Мгновенным значением ЭДС и тока называются значения этих величин для любого момента времени и обозначаются строчными буквами е, i. Мгновенные величины синусоидальных ЭДС и токов изменяются со временем по следующему закону:
Амплитудным значением или амплитудой переменного тока или ЭДС называется максимальное значение, которое достигает ток или ЭДС два раза за один оборот рамки.

Действующее значение или эффективное значение переменного тока определяют по тепловому эффекту. Действующим значением переменного тока I называют величину, равную значению постоянного тока, который, проходя по проводнику, в течение некоторого времени выделяет такое же количество тепла, какое выделяет данный переменный ток за это же время. Действующее значение меньше амплитудного значения, и связано с ним следующими соотношениями:
Среднее значение переменного тока есть некоторое значение постоянного тока, равноценного данному переменному току по количеству электричества, протекающего через поперечное сечение провода. Для нахождения среднего значения тока надо построить прямоугольник равновеликой площади, очерченной синусоидой.

Среднее значение тока или напряжения можно вычислить, исходя из амплитудного или действующего значения тока. Для одного полупериода синусоидального переменного тока:
Соотношения для напряжений имеют такой же вид.

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Сопротивление, потребляющее мощность, называется активным, а сопротивления, которые не потребляют мощность,— реактивными.

Активное сопротивление переменному току кроме сопротивления,зависящего от материала проводника, может быть обусловлено потерями энергии в диэлектрике (изоляции проводника), потерями в магнитных материалах, потерями на вихревые токи и пр. Особенно сильно могут сказываться эти потери на высоких частотах.
В цепи переменного тока высокой частоты ток по сечению провода распределяется неравномерно и идет главным образом по тонкому поверхностному слою провода, не проникая в его середину (рис. 4). Поэтому активное сопротивление проводника в цепи переменного тока несколько больше сопротивления этого же проводника при постоянном токе. Объясняется это возникновением индукционных токов (токов Фуко), что вызывает поверхностный (скин) эффект. Если переменный ток течет по цилиндрическому проводнику, то в момент увеличения тока индуктируемые токи будут направлены у поверхности проводника в направлении основного тока, а у оси проводника — навстречу току. В результате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увеличится. Таким образом, вследствие возникновения индукционных токов плотность тока по сечению проводника будет распределяться неравномерно. При большой частоте тока поверхностный эффект сказывается сильнее и плотность тока вблизи оси проводника практически оказывается равной нулю. Происходит как бы «вытеснение» высокочастотных токов к поверхности проводника. В связи с тем, что внутренние части проводника для переменных токов высокой частоты оказываются бесполезными, в целях экономии цветного металла их делают полыми или биметаллическими. Так, например, часто провода для воздушных телефонных линий изготовляют из стали, нанося на нее поверхностный слой из меди.

Чем выше частота тока, больше диаметр провода, больше магнитная проницаемость и меньше удельное сопротивление материала проводника, тем сильнее поверхностный эффект и тем на меньшую глубину проникают токи в провод.

Глубину проникновения высокочастотного тока в проводник можно приближенно подсчитать по формуле:
где σ — удельное сопротивление материала, ом мм;
μ — относительная магнитная проницаемость материала,
f — частота, Гц.

Для прямого медного провода круглого сечения формула имеет еще более простой вид:

где f — частота, Гц.
 
Сопротивление медного провода при высоких частотах на один сантиметр длины провода можно приближенно подсчитать по формуле:
где f — частота, Гц, D — диаметр проводника, см.
 
Если подключить активное сопротивление к источнику переменного синусоидального напряжения (рис. 5), то для коротких моментов времени ток можно считать постоянным и определять его величину по формуле закона Ома. Построив график тока (по точкам 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) в цепи переменного тока с активным сопротивлением можно убедиться в том, что амплитудные и нулевые значения напряжения и тока совпадают по времени и по направлению (рис. 6). Такое совпадение двух периодически изменяющихся величин называется совпадением по фазе.
Закон Ома для цепи переменного тока с активным сопротивлением справедлив не только для мгновенных значений, но также и для действующих и амплитудных значений тока и напряжения.
Общее сопротивление нескольких активных сопротивлений в цепи переменного тока подсчитывается так же, как и для цепей постоянного тока.

Мгновенное значение мощности, затрачиваемой в цепи переменного тока с активным сопротивлением, периодически меняется, так как она равна произведению соответствующих значений токов и напряжений. Для получения средней мощности за период необходимо суммировать мгновенные значения мощности. Средняя мощность за период равна произведению действующих значений тока и напряжения.

Эта мощность называется также активной мощностью и характеризует ту работу, которую совершает переменный ток. Измеряется активная мощность в ваттах (Вт).
Категория: Радиолюбительские статьи | Добавил: cner (05.08.2017)
Просмотров: 171 | Рейтинг: 0.0/0