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Le concept de courant alternatif

Préface

Avant de commencer en parlant de compteurs, rappelez-vous que ce sont des appareils électriques, et dans la description suivante je vais me précipiter dans toutes sortes de termes intelligents. Bien sûr, si vous avez une formation en électricité, cette partie peut être ignorée immédiatement. Et si vous ne connaissez que l'électricité, que si vous branchez le fer à repasser sur une prise de courant, il commence à chauffer, alors je vous recommande fortement de lire ce chapitre afin que vous ne vous sentiez pas comme un étranger à un jour férié universel. Le chapitre est extrait du site Voropaev E.G. "Génie électrique" , il y en a encore beaucoup, je recommande la lecture pour l'auto-éducation, il est écrit assez populairement (au niveau de la première année du lycée électrique).

Donc:

Définition: Les variables sont appelées courants et tensions qui changent dans le temps, en amplitude et en direction. Leur valeur à tout moment est appelée valeur instantanée. Les valeurs instantanées sont indiquées en petites lettres: i, u, e, p.

Les courants dont les valeurs se répètent à intervalles réguliers sont appelés périodiques. La plus petite période de temps après laquelle leurs répétitions sont observées est appelée la période et est indiquée par la lettre T.L'inverse de la période est appelée la fréquence, c'est-à-dire
et mesuré en hertz (Hz). Valeur appelée fréquence angulaire du courant alternatif, elle indique le changement de phase du courant par unité de temps et est mesurée en radians divisée par seconde

La valeur maximale du courant ou de la tension alternative est appelée amplitude. Il est indiqué en majuscules avec l'index `` m '' (par exemple, I m ). Il y a aussi le concept de la valeur efficace du courant alternatif (I). Quantitativement, il est égal à:

Il convient de noter que la valeur de tension réelle est inférieure au maximum.

Le courant alternatif peut s'écrire mathématiquement comme:

Ici, l'index exprime la phase initiale. Si une sinusoïde commence à l'intersection des axes de coordonnées, alors = 0, puis


La valeur de courant initiale peut être à gauche ou à droite de l'axe des ordonnées. Ensuite, la phase initiale sera en avance ou en retard.

1.2. RÉSISTANCE DANS LES CHAÎNES AC.

Le courant électrique dans les conducteurs est connecté en permanence aux champs magnétiques et électriques.
Les éléments qui caractérisent la conversion de l'énergie électromagnétique en chaleur sont appelés résistances actives (notées R).
Les éléments associés à la présence d'un seul champ magnétique sont appelés inductances.
Les éléments associés à la présence d'un champ électrique sont appelés capacités.
Les représentants typiques des résistances actives sont les résistances, les lampes à incandescence, les fours électriques, etc.
L'inductance est possédée par des bobines de relais, des enroulements de moteurs électriques et des transformateurs. L'inductance est calculée par la formule:

où L est l'inductance.
Les condensateurs, les longues lignes électriques, etc. possèdent une capacité.
La capacité est calculée par la formule:

où C est la capacité.
Les vrais consommateurs d'énergie électrique peuvent avoir une valeur complexe de résistances. En présence de R et L, la valeur de la résistance totale Z est calculée par la formule:

De même, Z est calculé pour la chaîne R et C:

Les consommateurs avec R, L, C ont une résistance totale de:

1.3. CONNEXION EN SÉRIE DE RÉSISTANCE ACTIVE R,
CONDENSATEUR C ET INDUCTION L

Considérons un circuit avec des résistances actives, inductives et capacitives connectées en série (Fig. 1.3.1).

Pour analyser le circuit, nous décomposons la tension du réseau U en trois composantes:
U R - chute de tension aux bornes de la résistance active,
U L est la chute de tension aux bornes de la résistance inductive,
U C est la chute de tension aux bornes de la capacité.

Le courant dans le circuit I sera commun à tous les éléments:


La vérification s'effectue selon la formule:

Il convient de noter que les tensions dans les différentes parties du circuit ne coïncident pas toujours en phase avec le courant I.
Ainsi, à la résistance active, la chute de tension coïncide en phase avec le courant, à la phase inductive, elle a 90 ° d'avance sur la phase et à la phase capacitive, elle est de 90 ° derrière elle.
Graphiquement, cela peut être montré dans le diagramme vectoriel (Fig. 1.3.2).

Les trois vecteurs de chute de contrainte représentés ci-dessus peuvent être combinés géométriquement en un seul (Fig. 1.3.3).

Dans une telle combinaison d'éléments, des caractères actifs-inductifs ou actifs-capacitifs de la charge du circuit sont possibles. Par conséquent, le déphasage a à la fois un signe positif et un signe négatif.
Un mode intéressant est quand = 0.
Dans ce cas

Ce mode de fonctionnement du circuit est appelé résonance de tension.
L'impédance à résonance de tension a une valeur minimale:
, et à une tension U donnée, le courant I peut atteindre une valeur maximale.
De la condition définir la fréquence de résonance

Les phénomènes de résonance de contrainte sont largement utilisés dans l'ingénierie radio et dans les installations industrielles individuelles.

1.4. CONNEXION PARALLÈLE DU CONDENSEUR ET DE LA BOBINE,
Possédant une résistance et une inductance actives

Considérons un circuit parallèle d'un condensateur et d'une bobine avec résistance active et inductance (Fig. 1.4.1).

Dans ce circuit, le paramètre commun aux deux branches est la tension U. La première branche, la bobine inductive, a une résistance active R et une inductance L. La résistance résultante Z 1 et le courant I 1 sont déterminés par la formule:


Comme la résistance de cette branche est complexe, le courant dans la branche est en retard par rapport à la tension d'un angle.

Nous le montrons dans le diagramme vectoriel (Fig. 1.4.2).

Nous projetons le vecteur courant I 1 sur l'axe des coordonnées. La composante horizontale du courant sera la composante active I 1R et la verticale - I 1L . Les valeurs quantitatives de ces composants seront égales à:


Un condensateur est inclus dans la deuxième branche. Sa résistance

Ce courant a 90 ° d'avance sur la phase de tension.
Pour déterminer le courant I dans la partie non ramifiée du circuit, nous utilisons la formule:

Sa valeur peut également être obtenue graphiquement en ajoutant les vecteurs I 1 et I 2 (Fig. 1.4.3)
L'angle de cisaillement entre le courant et la tension est indiqué par la lettre j .
Ici, différents modes de fonctionnement du circuit sont possibles. À = + 90 °, le courant capacitif prévaudra, à = -90 ° - inductif.
Mode possible lorsque = 0, c'est-à-dire le courant dans la partie non ramifiée du circuit I sera actif. Cela se produira dans le cas où I 1L = I 2 , c'est-à-dire avec des composantes réactives égales du courant dans les branches.

Sur le diagramme vectoriel, cela ressemblera à ceci (Fig. 1.4.4):

Ce mode est appelé résonance actuelle. Comme dans le cas d'une résonance de contraintes, il est largement utilisé en radio-ingénierie.
Le cas de la connexion parallèle de R, L et C considéré ci-dessus peut également être analysé du point de vue de l'augmentation du cos j pour les installations électriques. Il est connu que cos j est un paramètre technique et économique dans le fonctionnement des installations électriques. Il est déterminé par la formule:

P est la puissance active des installations électriques, kW,
S - pleine puissance des installations électriques, kW.
En pratique, cos j est déterminé en prenant des lectures d'énergie active et réactive des compteurs, et en divisant une lecture en une autre donne tg j .
De plus, selon les tableaux, cos j est également trouvé .
Plus le système électrique est cos j , plus le système électrique fonctionne, car aux mêmes valeurs de courant et de tension (pour lesquelles le générateur est conçu), il peut en tirer plus de puissance active.
La diminution de cos j conduit à une utilisation incomplète des équipements et en même temps l'efficacité de l'installation diminue. Les tarifs de l'électricité fournissent un coût inférieur de 1 kilowattheure à un cos j élevé, par rapport à un faible.
Les activités d'amélioration des coûts comprennent:
- prévention de la marche au ralenti des équipements électriques,
- pleine charge de moteurs électriques, transformateurs, etc.
De plus, cos j a un effet positif sur la connexion des condensateurs statiques au réseau.