Paramètres de base du courant alternatif : période, fréquence, phase, amplitude, oscillations harmoniques

Le courant alternatif est un courant électrique dont le sens et l'intensité changent périodiquement. Étant donné que la force du courant alternatif varie généralement selon une loi sinusoïdale, le courant alternatif correspond à des fluctuations sinusoïdales de tension et de courant.

Par conséquent, tout ce qui s'applique aux oscillations électriques sinusoïdales s'applique au courant alternatif. Les oscillations sinusoïdales sont des oscillations dans lesquelles la valeur d'oscillation change selon la loi des sinus Dans cet article, nous parlerons des paramètres AC.

La variation de FEM et la variation de courant d'une charge linéaire connectée à une telle source suivront une loi sinusoïdale. Dans ce cas, les champs électromagnétiques alternatifs, les tensions et courants alternatifs peuvent être caractérisés par leurs quatre paramètres principaux :

• période;

• fréquence;

• amplitude;

• valeur efficace.

Il existe également des paramètres supplémentaires :

• fréquence angulaire;

• phase;

• valeur immédiate.

Ensuite, nous examinerons tous ces paramètres séparément et ensemble.

Période T

Période - le temps qu'il faut à un système qui oscille pour passer par tous les états intermédiaires et revenir à nouveau à son état initial.

La période T d'un courant alternatif est l'intervalle de temps pendant lequel le courant ou la tension effectue un cycle complet de variations.

Étant donné que la source de courant alternatif est un générateur, la période est liée à la vitesse de rotation de son rotor, et plus la vitesse de rotation de l'enroulement ou du rotor du générateur est élevée, plus la période de la FEM alternative générée est courte et, en conséquence, le courant alternatif de charge, il s'avère.

La période est mesurée en secondes, millisecondes, microsecondes, nanosecondes, selon la situation particulière dans laquelle ce courant est considéré. La figure ci-dessus montre comment la tension U évolue dans le temps tout en ayant une période caractéristique T constante.

Fréquence f

La fréquence f est l'inverse de la période et est numériquement égale au nombre de périodes de changement de courant ou de FEM en 1 seconde. C'est-à-dire f = 1 / T. L'unité de mesure de la fréquence est le hertz (Hz), du nom du physicien allemand Heinrich Hertz, qui a apporté une contribution significative au développement de l'électrodynamique au XIXe siècle. Plus la période est courte, plus la fréquence de la FEM ou du changement de courant est élevée.

Aujourd'hui en Russie, la fréquence standard du courant alternatif dans les réseaux électriques est de 50 Hz, c'est-à-dire que 50 fluctuations de la tension du réseau apparaissent en 1 seconde.

Dans d'autres domaines de l'électrodynamique, des fréquences plus élevées sont utilisées, par exemple 20 kHz et plus dans les onduleurs modernes, et jusqu'à plusieurs MHz dans des domaines plus étroits de l'électrodynamique. Dans la figure ci-dessus, vous pouvez voir qu'il y a 50 oscillations complètes en une seconde, chacune durant 0,02 seconde et 1 / 0,02 = 50.

D'après les graphiques des variations du courant alternatif sinusoïdal dans le temps, on peut voir que des courants de fréquences différentes contiennent un nombre différent de périodes dans le même intervalle de temps.

Fréquence angulaire

Fréquence angulaire - le nombre d'oscillations effectuées en 2pi sec.

En une période, la phase de la FEM sinusoïdale ou du courant sinusoïdal change de 2pi radians ou 360 °, donc la fréquence angulaire du courant sinusoïdal alternatif est égale à :

Utilisez le nombre d'oscillations en 2pi s (pas en 1 s) C'est pratique car dans les formules exprimant la loi du changement de tension et de courant pendant les oscillations harmoniques, exprimant la résistance inductive ou capacitive du courant alternatif, et dans de nombreux dans les autres cas, la fréquence d'oscillation n apparaît avec le multiplicateur 2pi.

Phase

Phase - état, étape d'un processus périodique. Le terme phase a une signification plus précise dans le cas d'oscillations sinusoïdales. En pratique, ce n'est généralement pas la phase elle-même qui joue un rôle, mais le déphasage entre deux processus périodiques quelconques.

Dans ce cas, le terme « phase » est compris comme une étape du développement du processus, et dans ce cas, en ce qui concerne les courants alternatifs et les tensions sinusoïdales, la phase est appelée l'état du courant alternatif à un certain moment dans temps.

Les figures montrent : la coïncidence de la tension U1 et du courant I1 en phase, des tensions U1 et U2 en opposition de phase, ainsi que le déphasage entre le courant I1 et la tension U2. Le déphasage est mesuré en radians, parties d'une période, en degrés.

Voir également: Qu'est-ce que la phase, l'angle de phase et le déphasage

Amplitude Um et Im

En parlant de l'amplitude du courant alternatif sinusoïdal ou de la FEM alternative sinusoïdale, la valeur la plus élevée de la FEM ou du courant est appelée valeur d'amplitude ou d'amplitude (maximale).

Amplitude — la plus grande valeur de la grandeur effectuant des oscillations harmoniques (par exemple, la valeur maximale de l'intensité du courant en courant alternatif, l'écart du pendule oscillant par rapport à la position d'équilibre), la plus grande déviation de la grandeur oscillante par rapport à une certaine valeur, conditionnellement accepté comme zéro initial.

Strictement parlant, le terme amplitude se réfère uniquement aux oscillations sinusoïdales, mais il est généralement (pas tout à fait correctement) appliqué dans le sens ci-dessus à toutes les oscillations.

Si nous parlons d'un alternateur, alors la FEM de ses bornes deux fois par période atteint une valeur d'amplitude, dont la première est + Em, la seconde est Em, respectivement, pendant les demi-cycles positifs et négatifs. Le courant I se comporte de manière similaire et est noté Im en conséquence.

Vibrations harmoniques — les oscillations dans lesquelles une grandeur oscillante, telle que la tension dans un circuit électrique, change avec le temps selon une loi harmonique sinusoïdale ou cosinusoïdale. Représenté graphiquement par une courbe sinusoïdale.

Les processus réels ne peuvent qu'approximer les oscillations harmoniques. Cependant, si les oscillations reflètent les caractéristiques les plus caractéristiques du processus, un tel processus est alors considéré comme harmonique, ce qui facilite grandement la résolution de nombreux problèmes physiques et techniques.

Des mouvements proches des oscillations harmoniques se produisent dans divers systèmes : mécaniques (oscillations d'un pendule), acoustiques (oscillations d'une colonne d'air dans un tuyau d'orgue), électromagnétiques (oscillations dans un circuit LC), etc.La théorie des oscillations considère ces phénomènes, de nature physique différente, d'un point de vue unifié et détermine leurs propriétés communes.

Il est commode de représenter graphiquement les oscillations harmoniques à l'aide d'un vecteur tournant à vitesse angulaire constante autour d'un axe perpendiculaire à ce vecteur et passant par son origine. La vitesse angulaire de rotation du vecteur correspond à la fréquence circulaire de l'oscillation harmonique.

Diagramme vectoriel d'une vibration harmonique

Un processus périodique de n'importe quelle forme peut être décomposé en une série infinie d'oscillations harmoniques simples avec différentes fréquences, amplitudes et phases.

Harmonieux — une vibration harmonique dont la fréquence est un nombre entier de fois supérieure à la fréquence d'une autre vibration, appelée tonalité fondamentale. Le numéro de l'harmonique indique combien de fois sa fréquence est supérieure à la fréquence du ton fondamental (par exemple, le troisième harmonique est une vibration harmonique avec une fréquence trois fois supérieure à la fréquence du ton fondamental).

Toute oscillation périodique mais non harmonique (c'est-à-dire de forme différente de la forme sinusoïdale) peut être représentée comme une somme d'oscillations harmoniques - la tonalité fondamentale et un certain nombre d'harmoniques. Plus l'oscillation considérée diffère par sa forme d'une oscillation sinusoïdale, plus elle contient d'harmoniques.

Valeur instantanée de u et i

La valeur de l'EMF ou du courant à un certain moment est appelée la valeur instantanée, elles sont désignées par les lettres minuscules u et i. Mais comme ces valeurs changent tout le temps, il n'est pas pratique d'estimer les courants alternatifs et les champs électromagnétiques à partir d'eux.

Valeurs RMS de I, E et U

La capacité du courant alternatif à effectuer un travail utile, comme faire tourner mécaniquement le rotor d'un moteur ou produire de la chaleur sur un appareil de chauffage, est commodément estimée par les valeurs efficaces des emfs et des courants.

Donc, valeur actuelle effective est appelée la valeur d'un tel courant continu qui, en traversant un conducteur pendant une période du courant alternatif considéré, produit le même travail mécanique ou la même quantité de chaleur que ce courant alternatif.

Les valeurs efficaces des tensions, emfs et courants sont indiquées par les lettres majuscules I, E et U. Pour le courant alternatif sinusoïdal et pour la tension alternative sinusoïdale, les valeurs efficaces sont :

Pour décrire les réseaux électriques, il convient d'utiliser la valeur efficace du courant et de la tension. Par exemple, une valeur de 220-240 volts est la valeur effective de la tension dans les prises domestiques modernes, et l'amplitude est beaucoup plus élevée - de 311 à 339 volts.

La même chose avec le courant, par exemple quand on dit qu'un courant de 8 ampères traverse un appareil de chauffage domestique, cela signifie une valeur efficace, alors que l'amplitude est de 11,3 ampères.

D'une manière ou d'une autre, le travail mécanique et l'énergie électrique dans les installations électriques sont proportionnels aux valeurs efficaces des tensions et des courants. Une partie importante des appareils de mesure affichent exactement les valeurs efficaces des tensions et des courants.