Переменный электрический ток, это ток, который меняет направление с определенной частотой в единицу времени.
Визуально это хорошо пояснять на графике:
По вертикали у нас ось, которая отображает величину тока. Значения выше 0 положительные, значения ниже 0 отрицательные. По горизонтальной оси отображается изменение времени. Буквой «Т» на графике обозначен период. Мы давали ему определение: это время, в течение которого процесс полностью проходит и начинает повторяться.
Оба периода «Т» вверху графика и период « Т» внизу графика подходят данному определению и имеют одинаковую величину.
Рассмотрим, как изменяется величина тока в течение периода. В 0-й точке начинается рост положительного значения тока. Когда время равно ¼ Т положительное значение тока достигает своего максимального значения Im и затем снижается до 0 при времени равном половине периода ½ Т. Далее направление тока меняется на противоположное и начинает расти его отрицательное значение. В момент времени равный ¾ Т отрицательное значение тока имеет максимальное значение Im и далее снова стремится к 0. На этом процесс заканчивается и начинает повторяться. График изображает только вырванную часть из непрерывного процесса протекания тока, поэтому начать отсчитывать период мы можем с любого момента, что и показано, как пример, в верхней части графика.
Переменный электрический ток вырабатывается генераторами. Принцип работы генераторов основан на явлении электромагнитной индукции. Его суть в том, что в замкнутом проводнике, пересекающем магнитные силовые линии, появляется электрический ток.
Такие источники переменного тока создают на своих клеммах переменное напряжение.
Переменное напряжение с помощью трансформаторов можно повышать и понижать. Это очень важно при передаче электрической энергии на большие расстояния.
Рассмотрим на примере.
Допустим, нам нужно передать электрическую мощность 10 кВт на расстояние 10 км.
Из справочника берем сопротивление 1 км провода, например А-120, оно приблизительно равно 0,27 Ом, значит 10 км это 2,7 Ом.
Если напряжение 220В, то ток будет равен: 10000 Вт : 220 В = 45,5 А. (Для упрощения сдвигом фаз пренебрегаем).
Падение напряжения на линии электропередач составит: 45,5 х 2,7 Ом = 123 В.
Т.е. более половины энергии потеряется в линии передач в виде тепла. Очевидно, что это недопустимо.
Если при помощи трансформатора мы повысим напряжение до 10000 В, то при передаче той же мощности ток составит 10000 Вт : 10000 В = 1 А.
Падение напряжения составит 1 А х 2,7 Ом = 2,7 В.
Т.е до потребителя дойдет 220В – 2,7 В = 217,3 В это почти 99%.
На месте напряжение снова понижается до значения 220 В и подается потребителю.
Мы упоминали о фазе переменного напряжения и тока. Слева на графике поясняется смысл этой величины. На графике видно, что сдвиг фазы (φ) между напряжением U1 и U2 равен ½ π, что соответствует 900.
Как правило, генераторы вырабатывают трехфазное напряжение сдвиг фазы между которыми равен 1200. Фазы обозначаются А, В, С.
Общая точка соединения обмоток генератора называется ноль (0). Для населения напряжение подается по четырем проводам. Фазы А, В, С и ноль. Напряжение между фазами А-В, А-С, В-С равно 380 В. Напряжение между каждой фазой и нолем составляет 220 В. От этого напряжения питаются почти все бытовые устройства. Простейшим определителем фазы является индикаторная отвертка. Если пальцем прикоснуться к верхнему торцу отвертки, а нижним концом отвертки прикоснуться к фазному проводу, то индикатор будет светиться. Если также коснуться нулевого провода, то индикатор светиться не будет. С точки зрения техники безопасности наиболее опасно касаться фазных проводов.
При измерении переменного напряжения вольтметры показывают не амплитудное значение (Ua=Um), которое соответствует максимуму на графике, а действующее, которое равно:
Ud = Ua/√2 или Ud = 0,707 Ua
220 В это действующее значение напряжения в квартирной розетке. При этом амплитудное значение напряжения составляет :
220В : 0,707 = 310 В
Об этом нужно помнить при замене радиодеталей, которые по схеме соединены с розеткой. Их допустимое рабочее напряжение должно быть не 220 В, а с запасом превышать 310 В.
Ниже на видео еще раз показаны и разъяснены основные моменты, касающиеся особенностей переменного напряжения и тока.