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Le concept de courant alternatif

Avant-propos.

Avant de commencer parlons des compteurs, rappelez-vous que ce sont des appareils électriques, et dans la description qui va suivre, je me précipiterai avec toutes sortes de termes intelligents. Bien sûr, si vous avez une éducation électrique, alors cette partie peut être immédiatement manquée. Et si vous connaissez l'électricité seulement si vous branchez le fer dans une prise de courant, il commence à se prélasser, alors je vous recommande fortement de lire ce chapitre, afin que plus tard vous ne vous sentiez pas étranger à la célébration universelle de la vie. Le chapitre est tiré du site de Voropaev EG. "Génie électrique" , il y en a beaucoup d'autres, je vous conseille de lire pour l'auto-éducation, il est écrit assez populaire (au niveau de la première année d'école électrotechnique).

Donc:

Définition: Les variables sont des courants et des tensions variant dans le temps, dans l'amplitude et dans la direction. Leur valeur à tout moment est appelée la valeur instantanée. Les valeurs instantanées sont indiquées par des lettres minuscules: i, u, e, p.

Les courants dont les valeurs sont répétées à intervalles réguliers sont appelés courants périodiques. Le plus petit intervalle de temps pendant lequel leurs répétitions sont observées est appelé la période et est désigné par la lettre T. La quantité inverse de la période est appelée la fréquence, c'est-à-dire.
et mesurée en hertz (Hz). Valeur est appelé la fréquence angulaire du courant alternatif, il montre l'évolution de la phase du courant par unité de temps et est mesurée en radians divisé par une seconde

La valeur maximale d'un courant ou d'une tension alternative est appelée amplitude. Il est indiqué par de grosses lettres avec l'index "m" (par exemple, I m ). Il y a aussi un concept de la valeur effective du courant alternatif (I). Quantitativement, c'est:

il convient de noter que la valeur réelle de la tension est inférieure à la valeur maximale.

Le courant alternatif peut être mathématiquement écrit comme:

Ici, l'indice exprime la phase initiale. Si la sinusoïde commence au point d'intersection des axes de coordonnées, alors = 0, alors


La valeur initiale du courant 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 AUX CIRCUITS AC.

Le courant électrique dans les conducteurs est connecté en permanence aux champs magnétiques et électriques.
Les éléments caractérisant la transformation 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 inductivités.
Les éléments associés à la présence d'un champ électrique sont appelés capacitances.
Les représentants typiques des résistances actives sont les résistances, les lampes à incandescence, les fours électriques, etc.
Les inducteurs sont fournis avec des bobines de relais, des enroulements de moteur et des transformateurs. La résistance inductive est calculée par la formule:

où L est l'inductance.
Les condensateurs, les longues lignes électriques, etc. sont volumineux.
La résistance capacitive est calculée par la formule:

où C est la capacité.
Les vrais consommateurs d'énergie électrique peuvent avoir une valeur complexe de résistance. 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:

1.3. RACCORDEMENT CONSÉCUTIF DE LA RÉSISTANCE ACTIVE R,
CONDENSATEUR AVEC ET INDUCTIVITÉ L

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

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

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


La vérification est faite par la formule:

Il convient de noter que les contraintes sur des sections individuelles du circuit ne coïncident pas toujours en phase avec le courant I.
Ainsi, à une résistance active, la chute de tension coïncide en phase avec le courant, sur le courant inductif il dépasse le courant de 90 ° et sur le capacitif - il est en retard de 90 °.
Graphiquement, ceci peut être montré sur un diagramme vectoriel (Figure 1.3.2).

Les trois vecteurs de chute de tension montrés ci-dessus peuvent être combinés géométriquement en un seul (Figure 1.3.3).

Dans une telle combinaison d'éléments, des schémas de charge actifs-inductifs ou actifs-capacitifs 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 contrainte.
L'impédance à la résonance des tensions a une valeur minimale:
, et à une tension donnée U le courant I peut atteindre une valeur maximale.
De l'état déterminer la fréquence de résonance

Le phénomène de résonance de tension est largement utilisé dans l'ingénierie radio et dans certaines installations industrielles.

1.4. CONNEXION CONDENSATEUR ET BOBINE PARALLÈLE,
AVEC RÉSISTANCE ACTIVE ET INDUCTIVITÉ

Considérons un circuit de connexion en parallèle d'un condensateur et d'une bobine avec une résistance et une inductance actives (Figure 1.4.1).

Dans ce schéma, le paramètre commun pour les deux branches est la tension U. La première branche - la bobine inductive - a la résistance active R et l'inductance L. La résistance résultante Z 1 et le courant I 1 sont déterminés par la formule:

, où

Comme la résistance de cette branche est complexe, le courant dans la branche est en phase de la tension à l'angle.

Nous montrons ceci sur un diagramme vectoriel (Figure 1.4.2).

Projetez le vecteur courant I 1 sur l'axe des coordonnées. La composante horizontale du courant sera le composant actif I 1R et le composant vertical I 1L . Les valeurs quantitatives de ces composants seront égales à:


La deuxième branche comprend un condensateur. Sa résistance

Ce courant est en avance de 90 ° sur la phase.
Pour déterminer le courant I dans la partie non ramifiée de la chaîne, nous utilisons la formule:

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

Sur un diagramme vectoriel, cela ressemblera à ceci (Figure 1.4.4):

Ce mode est appelé résonance de courant. Tout comme dans le cas de la tension de résonance, il est largement utilisé en ingénierie radio.
Le cas des connexions parallèles R, L et C discutées ci-dessus peut également être analysé du point de vue de l'augmentation de cos j pour les installations électriques. On sait que cos j est un paramètre technique et économique dans le fonctionnement des installations électriques. Il est déterminé par la formule:

, où

P - puissance active des installations électriques, kW,
S - capacité totale des installations électriques, kW.
En pratique, cos j est déterminé en supprimant l'énergie active et réactive des compteurs et en divisant une indication par les autres rendements tg j .
Ensuite, cos j est trouvé dans les tables.
Plus le coût est élevé , plus le système d'alimentation fonctionne, car avec les mêmes valeurs de courant et de tension (pour lesquelles le générateur est conçu), il peut recevoir une grande puissance active.
Une diminution de cos j entraîne une utilisation incomplète de l'équipement et en même temps l'efficacité de l'installation diminue. Les tarifs de l'électricité prévoient un coût inférieur de 1 kilowatt-heure pour un coût élevé, par rapport à un prix bas.
Les activités à augmenter cos comprennent:
- prévention de l'équipement électrique au ralenti,
- pleine charge de moteurs électriques, transformateurs, etc.
De plus, en cos j , la connexion au réseau de condensateurs statiques a un effet positif.