Линейные цепи синусоидального тока
Общие сведения
В электроэнергетике используют в основном переменный ток. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным током заключается в возможности просто и с минимальными потерями преобразовывать напряжение при передаче энергии. Генераторы и двигатели переменного тока имеют более простое устройство, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока.
Амплитуда, частота и фаза синусоидального тока и напряжения
В современной технике
широко используются переменные токи: синусоидальные, прямоугольные, треугольные
и др. (рис. 2.1). Значение тока в любой момент времени называется мгновенным значением.
Мгновенные значения тока, напряжения, ЭДС обозначаются буквами 
.
Токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, называют периодом Т (рис. 2.1).
Если кривая изменения пе–
Рис. 2.1 риодического тока описывается синусоидой, ток называется синусоидальным. Если кривая отличается от синусоиды — ток несинусоидальный. В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все напряжения и токи являются синусоидальными функциями времени. В генераторах переменного тока стремятся получить ЭДС, изменяющуюся во времени по закону синуса. Тем самым обеспечивается наиболее выгодный эксплуатационный режим работы электрических установок.
Все синусоидальные функции времени (например, ток) записывают в одинаковой форме:
(2.1)
где
– мгновенное значение тока;
— максимальное (амплитудное) значение тока (рис. 2.2);
– угловая частота; 
– начальная фаза.
Аргумент синуса 
называется фазой. Угол равен фазе в начальный момент времени 
=
0 и поэтому называется начальной фазой. Фаза с течением времени непрерывно растет
(рис 2.2). После ее увеличения на 
весь цикл изменения тока повторяется. В течение периода
фаза увеличивается на .
Поэтому отношение
определяет скорость
изменения фазы и называется угловой частотой
Рис. 2.2
(2.2)
где
– частота, равная числу периодов
в секунду, Гц. При стандартной частоте 
= 50 Гц угловая частота 
За аргумент синусоидальной функции
принимают время или угол 
.
Таким образом, для определения мгновенных значений
и необходимо определить их параметры: амплитуду,
угловую частоту и начальную фазу.
Постоянный ток можно рассматривать как частный случай переменного тока, частота которого равна нулю. В современной технике используется широкий диапазон частот переменных токов от сотых долей до миллиардов Герц. В электроэнергетике нашей страны и Европы стандартная частота 50 Гц, США — 60 Гц.
Рис. 2.3
Синусоидальные ЭДС в современной технике получают различными методами в электромашинных или электронных генераторах и других устройствах. Наглядным примером является наведение ЭДС за счет электромагнитной индукции в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле (рис. 2.3).
Допустим, что рамка площадью 
содержит 
витков и вращается с постоянной угловой скоростью
в магнитном поле с индукцией 
.
Тогда потокосцепление рамки
.
По закону электромагнитной индукции в рамке наводится ЭДС
.
Следовательно, ЭДС изменяется по синусоидальному закону.
Рассмотренный способ получения ЭДС является лишь наглядной иллюстрацией и в технике не используется ввиду экономической нецелесообразности создавать достаточно сильное равномерное магнитное поле в таком большом воздушном промежутке.
В промышленности для получения синусоидальных ЭДС применяют электрические машины — синхронные генераторы, приводимые во вращение тепловыми, газовыми, гидравлическими и др. двигателями.
