Всё о переменном токе

Переменный ток в настоящее время имеет громадное практическое значение. В мире почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Постоянный ток, необходимый в промышленности (электрохимия), транспорте (электротяга), связи и т.д. получается путем преобразования (выпрямления) переменного тока. Конструкция генераторов переменного тока значительно проще, чем генераторов постоянного тока. 
Главное преимущество переменного тока заключается в возможности получать при помощи трансформаторов переменный ток различного напряжения:
высокого – для передачи электрической энергии на большие расстояния;
низкого – для питания потребителей.
Переменным называется ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени. Значение переменной величины (тока, напряжения, ЭДС) в любой момент времени t называется мгновенным значением.
Наибольшее из мгновенных значений периодически изменяющихся токов, напряжений или ЭДС называются максимальными или амплитудными значениями.
Период T - наименьший промежуток времени, по прошествии которого мгновенные значения переменной величины (U, I, ЭДС) повторяются в той же последовательности.
Цикл – совокупность изменений, происходящих в течение периода.
Частота – величина обратная периоду.

Переменный ток вырабатывается генератором.
Генератор – электрическая машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую.

В магнитном поле между полюсами N и S расположен якорь с обмоткой, при вращении которого в обмотке наводится ЭДС.
В промышленности используется трехфазное питание ~ 380В.
В 1891 году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский впервые применил для передачи электрической энергии трехфазную систему тока. С тех пор она является основной системой электрофикации во всех странах мира. Трехфазные цепи переменного тока по сравнению с однофазными имеют следующие преимущества:
- обеспечивают экономичную передачу электрической энергии;
- трехфазные электрические машины (генераторы, двигатели) – самые простые, дешевые и надежные в работе.
Трехфазной системой ЭДС называется система трех переменных ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе (120 ).
Простейший трехфазный генератор по конструкции аналогичен однофазному, только якорь имеет не одну, а три обмотки сдвинутые в пространстве друг относительно друга. При вращении якоря в этих обмотках наводятся ЭДС одинаковой частотой, но имеющие разные фазы. Если амплитуды ЭДС трех обмоток генератора равны друг другу, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными ЭДС равен 120 , то трехфазная система ЭДС называется симметричной. Отдельные обмотки трехфазного генератора называются фазами (А, В, С). Один из зажимов каждой обмотки генератора называется началом фазы и обозначается А, В, С. Другой зажим каждой обмотки называется концом и обозначается соответственно X, Y, Z.
За положительное направление ЭДС в генераторе принято считать направление от концов фаз к началам.
Теоретически каждая обмотка генератора может быть использована как источник энергии для приёмника. Такая схема называется несвязанной трехфазной системой. В несвязанной системе для передачи энергии нужно шесть проводов. На практике не применяется.
У реальных трехфазных генераторов обмотки часто имеют одну общую точку, в которой соединены концы обмоток X, Y, Z. Такая схема соединения называется звездой, а общую точку обмоток – нулевой точкой или нейтралью генератора. С приёмником энергии генератор соединяется тремя или четырьмя проводами. Три из них называются линейными, присоединяются к началам обмоток А, В, С, а четвертый – нулевой или нейтральный присоединяют к нулевой точке. Также применяются системы и без нейтрального провода, если нагрузка равномерная. Если нагрузка неравномерная, то наблюдается перекос фаз при отсутствии нейтрали. Нейтральный провод обеспечивает равенство фазных напряжений при любом соотношении фазных сопротивлений.
Напряжения между линейными проводами (т.е. между началами обмоток генератора) принято называть линейными и обозначать UAB, UBC и UCA. В промышленности, в основном, линейное напряжение равно 380В.
Напряжения между линейными и нейтральными проводами (т.е. между началами и концами обмоток генератора) называются фазными и обозначаются UA, UB, UС – 220В.
Фазное напряжение отличается от фазной ЭДС на величину падения напряжения в обмотке генератора. Линейное напряжение √ 3 ≈ 1,73 раза больше фазного напряжения.
В схеме соединения обмоток трехфазного генератора, которая называется треугольником конец первой обмотки Х соединен с началом второй обмотки В, конец второй обмотки Y с началом третьей обмотки С и конец третьей обмотки Z с началом первой обмотки А. В такой схеме три обмотки образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Однако при симметричной системе ЭДС и отключенной внешней цепи, тока в этом контуре нет, так как сумма симметричных ЭДС в любой момент времени равна 0.
Аналогичным образом подключаются и приёмники электрической энергии (электродвигатели). По схеме звезда без нейтрали подключают равномерную нагрузку (электродвигатели, электропечи, трехфазные трансформаторы). По схеме звезда с нейтралью подключают неравномерную нагрузку (электролампы, а также трансформаторы).
Схему треугольник применяют для соединения приёмников в тех случаях, когда их номинальное напряжение равно линейному напряжению источника питания. В промышленности используется как равномерная так и неравномерная нагрузка.

Ток любой фазы треугольника может замыкаться через два линейных провода, минуя две другие фазы. Это обуславливает независимость фаз треугольника и нормальную их работу как при равномерной так и при неравномерной нагрузке. Возможность нормального питания приёмников при неравномерности нагрузки с помощью только трех проводов – одно из основных достоинств этой схемы по сравнению с соединением звездой. Недостатком схемы можно считать то, что при обрыве одного линейного провода перестают нормально работать две прилегающие к нему фазы, в то время как при таком же повреждении в соединении звездой с нейтральным проводом не работает только одна фаза.
Мощность трехфазной цепи.
В общем случае активна мощность трехфазной цепи равна арифметической сумме активных мощностей отдельных фаз.