Складні змінні струми

Крым простих, тобто синусоїдальних змінних струмів, часто зустрічаються складні струми, у яких графік зміни струму в часі є не синусоїдою, а більш складної кривої. Інакше кажучи, у подібних струмів закон зміни струму в часі є більш складним, ніж у простого синусоїдального струму.

Вивчення цих струмів засноване на тому, що всякий складний несинусоїдальний ток можна вважати складається з декількох простих синусоїдальних струмів, у яких амплітуди різні, а частоти в ціле число разів більше частоти даного складного струму. Подібне розкладання складного струму на ряд простих струмів важливо тому, що в багатьох випадках вивчення складного струму вдається звести до розгляду простих струмів, для яких в електротехніці виведені всі основні закони.

Прості синусоїдальні струми, що входять до складу складного струму, називаються гармоніками і нумеруються в порядку зростання їх частоти. Наприклад, якщо складний ток має частоту 50 Гц, то його перша гармоніка, звана інакше основним коливанням, є синусоїдальний струм з частотою 50 Гц, друга гармоніка є синусоїдальним струмом з частотою 100 Гц, третя гармоніка має частоту 150 Гц і т. Д.

Номер гармоніки показує, у скільки разів її частота більше частоти даного складного струму. З підвищенням номера гармонік амплітуди їх зазвичай зменшуються, але бувають винятки з цього правила. Іноді деякі гармоніки взагалі відсутні, т. Е. Амплітуди їх дорівнюють нулю. Тільки перша гармоніка є завжди.

Як приклад на рис. 2, а зображений графік складного струму, що складається з першої та другої гармонік, і графіки цих гармонік, а на рис. 2, б той же показано для струму, що складається з першої і третьої гармонік. На цих графіках складання гармонік і отримання сумарного струму складної форми здійснюється складанням вертикальних відрізків, що зображують струми в різні моменти часу, з урахуванням їх знаків (плюс і мінус).

Іноді складний ток, крім гармонік, має в своєму складі ще й постійний струм, т. Е. Постійну складову. Так як частота постійного струму дорівнює нулю, то постійну складову можна назвати нульовою гармонікою.

Знайти гармоніки складного струму досить важко. Цьому присвячено спеціальний розділ математики, званий гармонійним аналізом. Однак за деякими ознаками можна судити про наявність тих чи інших гармонік. Наприклад, якщо позитивна і негативна напівхвилі складного струму однакові за формою і максимального значення, то в такому струмі містяться тільки одні непарні гармоніки.

Приклад подібного струму дан на мал. 2, б. Якщо ж позитивна і негативна напівхвилі відрізняються один від одного за формою і максимального значення (рис. 2, а), то це є ознакою наявності парних гармонік (при цьому можуть бути і непарні гармоніки).

Складний змінний струм на екрані осцилографа
Мал. 3. Складний змінний струм на екрані осцилографа

Змінні напруги і ЕРС складної форми подібно складним струмів можуть бути представлені у вигляді суми простих синусоїдальних складових.

З приводу фізичного сенсу розкладання складних струмів на гармоніки можна повторити те, що говорилося про пульсуючому струмі, який також слід віднести до складних струмів.

В електричних ланцюгах, що складаються з лінійних приладів, дія складного струму завжди можна розглядати і розраховувати як сумарне дію складових його струмів. Однак при наявності нелінійних приладів цей метод має більш обмежене застосування, так як у вирішенні низки питань він може дати суттєві помилки.

...
ПОДІЛИТИСЯ: