Просмотр кода страницы Переменный ток

[[Файл:Types of current-ru.svg|мини|350пкс|{{легенда|#004DFF|Пульсирующий переменный ток}}
{{легенда|#FF0000|Постоянный ток}}
{{легенда|#C0C0C0|Произвольно изменяющийся переменный ток}}
{{легенда|#32CD32|Синусоидальный переменный ток}}]]
[[Файл:AC DC gen smoothed-ru.svg|thumb|
Три примера переменных токов:
{{легенда|#000000|Синусоидальный ток}}
{{легенда|#FF0000|[[Пульсирующий ток]], снимаемый [[Щёточно-коллекторный узел|с двух полуколец генератора постоянного тока]]}}
{{легенда|#004DFF|Выпрямленный и сглаженный ток, снимаемый с якоря [[Генератор постоянного тока|генератора постоянного тока]] с большим количеством контуров и [[Щёточно-коллекторный узел|коллекторных пластин]]}}]]

'''Переме́нный ток''' — [[электрический ток]], который с течением времени изменяется по [[Сила тока|величине]], обычно и по направлению в [[Электрическая цепь|электрической цепи]]<ref>
{{книга
 | автор         = Д. Г. Максимов
 | часть         = 
 | ссылка часть  = 
 | заглавие      = Курс электротехники
 | оригинал      = 
 | ссылка        = 
 | викитека      = 
 | ответственный = 
 | издание       = Издание третье, переработанное
 | место         = Москва
 | издательство  = Военное издательство Министерства обороны Союза ССР
 | год           = 1958
 | том           = 
 | страницы      = 298
 | столбцы       = 
 | страниц       = 786
 | серия         = 
 | isbn          = 
 | тираж         = 
 | ref           = 
}}
</ref>.

Хотя переменный ток часто переводят на английский как ''alternating current'', эти термины не эквивалентны. Термин ''alternating current (AC)'' в узком смысле означает синусоидальный ток, в широком смысле — периодический знакопеременный ток (то есть периодический двунаправленный ток). Условное обозначение на электроприборах: '''~''' или '''≈''' (знак [[Синусоида|синусоиды]]), или латинскими буквами '''''AC'''''.

== Общее понятие о переменном токе ==
Так как переменный ток в общем случае меняется в [[Электрическая цепь|электрической цепи]] не только по [[Электрическое напряжение|величине]], но и по направлению, то одно из направлений переменного тока в цепи условно считают положительным, а другое отрицательным. В соответствии с этим и величину мгновенного значения переменного тока в первом случае считают положительной, а во втором случае — отрицательной.

[[Сила тока|Сила]] переменного тока — величина [[Скаляр|скалярная]], знак её определяется тем, в каком направлении ток протекает в цепи в рассматриваемый момент времени — 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''' <math>I_m</math>.

: График зависимости силы переменного тока от времени называется '''развёрнутой диаграммой переменного тока.'''
[[Файл:Развернутая диаграмма переменного синусоидального тока.JPG|thumb|Развёрнутая диаграмма переменного синусоидального тока]]
На рисунке приведена '''развёрнутая диаграмма переменного тока''', изменяющегося с течением времени по величине и направлению. На горизонтальной оси — оси времени — в определённом масштабе отложены отрезки времени, а по вертикальной оси — сила тока, причём в направлении вверх выбрано положительное направление, а вниз — отрицательное.

В начальный момент времени <math>t=0</math> сила тока равна нулю <math>(i=0)</math>. Затем она с течением времени растёт в положительном направлении, в момент времени <math>t=\frac{T}{4}</math> достигает [[Экстремум|максимального значения]], после чего убывает и в момент времени <math>t=\frac{T}{2}</math> становится равной нулю. Затем, пройдя через нулевое значение, ток меняет своё направление на противоположное, то есть сила тока становится отрицательной, затем она растёт по [[Абсолютная величина|абсолютной величине]] (стремясь вниз), достигает максимума (по абсолютной величине) при <math>t={\frac{3}{4}}T</math>, а после этого убывает (по абсолютной величине), стремясь к нулю, и при <math>t=T</math> становится равной нулю.

== Периодический переменный ток ==
[[Файл:Развернутая диаграмма периодического переменного тока.JPG|thumb|Развёрнутая диаграмма периодического переменного тока]]
'''Периодическим переменным током''' называется такой [[электрический ток]], который через равные промежутки [[Время|времени]] повторяет полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине.
 
На представленной диаграмме через равные промежутки времени <math>T</math> график тока воспроизводится полностью без каких-либо изменений.

Время <math>T</math>, в течение которого переменный периодический ток совершает полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине, называется '''[[Период колебаний|периодом переменного тока]]'''.

Величина, обратная периоду, называется '''[[Частота|частотой]]''' переменного тока:
: <math>f = \frac{1}{T}</math>, где:
: <math>f</math> — частота переменного тока;
: <math>T</math> — период переменного тока.
Если выразить время <math>T</math> в [[секунда]]х (s), то будем иметь:
: <math>f = \frac{1}{T}\left[\frac{1}{\operatorname s}\right]</math>, то есть [[Размерность физической величины|размерность]] частоты переменного тока равна '''T<sup>−1</sup>''', а в [[Международная система единиц|СИ]] выражается в '''с<sup>−1</sup>'''.
'''Частота переменного тока численно равна числу периодов по отношению к промежутку времени.'''

За единицу измерения частоты переменного тока принят 1 [[Герц (единица измерения)|герц]] (Гц) — в честь [[Герц, Генрих Рудольф|Генриха Герца]]. Через [[основные единицы СИ]] герц выражается следующим образом: ''' 1 Гц = 1 [[секунда (единица измерения времени)|с]]<sup>−1</sup>'''. Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных [[Приставки СИ|приставок СИ]].

'''Частота переменного тока равна одному герцу, если период тока равен одной секунде (один полный цикл за одну секунду).'''

=== Стандарты частоты ===
{{main|Стандарты напряжений и частот в разных странах}}
В большинстве стран в [[Электротехника|электротехнике]] применяются частоты 50 или 60 Гц (вторая из них принята в [[США]] и [[Канада|Канаде]]). В некоторых странах — например, в [[Япония|Японии]] — используются оба стандарта (см. «[[Частота#Промышленная частота переменного тока|Промышленная частота переменного тока]]»).

Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях ([[Австрия]], [[Германия]], [[Норвегия]], [[Швеция]] и [[Швейцария]]), частота 25 Гц — на старых железнодорожных линиях США (см. [[Электрификация железных дорог#Система переменного тока пониженной частоты|статью]]).

В [[Авиация|авиации]] и военной технике, чтобы снизить массу устройств или повысить частоту вращения электродвигателей переменного тока, применяется частота 400 Гц.
: ''Число оборотов [[Ротор (техника)|ротора]] <math>n\ [\operatorname s^{-1}]
</math> [[Синхронная машина|синхронного электродвигателя]] определяется по формуле:''
<math>n = \tfrac{f}{p}</math>, где

<math>f\ [\operatorname s^{-1}]</math> — частота переменного тока;

<math>p</math> — число пар полюсов.
: ''Так как минимальное число пар полюсов равно единице, то синхронный электродвигатель, работающий на переменном токе частотой 50 герц, разовьёт 3 000 [[Оборот (единица измерения)|оборотов]] в минуту, а электродвигатель, работающий на переменном токе частотой 400 герц, — 24 000 [[Оборот в минуту|об/мин]]. Частота вращения ротора [[Асинхронная машина|асинхронного электродвигателя]] меньше, чем частота питающего его тока и зависит от нагрузки. Скольжение — разность между частотой вращения [[Вращающееся магнитное поле|вращающегося магнитного поля]] и частотой вращения ротора.''
В [[Передача информации|технике передачи информации]] (в частности, в [[Радиотехника|радиотехнике]]) применяются частоты более высокие — порядка миллионов и миллиардов герц.

== Переменный синусоидальный ток ==
[[Файл:Pendel Schwingung-ru.svg|thumb|200px|[[Маятник]] также колеблется по [[синусоила]]льному закону.<br />Если записать проекцию траектории движения [[Математический маятник|математического маятника]] на движущуюся бумажную ленту — получится синусоида.]]
'''[[Синусоида|Синусоидальным]] током называется периодический переменный ток, который с течением времени изменяется по [[Гармонические колебания|гармоническому закону]].'''

[[Синусоида]]льный ток считается элементарным, то есть его невозможно разложить на другие более простые переменные токи<ref>Теоретическая и практическая важность синусоидального '''''[[Гармонические колебания|гармонического]]''''' тока обусловлена тем, что он имеет минимальную ширину [[спектр]]а. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации гармонических составляющих, имеющих соответствующие амплитуды, частоты и фазы. См. [[Гармонические колебания#Применение]], [[Ряд Фурье]].</ref>.

Переменный синусоидальный ток выражается формулой:

: <math>i = I_m \sin \omega t,</math>

: где <math>I_m</math> — [[амплитуда]] синусоидального тока;
: <math>\omega t</math> — некоторый [[угол]], называемый '''фазой синусоидального тока'''.

[[Фаза колебаний|Фаза]] синусоидального тока <math>\omega t</math> изменяется пропорционально времени <math>t</math>.

Множитель <math>\omega</math>, входящий в выражение фазы <math>\omega t,</math> — это '''[[Угловая частота|угловая (круговая) частота]] переменного тока''', которая является постоянной.

Угловая частота <math>\omega</math> синусоидального тока зависит от [[Частота|частоты]] <math>f</math> этого тока и определяется формулой:

: <math>\omega = 2 \pi f = \frac {2\pi}{T},</math>

: где <math>\omega</math> — угловая частота синусоидального тока;
: <math>f</math> — частота синусоидального тока;
: <math>T</math> — [[Период колебаний|период]] синусоидального тока;
: <math>2\pi</math> — [[Оборот (единица измерения)|полный угол]], выраженный в [[радиан]]ах.{{-}}

{{Кратное изображение
 |зона           = right
 |направление    = horizontal
 |заголовок      = 
 |зона_заголовка = center
 |фон_заголовка  = 
 |подпись        = [[Период колебаний|Периоду]] <math>T</math> соответствует угол <math>2\pi</math>, половине периода <math>\frac {T}{2}</math> угол <math>\pi</math> и так далее…
 |зона_подписи   = center
 |фон_подписи    = #D3D3D3
 |ширина         = 
 |изобр1         = Зависимость синусоидального тока от времени.JPG
 |ширина1        = 120
 |подпись1       = Зависимость синусоидального тока от времени
 |изобр2         = Зависимость синусоидального тока от угла wt.JPG
 |ширина2        = 120
 |подпись2       = Зависимость синусоидального тока от угла ωt
}}

Исходя из формулы <math>\omega = 2 \pi f = \frac {2\pi}{T}</math> можно определить [[Размерность физической величины|размерность]] угловой (круговой) частоты:

: <math>\dim\omega = \dim{2 \pi\over T} = \operatorname T^{-1},</math>
: где <math>\operatorname T^{-1}</math> — размерность [[время|времени]] в минус первой степени,
: <math>2\pi</math> — угол в радианах, являющийся безразмерной величиной.

'''Фаза''' <math>\omega t</math> '''синусоидального тока измеряется [[радиан]]ами.'''

: ''1 радиан = 57,29° = 57°17′, угол 90° = <math>\pi\over 2</math> радиан, угол 180° = <math>\pi</math> радиан, угол 270° = <math>3 \pi\over 2</math> радиан, угол 360° = <math>2\pi</math> радиан,<br />где <math>\pi = 3{,}14</math> радиан; <math>\pi</math> — [[Пи (число)|число «пи»]], '''°''' — [[Градус (геометрия)|угловой градус]] и '''′''' — [[Минута дуги|угловая минута]].''
----
Формула <math>i = I_m \sin \omega t</math> описывает случай, когда наблюдение за изменением переменного синусоидального тока начинается с момента времени <math>t = 0</math>. Если начальный момент времени не равен нулю, тогда формула для определения мгновенного значения переменного синусоидального тока принимает следующий вид:

: <math>i = I_m \sin ( \omega t + \psi ),</math>

: где <math>( \omega t + \psi )</math> — [[Фаза колебаний|фаза]] переменного синусоидального тока;
: <math>\psi</math> — [[угол]], называемый '''начальной фазой переменного синусоидального тока'''.

{{Кратное изображение
 |зона           = right
 |направление    = horizontal
 |заголовок      = 
 |зона_заголовка = center
 |фон_заголовка  = 
 |подпись        = 
 |зона_подписи   = center
 |фон_подписи    = 
 |ширина         = 
 |изобр1         = Развернутая диаграмма синусоидального тока Пси плюс пи на 2.JPG
 |ширина1        = 120
 |подпись1       = Начальная фаза переменного тока <math>\psi > 0</math><br /><math>\left( \psi = \frac{\pi}{2} \right)</math>
 |изобр2         = Развернутая диаграмма синусоидального тока Пси минус пи на 2.JPG
 |ширина2        = 120
 |подпись2       = Начальная фаза переменного тока <math>\psi < 0</math><br /><math>\left( \psi = - \frac{\pi}{2} \right)</math>
}}

Если в формуле <math>i = I_m \sin ( \omega t + \psi )</math> принять <math>t = 0</math>, то будем иметь

<math>\omega t = 0</math>, <math>\omega t + \psi = \psi</math> и <math>i_{t=0} = I_m \sin \psi.</math>

'''Начальная фаза — это фаза синусоидального тока в момент времени''' <math>t = 0.</math>

Начальная фаза переменного синусоидального тока может быть положительной <math>(\psi > 0)</math> или отрицательной <math>( \psi < 0 )</math> величиной. При <math>\psi > 0</math> мгновенное значение синусоидального тока в момент времени <math>t = 0</math> положительно, при <math>\psi < 0</math> — отрицательно.

Если начальная фаза <math>\psi = \frac{\pi}{2}</math>, то ток определяется по формуле <math>i = I_m \sin ( \omega t + \frac{\pi}{2} )</math>. Мгновенное значение его в момент времени <math>t = 0</math> равно:

: <math>i_{t=0} = I_m \sin \frac{\pi}{2} = I_m,</math>

то есть равно положительной амплитуде тока.

Если начальная фаза <math>\psi = - \frac{\pi}{2},</math> то ток определяется по формуле <math>i = I_m \sin ( \omega t - \frac{\pi}{2} ).</math> Мгновенное значение его в момент времени <math>t = 0</math> равно:

: <math>i_{t=0} = I_m \sin ( - \frac{\pi}{2} ) = - I_m</math>, то есть равно отрицательной амплитуде тока.

== Многофазный переменный ток ==
{{Кратное изображение
 |зона           = right
 |направление    = horizontal
 |заголовок      = 
 |зона_заголовка = center
 |фон_заголовка  = 
 |подпись        = 
 |зона_подписи   = center
 |фон_подписи    = 
 |ширина         = 
 |изобр1         = Два синусоидальных тока совпадают по фазе друг с другом.JPG
 |ширина1        = 120
 |подпись1       = Два синусоидальных тока совпадают по фазе друг с другом
 |изобр2         = Синусоидальные токи сдвинуты по фазе на угол пи на два.JPG
 |ширина2        = 120
 |подпись2       = Синусоидальные токи сдвинуты по фазе на угол <math>\frac{\pi}{2}</math>
}}

'''Два переменных синусоидальных тока совпадают по [[Фаза колебаний|фазе]], если они имеют одинаковые фазы и, следовательно, одновременно достигают своих нулевых и максимальных значений одинакового знака.'''

На левой иллюстрации представлены развёрнутые диаграммы токов <math>i_1</math> и <math>i_2</math>.
Токи <math>i_1 = I_{1m} \sin \omega t</math> и <math>i_2 = I_{2m} \sin \omega t</math> совпадают по фазе.

'''Два переменных синусоидальных тока сдвинуты по фазе относительно друг друга, если они имеют различные фазы.'''

На правой иллюстрации токи <math>i_1 = I_{1m} \sin ( \omega t + \frac{\pi}{2} )</math> и <math>i_2 = I_{2m} \sin {\omega t}</math> сдвинуты по [[Фаза колебаний|фазе]] на [[угол]] <math>\frac{\pi}{2}</math>, так как

<math>( \omega t + \frac{\pi}{2} ) - {\omega t} = \frac{\pi}{2}</math>.

Ток <math>i_1</math> опережает по фазе ток <math>i_2</math> на угол <math>\frac{\pi}{2}</math>, или, иначе, ток <math>i_2</math> отстаёт по фазе относительно тока <math>i_1</math> на угол <math>\frac{\pi}{2}</math>.{{-}}

=== Трёхфазный ток ===
[[Файл:Dreiphasenwechselstrom.svg|thumb|Развёрнутая диаграмма трёхфазного тока. {{легенда|#004DFF|Фаза «A» (или U1), сдвиг по фазе 0°}}
{{легенда|#FF0000|Фаза «B» (или U2), сдвиг по фазе 120°}}
{{легенда|#32CD32|Фаза «C» (или U3), сдвиг по фазе 240°}}]]
[[Файл:Соединение обмоток звезда-звезда.svg|thumb|350px|Трёхфазная электрически связанная система, соединение «звездой» с [[Нейтральный провод|нейтральным проводом]]: генератор '''<big>G</big>''' слева, нагрузка '''<big>M</big>''' справа.]]
[[Файл:Соединение обмоток треугольник-треугольник.svg|thumb|350px|Трёхфазная электрически связанная система, и генератор '''<big>G</big>''' и нагрузка '''<big>M</big>''' соединены «треугольником».]]
Среди многофазных систем переменного синусоидального тока наиболее широкое применение получила '''[[трёхфазная система электроснабжения]]'''.

'''Трёхфазной системой называется совокупность трёх однофазных электрических цепей, в которых действуют три электродвижущие силы одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол''' <math>120^\circ</math> <math>\left ( \frac{2}{3} \pi \right )</math>'''.'''

[[Статор]] трёхфазного [[Генератор переменного тока|генератора переменного тока]] имеет три совершенно одинаковые [[Катушка индуктивности|катушки]], размещённые на общем кольцеобразном ([[Тор (поверхность)|тороидальном]]) [[магнитопровод]]е, сдвинутые относительно друг друга на 120°. В обмотках [[Закон электромагнитной индукции|индуктируются]] синусоидальные [[Электродвижущая сила|электродвижущие силы]], сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°.

Если в первой катушке индуктируется электродвижущая сила <math>e_1 = E_{1m} \sin ( \omega t )</math>,

то во второй катушке будет индуктироваться электродвижущая сила <math>e_2 = E_{2m} \sin ( \omega t - \frac{2}{3}\pi)</math>,

в третьей катушке — электродвижущая сила <math>e_3 = E_{3m} \sin ( \omega t - \frac{4}{3}\pi)</math>,

где <math>e_1</math>, <math>e_2</math> и <math>e_3</math> — мгновенные значения электродвижущих сил в отдельных катушках;

<math>E_{1m}</math>, <math>E_{2m}</math> и <math>E_{3m}</math> — амплитуды электродвижущих сил в отдельных катушках.

Если к каждой катушке подключить нагрузку, то в этих цепях будут протекать следующие токи:

<math>
~\mathrm{
\begin{matrix}
\mbox{i}_1=I_{1m}\sin(\omega t - \psi_1 ) \\
\mbox{i}_2=I_{2m}\sin(\omega t - \frac{2}{3} \pi - \psi_2 ) \\
\mbox{i}_3=I_{3m}\sin(\omega t - \frac{4}{3} \pi - \psi_3 ) \\
\end{matrix} \Bigg\}}
</math>,

где <math>i_1</math>, <math>i_2</math> и <math>i_3</math> — мгновенные значения токов в первой, второй и третьей катушках;

<math>I_{1m}</math>, <math>I_{2m}</math> и <math>I_{3m}</math> — амплитуды токов в катушках;

<math>\psi_1</math>, <math>\psi_2</math> и <math>\psi_3</math> — углы сдвига фаз между электродвижущими силами и токами в катушках.

'''Трёхфазная система называется ''симметричной'', если амплитуды электродвижущих сил в отдельных фазах генератора одинаковы по величине, то есть:''' <math>E_{1m} = E_{2m} = E_{3m} = E_m</math>'''.'''

Если в трёхфазной системе отдельные фазы представляют собой совершенно независимые друг от друга [[Электрическая цепь|электрические цепи]], то такая система называется '''электрически не связанной''', имеет мало преимуществ по сравнению с однофазной системой, практического применения не находит.

'''Трёхфазная система называется ''электрически связанной'', если её отдельные фазы соединены между собой электрически.'''

Трёхфазная электрически связанная система обладает преимуществами по сравнению с однофазной системой, так как она требует меньшей затраты металла на [[провод]]а при передаче одной и той же мощности.

Другое преимущество трёхфазной системы — возможность получения [[Вращающееся магнитное поле|вращающегося магнитного поля]], с помощью которого осуществляется работа простых по конструкции и удобных в эксплуатации [[Асинхронная машина|асинхронных двигателей]].

Для работы [[Конденсаторный двигатель|конденсаторных]], [[Однофазный двигатель|однофазных]] и [[Двухфазный двигатель|двухфазных]] асинхронных двигателей также используется вращающееся магнитное поле, однако их характеристики уступают трёхфазным асинхронным двигателям.

Трёхфазные системы как генератора, так и потребителя могут быть соединены «звездой» с нейтральным проводом, «звездой» без нейтрального провода или «треугольником».
* '''Соединение «звездой» с нейтральным проводом''' — четырёхпроводное, [[нейтральный провод]] обеспечивает независимость работы только одной фазы потребителя от другой фазы, так как при малом падении напряжения в проводах напряжения на фазах потребителя относительно мало изменяются с изменением нагрузки фаз. Применяется при неравномерной нагрузке на фазы.
* '''Соединение «звездой» без нейтрального провода''' — трёхпроводное, если результирующий ток в нейтральном проводе равен нулю, то отпадает необходимость в нём, что даёт экономию цветных металлов при передаче одной и той же мощности потребителю. Трёхфазная трёхпроводная система, соединённая «звездой», может применяться там, где нагрузка на фазы равномерна, например, при подключении трёхфазного асинхронного двигателя.
: Если при трёхфазной трёхпроводной системе, соединённой «звездой», нагрузка оказывается неравномерной, то это ведёт к перераспределению напряжений на фазах потребителя в соответствии с их нагрузками и система перестаёт быть симметричной.
: ''Например, если одну фазу потребителя «[[Короткое замыкание|закоротить]]», то есть её напряжение станет равным нулю, то на остальных фазах напряжение возрастёт в <math>\sqrt{3}</math> против нормального. Это явление называется «'''[[перекос фаз]]'''». В бытовых условиях «перекос фаз» происходит, например, когда в домашнем распределительном щите по какой-то причине отсоединяется нулевой провод.''
* '''Соединение «треугольником»''' — трёхпроводное. Применяется в основном потребителями с целью увеличения [[Момент силы|крутящего момента]] трёхфазного асинхронного двигателя, соответственно увеличивается его [[электрическая мощность]] при неизменном числе оборотов. Обмотки переключаются с «звезды» на «треугольник».
: ''Или наоборот, когда необходимо электродвигатель (соединение обмоток «звезда»), рассчитанный, например, на напряжение 380 В включить под напряжение 220 В, в этом случае (обмотки также переключаются с «звезды» на «треугольник») его электрическая мощность и крутящий момент остаются неизменными.''

=== Двухфазный ток ===
{{Кратное изображение
 |зона           = right
 |направление    = horizontal
 |заголовок      = 
 |зона_заголовка = center
 |фон_заголовка  = 
 |подпись        = 
 |зона_подписи   = center
 |фон_подписи    = 
 |ширина         = 
 |изобр1         = Elementary Two Phase Alternator-ru.svg
 |ширина1        = 280
 |подпись1       = Упрощённая схема двухфазного генератора и диаграмма [[Двухфазный ток|двухфазного переменного тока]].<br><math>H</math> — внешнее постоянное магнитное поле.
 |изобр2         = Двухфазный двигатель переменного тока в компьютерном вентиляторе.JPG
 |ширина2        = 195
 |подпись2       = Синхронный [[двухфазный двигатель]] постоянного тока (BLDC) привода [[вентилятор]]а [[Система охлаждения компьютера|системы охлаждения компьютера]]. Постоянное напряжение питания (обычно 12 вольт) встроенной в вентилятор [[Микросхема|микросхемой]] [[Инвертор (электротехника)|преобразуется]] в двухфазный переменный ток.
}}
{{Main|Двухфазная электрическая сеть}}

'''Двухфазным электрическим током называется совокупность двух однофазных токов, сдвинутых по фазе относительно друг друга на угол''' <math>\frac {\pi}{2}</math> '''или на 90°.'''

Если две обмотки расположить в пространстве так, чтобы их оси были взаимно [[Перпендикулярность|перпендикулярны]] и эти обмотки питать двухфазным синусоидальным током, то в системе возникнут два взаимноперпендикулярных [[Магнитный поток|магнитных потока]]. Вектор суммарного [[Магнитное поле|магнитного поля]] будет вращаться с постоянной [[Угловая скорость|угловой скоростью]], равной частоте питающего напряжения. При этом возникает [[вращающееся магнитное поле]]. [[Ротор (техника)|Ротор]] выполненный в виде [[Короткое замыкание|короткозамкнутого]] «[[Беличье колесо|беличьего колеса]]» или представляющий собой металлический [[цилиндр]] связанный с [[Вал (техника)|валом]], будет вращаться, производя механическую работу.

Частота вращения двухфазного асинхронного двигателя, как и [[Асинхронная машина|асинхронного трёхфазного двигателя]], будет несколько меньше частоты вращения вращающегося магнитного поля и зависит от нагрузки на валу — при её увеличении скорость вращения  двигателя снижается. Разность частот питающего тока и частотой вращения называют частотой скольжения.{{-}}

== Действующее значение переменного синусоидального тока ==
Если все положительные и отрицательные мгновенные значения переменного синусоидального тока сложить, то их сумма будет равна нулю. Но если алгебраическая сумма всех мгновенных значений за [[Период колебаний|период]] равна нулю, то и среднее значение этого тока за период также равно нулю: <math>I_{avg}(T)=0</math>.
: ''Среднее значение синусоидального тока за период не может служить для измерения этого тока.''
Чтобы судить о величине переменного синусоидального тока, переменный ток сравнивают с постоянным током по их [[Теплота|тепловому]] действию.
{{начало цитаты}}
<center>'''[[Закон Джоуля — Ленца]]'''</center>
[[Количество теплоты]] <math>Q</math>, выделяемое в единицу [[Время|времени]] <math>t</math> в рассматриваемом участке [[Электрическая цепь|электрической цепи]], пропорционально произведению [[Квадрат (алгебра)|квадрата]] [[Сила тока|силы тока]] <math>I</math> на этом участке и [[Электрическое сопротивление|электрического сопротивления]] <math>R</math> участка цепи.

Количество теплоты в [[Джоуль|Джоулях]]: <math>Q = I^2 {Rt}</math>;

Количество теплоты в [[калория]]х: <math>Q = {0,24} \times I^2 {Rt}</math>, где

<math>I</math> — сила тока, [[Ампер]];

<math>R</math> — электрическое сопротивление, [[Ом]];

<math>t</math> — время в [[секунда]]х.
{{конец цитаты|источник=}}
: Два тока, один из которых синусоидальный, а другой [[Постоянный ток|постоянный]], эквивалентны по тепловому действию, если они, протекая по одинаковым [[Электрическое сопротивление|сопротивлениям]], за одинаковые отрезки времени выделяют одинаковое количество тепла.

: [[Действующее значение переменного тока|Действующее значение переменного синусоидального тока]] численно равно току постоянному, эквивалентному данному синусоидальному току, то есть выделяющему порознь с ним в одинаковом сопротивлении за одинаковый отрезок времени одинаковое количество тепла.

Найдено экспериментально, а затем подтверждено теоретически, что величина действующего значения переменного синусоидального тока находится в строго определённой зависимости от амплитуды этого тока: <math>I = \frac {I_m}{\sqrt{2}}</math>, то есть действующее значение <math>I</math> переменного синусоидального тока в <math>\sqrt{2}</math> раз меньше амплитуды этого тока.

[[Амперметр]] [[Электроизмерительные приборы|электромагнитной или электродинамической системы]], включенный в цепь переменного синусоидального тока, показывает действующее значение тока.

Аналогично действующему значению переменного синусоидального тока можно говорить о действующем значении переменной синусоидальной [[Электродвижущая сила|электродвижущей силы]] или переменного синусоидального [[Электрическое напряжение|напряжения]].
: Действующее значение напряжения в <math>\sqrt{2}</math> меньше его амплитуды: <math>U = \frac {U_m}{\sqrt{2}}</math> или <math>U_m = \sqrt{2} \times U</math>.

[[Вольтметр]] [[Системы измерительных приборов|электромагнитной или электродинамической системы]], включенный в сеть переменного синусоидального тока, показывает действующее значение синусоидального напряжения.
: ''Например, в [[Розетка (разъём)|электрической розетке]] электрическое напряжение <math>\thicksim {220} ~ B</math>, так как это действующее значение, амплитудное напряжение будет <math>{220} \times {1,41} = {311}</math> [[Вольт]].''
Данные формулы справедливы только для синусоидального тока, если импульсы будут треугольной, пилообразной, прямоугольной или [[Трапецеидальный синус|иной формы]] — требуется другая методика вычисления.
----
Методом [[Математический анализ|математического анализа]] можно определить среднее значение переменного синусоидального тока за половину периода, например за положительную полуволну синусоиды.

Среднее значение переменного синусоидального тока за половину периода равно <math>\frac{I}{I_{avg} \left( \frac{T}{2} \right)} = {{\frac{2}{\pi}}I_m} = {0,637}\;I_m</math>.

Также можно определить отношение <math>k</math> действующего значения тока к среднему за половину периода (положительную полуволну). Это отношение для синусоидального тока равно:

<math>k = \frac{I}{I_{avg} \left( \frac{T}{2} \right)} = \frac{\frac{I_m}{\sqrt{2}}}{{\frac{2}{\pi}}I_m} = \frac{\pi}{2\sqrt{2}} = {1,11}</math>.

== Генерирование переменного тока ==
[[Файл:Простейший генератор переменного тока.JPG|thumb|Простейший [[генератор переменного тока]]: если вокруг [[Проволока|проволочной]] катушки, намотанной на [[магнитопровод]] из трансформаторной стали вращать [[маховик]] с установленными в нём несколькими парами постоянных [[магнит]]ов, то в [[Катушка индуктивности|катушке]] (условно показан один виток) будет наводиться синусоидальная [[Электродвижущая сила|ЭДС]], а при подключении нагрузки в [[Электрическая цепь|электрической цепи]] появится переменный ток.<br />Применяется на транспортных средствах ([[мопед]]ы, лёгкие [[мотоцикл]]ы, [[снегоход]]ы, [[гидроцикл]]ы, а также на [[Лодочный мотор|подвесных лодочных моторах]]), работает совместно с [[Выпрямитель|выпрямителем]] и [[Регулятор напряжения|регулятором напряжения]] ''(см. [[магдино]])''.]]
{{main|Генератор переменного тока}}
Принцип действия генератора переменного тока основан на законе [[Электромагнитная индукция|электромагнитной индукции]] — индуцировании [[Электродвижущая сила|электродвижущей силы]] в проволочном контуре ([[Катушка индуктивности|проволочной рамке]]), находящейся в однородном вращающемся [[Магнитное поле|магнитном поле]].
----
[[Электродвижущая сила]] <math>e</math> генератора переменного тока определяется по формуле:

<math>e = w2Bl \frac{\alpha}{2} \omega \sin \omega t</math>, где

<math>w</math> — количество витков;

<math>B</math> — [[магнитная индукция]] [[Магнитное поле|магнитного поля]] в [[вольт]]-[[секунда]]х на [[квадратный метр]] ([[Тесла (единица измерения)|'''Тл''', ''Тесла'']]);

<math>l</math> — длина каждой из активных сторон контура в [[метр]]ах;

<math>\omega</math> — [[угловая скорость]] синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре;

<math>\omega t</math> — [[Фаза колебаний|фаза]] синусоидальной электродвижущей силы.
----
[[Частота]] переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле:

<math>f =p \frac{n}{60}</math>, где

<math>f</math> — частота в [[Герц (единица измерения)|герцах]];

<math>n</math> — число оборотов ротора в [[Минута|минуту]];

<math>p</math> — число пар полюсов.
----
По количеству [[Фаза колебаний|фаз]] генераторы переменного тока бывают:
* трёхфазные генераторы — основной тип мощных промышленных генераторов;<br />''См. также [[трёхфазная система электроснабжения]], [[трёхфазный двигатель]], [[Автомобильный генератор|автомобильный генератор трёхфазного переменного тока]]''.
* однофазные генераторы, применяются, как правило, на маломощных [[Бензиновая электростанция|бензиновых электростанциях]], встроены в [[Двигатель внутреннего сгорания|двигатели внутреннего сгорания]] [[мопед]]ов, лёгких [[мотоцикл]]ов, [[снегоход]]ов, [[гидроцикл]]ов, [[Лодочный мотор|подвесные лодочные моторы]];<br />''См. также [[конденсаторный двигатель]], [[однофазный двигатель]]''.
* двухфазные генераторы, встречаются значительно реже по сравнению с однофазными и трёхфазными.<br />''См. также [[двухфазная электрическая сеть]], [[двухфазный двигатель]]''.
[[Файл:Sinibp.gif|thumb|[[Трапецеидальный синус|Модифицированная синусоида]], генерируемая [[Инвертор (электротехника)|инвертором]].]]

=== Инверторы ===
[[Постоянный ток]] может быть преобразован в переменный с помощью [[Инвертор (электротехника)|инвертора]].

Недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или [[Трапецеидальный синус|модифицированная синусоида]]. Для получения [[синусоида]]льного тока инвертор должен иметь [[Генератор сигналов|задающий генератор]] (как правило, специализированная [[микросхема]], формирующая [[Сигнал|электрический сигнал]] синусоидальной формы, который затем управляет работой [[тиристор]]ных или [[транзистор]]ных [[Электронный ключ|электронных ключей]]).

=== Фазорасщепитель ===
{{Main|Фазорасщепитель}}
[[Трёхфазный ток]] может быть получен из однофазного при помощи [[Фазорасщепитель|фазорасщепителя]]. Эти электрические машины применяются, в частности, на [[электровоз]]ах, таких как [[ВЛ60]], [[ВЛ80]].

== Сети переменного тока ==
[[Файл:LEP220-380.jpg|150px|thumb|left|Четырёхпроводная [[линия электропередачи]] 220/380 В, такие ЛЭП распространены в районах одноэтажной застройки, в сельской местности.<br /><small>Два нижних провода — [[Сети проводного радиовещания|сеть проводного радиовещания]].</small>]]
[[Файл:ElecticNet img1.png|250px|thumb|Преобразование напряжения в [[Электрическая сеть|электрических сетях]]]]
[[Файл:3phase.svg|мини|250x250пкс|Схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах.]]
Производители электроэнергии ([[ГЭС]], [[Тепловая электростанция|ТЭС]], [[ТЭЦ]], [[Атомная электростанция|атомные]] и другие [[Электростанция|электростанции]]) генерируют переменный ток промышленной частоты (в России — 50 Гц), напряжением порядка 10 — 20 кВ.

Затем электрический ток поступает на [[трансформатор]]ные [[Электрическая подстанция|подстанции]], которые находятся рядом с электростанциями, где происходит повышение [[Электрическое напряжение|электрического напряжения]].

Переменный ток высокого напряжения передаётся потребителям по [[Линия электропередачи|линиям электропередачи]] (ЛЭП). Повышение напряжения необходимо для того, чтобы уменьшить потери в [[Провод линии электропередачи|проводах ЛЭП]] ''(см. [[Закон Джоуля — Ленца]], при увеличении электрического напряжения уменьшается сила тока в электрической цепи, соответственно уменьшаются тепловые потери)''.
: ''Самая высоковольтная в мире ЛЭП [[Экибастуз-Кокчетав (линия электропередачи)|Экибастуз-Кокчетав]] работала под напряжением 1 миллион 150 тысяч вольт.''
На другом конце линии электропередачи находится понижающая трансформаторная подстанция, где высоковольтный переменный ток понижается трансформаторами до нужного потребителю значения.

В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередачи передаётся [[трёхфазный ток]], однако существуют [[Высоковольтная линия постоянного тока|линии электропередачи постоянного тока]], например ''[[высоковольтная линия постоянного тока Волгоград-Донбасс]]'', ''[[высоковольтная линия постоянного тока Экибастуз-Центр]]'', ''[[Высоковольтная линия постоянного тока Хэнам-Чеджудо|материковая Южная Корея — остров Чеджудо]]'' и другие. Использование [[Постоянный ток|постоянного тока]] позволяет увеличить передаваемую [[Электрическая мощность|электрическую мощность]], передавать электроэнергию между [[энергосистема]]ми, использующими переменный ток разной частоты, например, 50 и 60 герц, а также [[Объединённая энергосистема|не синхронизировать]] соседние энергосистемы, как это сделано на границе [[Ленинградская область|Ленинградской области]] с [[Финляндия|Финляндией]] ''(см. [[Выборг (вставка постоянного тока)|вставка постоянного тока Выборг — Финляндия]])''.

В России в электрических сетях общего назначения используется трёхфазный ток с межфазным напряжением 380 [[Вольт]].

[[Качество электрической энергии]] — её [[электрическое напряжение]] и [[частота]] должны строго соблюдаться.

К жилым домам (на сельские улицы) подводятся четырёхпроводные ''(три [[Фаза колебаний|фазовых]] провода и один [[Нейтральный провод|нейтральный (нулевой) провод]])'' линии электропередачи (воздушные или кабельные ЛЭП) с межфазным напряжением 380 вольт (с 2003 года 400 Вольт по ГОСТ 29322-2014). В отдельную квартиру (или в сельский дом) подводится фазовый провод и нулевой провод, электрическое напряжение между «фазой» и «нулём» составляет 220 вольт (с 2003 года 230 Вольт по ГОСТ 29322-2014). Определить, где какой провод, можно с помощью [[Индикатор фазы|индикатора фазы]].

: ''Например, в первую квартиру подводится фаза «A», во вторую квартиру — фаза «B», в третью квартиру — фаза «C» и так далее…''{{-}}

== Электрификация железных дорог на переменном токе ==
[[Файл:Электровоз ЭП1П-004.JPG|thumb|Российский пассажирский [[электровоз]] переменного тока [[ЭП1|ЭП1П]], выпускается на [[Новочеркасский электровозостроительный завод|Новочеркасском электровозостроительном заводе]].]]
В [[Россия|России]] и в республиках [[Распад СССР|бывшего СССР]] около половины всех [[Железная дорога|железных дорог]] [[Электрификация железных дорог|электрифицировано]] на однофазном переменном токе частотой 50 Гц. Напряжение ~ 25 кВ ''(обычно до 27,5 кВ, с учётом потерь)'' подаётся на [[контактный провод]], вторым (обратным) проводом служат [[рельс]]ы. Также проводится электрификация по системе '''2 × 25 кВ''' ''(два по двадцать пять киловольт)'', когда на отдельный питающий провод подаётся напряжение ~ 50 кВ ''(обычно до 55 кВ, с учётом потерь)'', а на контактный провод от [[автотрансформатор]]ов подаётся половинное напряжение от 50 кВ ''(то есть 25 кВ)''. [[Электровоз]]ы и [[электропоезд]]а переменного тока при работе на участках 2 × 25 кВ в переделке не нуждаются.

Проводится политика на дальнейшее расширение полигона тяги переменного тока как за счёт вновь электрифицируемых участков, так и за счёт перевода некоторых линий с постоянного тока на переменный ток. Переведены в 1990-е — 2000-е годы:

* на [[ВСЖД|Восточно-Сибирской железной дороге]]: участок [[Слюдянка I|Слюдянка]] — [[Иркутск-Пассажирский|Иркутск]] — [[Зима (станция)|Зима]];
* на [[Октябрьская железная дорога|Октябрьской железной дороге]]: участок [[Лоухи (станция)|Лоухи]] — [[Мурманск (станция)|Мурманск]];
* на [[Приволжская железная дорога|Приволжской железной дороге]]: [[Саратов]]ский и [[Волгоград]]ский [[Железнодорожный узел|железнодорожные узлы]];
* на [[Северо-Кавказская железная дорога|Северо-Кавказской железной дороге]]: участки [[Минеральные Воды (станция)|Минеральные Воды]] — [[Кисловодск (станция)|Кисловодск]] и [[Бештау (станция)|Бештау]] — [[Железноводск (станция)|Железноводск]].

Также выпускаются двухсистемные электровозы, способные работать как на переменном, так и на постоянном токе (см. [[ВЛ61|ВЛ61<sup>Д</sup>]], [[ВЛ82|ВЛ82 и ВЛ82<sup>М</sup>]], [[ЭП10]], [[ЭП20]]).

== См. также ==
* [[Электрический ток]]
* [[Постоянный ток]]
* [[Действующее значение переменного тока]]
* [[Список параметров напряжения и силы электрического тока]]
* [[Трёхфазный ток]]
* [[Реактивное сопротивление]]
* [[Токи высокой частоты]]
* [[Векторная диаграмма]]
* [[Стандарты напряжений и частот в разных странах]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://electricalschool.info/main/osnovy/424-chto-takoe-peremennyjj-tok-i-chem-on.html Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного]
* [http://www.mukhin.ru/stroysovet/electro/003.html Переменный ток]
* [https://kratko-obo-vsem.ru/articles/808-the-main-concepts-and-definitions-about-alternating-current.html Основные понятия и определения о переменном токе]

[[Категория:Электрический ток]]
[[Категория:Электротехника]]