Змінний струм, в широкому сенсі електричний струм, що змінюється в часі. Зазвичай в техніці під П. т. розуміють періодичний струм, в якому середнє значення за період сили струму і напруги дорівнює нулю. Періодом Т П. т. називають найменший проміжок часу (виражений в сік ) , через який зміни сили струму (і напруга) повторюються ( мал. 1 ). Важливою характеристикою П. т. є його частота f — число періодів в 1 сік: f = 1/Т. В електроенергетичних системах СРСР і більшості країн світу прийнята стандартна частота f = 50 гц, в США — 60 гц. В техніці зв'язку застосовуються П. т. високої частоти (від 100 кгц до 30 Ггц ) . Для спеціальних цілей в промисловості, медицині і ін. галузях науки і техніки використовують П. т, самих різних частот, а також імпульсні струми (див. Імпульсна техніка ) .
Для передачі і розподілу електричної енергії переважно використовується П. т. завдяки простоті трансформації його напруги майже без втрат потужності (див. Передача електроенергії, Електричний ланцюг ) . Широко застосовуються трифазні системи П. т. (див. Трифазний ланцюг ) . Генератори і двигуни П. т. в порівнянні з машинами постійний струму при рівній потужності менше по габаритах, простіше по пристрою, надійніше і дешевше. П. т. може бути випрямлений, наприклад напівпровідниковими випрямлячами, а потім за допомогою напівпровідникових інверторів перетворений знов в П. т. інший, регульованої частоти; це створює можливість використовувати прості і дешеві безколлекторниє двигуни П. т. (асинхронні і синхронні) для всіх видів електроприводів, що вимагають плавного регулювання швидкості.
П. т. широко застосовується в пристроях зв'язку (радіо, телебачення, дротяна телефонія на далекі відстані і т. п.).
П. т. створюється змінною напругою. Змінне електромагнітне поле, що виникає в просторі, що оточує провідники із струмом, викликає коливання енергії в ланцюзі П. т.: енергія періодично то накопичується в магнітному або електричному полі, то повертається джерелу електроенергії. Коливання енергії створюють в ланцюзі П. т. реактивні струми, марно завантажуючі дроти і джерело струму і зухвалі додаткові втрати енергії, що є недоліком передачі енергії П. т.
За основу для характеристики сили П. т. прийнято зіставлення середньої теплової дії П. т. з тепловою дією постійного струму відповідної сили. Отримане таким дорогою значення сили П. т. I називається значенням, що діє (або ефективним), математично представляє середньоквадратичне за період значення сили струму. Аналогічно визначається і значення напруги П. т., що діє U. Амперметри і вольтметри П. т. вимірюють значення струму і напруги, що саме діють.
В простому і найбільш важливому на практиці випадку миттєве значення сили i П. т. міняється в часі t по синусоїдальному закону: i = I m sin ( wt + а ), де I m — амплітуда струму, w = 2 p f — його кутова частота, а — початкова фаза. Синусоїдальний (гармонійний) струм створюється синусоїдальною напругою тієї ж частоти: u = U m sin ( wt + b ), де U m — амплітуда напруги, b — початкова фаза ( мал. 2 ). Значення такого П. т., що діють, рівні: I = l m / » 0,707 I m , U = U m / » 0,707 U m . Для синусоїдальних струмів що задовольняють умові квазістаціонарної (див. Квазістаціонарний струм ; надалі розглядатимуться лише такі струми), справедливий Ома закон (закон Ома в диференціальній формі справедливий і для неквазістационарних струмів в лінійних ланцюгах). Із-за наявності в ланцюзі П. т. індуктивності або (и) ємкості між струмом i і напругою u в загальному випадку виникає зрушення фаз j = b — а , залежний від параметрів ланцюга (активного опору r, індуктивності L, ємкості З ) і кутової частоти w . Унаслідок зрушення фаз середня потужність Р Т. т., вимірювана ватметром, менше творів значень струму і напруги, що діють: Р = IU cos j .
В ланцюзі, що не містить ні індуктивності, ні ємкості, струм збігається по фазі з напругою ( мал. 3 ). Закон Ома для значень, що діють, в цьому ланцюзі матиме таку ж форму, як для ланцюга постійного струму: I = U/r. Тут r — активний опір ланцюга, визначуваний по активній потужності Р, що витрачається в ланцюзі: r = P/i 2 .
За наявності в ланцюзі індуктивності L П. т. індукує в ній едс(електрорушійна сила) самоіндукції e L = — L . di/dt = — wll m cos ( wt + а ) = wli m sin ( wt + а — p /2). Едс самоіндукції протидіє змінам струму, і в ланцюзі, що містить лише індуктивність, струм відстає по фазі від напруги на чверть періоду, тобто j = p /2 ( мал. 4 ). Значення, що діє e L рівне E L = IWL = Ix L , где x L = wl — індуктивний опір ланцюгу. Закон Ома для такого ланцюга має вигляд: I = U/x L = U/wl.
Коли ємність З включена під напругу u, те її заряд рівний q = Cu. Періодичні зміни напруги викликають періодичні зміни заряду, і виникає ємкісний струм i = dq/dt = C×du/dt = ( Cu m cos ( wt + b ) = wcu m sin ( wt + b + p /2). Таким чином, синусоїдальний П. т., що проходить через ємкість, випереджає по фазі напругу на її затисках на чверть періоду, тобто j = — p /2 ( мал. 5 ). Ефективні значення в такому ланцюзі зв'язані співвідношенням I = w CU = U/x з , де x з = 1/ wС — ємкісний опір ланцюгу.
Якщо ланцюг П. т. складається з послідовно сполучених r, L і З , то її повний опір рівний , де x = x L — x з = wl — 1 / w C — реактивний опір ланцюгу П. т. Відповідно, закон Ома має вигляд:, а зрушення фаз між струмом і напругою визначається відношенням реактивного опору ланцюгу до активного: tg j = х/r. В такому ланцюзі при збігу частоти w вимушених коливань, що створюються джерелом П. т., з резонансною частотою w 0 = 1/ індуктивний і ємкісний опори рівні ( wl = 1/ wС ) і повністю компенсують один одного, сила струму максимальна і спостерігається явище резонансу (див. Коливальний контур ) . В умовах резонансу напруги на індуктивності і ємкості можуть значно (часто у багато разів) перевищувати напругу на затисках ланцюга.
Полегшення розрахунків ланцюгів синусоїдальних П. т. досягається побудовою так званих векторних діаграм . Вектори синусоїдального струму і напруги прийнято позначати крапкою над буквеним позначенням () . Довжини векторів зазвичай беруться рівними (у масштабі побудови діаграми) значенням I , що діють, і U, а кути між векторами — рівними зрушенням фаз між миттєвими значеннями відповідних величин. Складанню алгебри миттєвих значень синусоїдальних величин однієї і тієї ж частоти відповідає геометричне складання векторів цих величин. На мал. 6 показана векторна діаграма для ланцюга П. т. з послідовно сполученими r , L , З . Миттєве значення напруги на затисках цього ланцюга дорівнює сумі алгебри напруги на активному і реактивному опорах: u = u L + u r + u з , отже . При побудові діаграми початковим служить вектор струму, оскільки у всіх ділянках нерозгалуженого ланцюга струм один і той же. Оскільки індуктивна напруга випереджає по фазі струм на p /2, а ємкісне відстає від струму на p /2 (тобто вони знаходяться в протифазі), при послідовному з'єднанні вони один одного частково компенсують.
Векторні діаграми наочно ілюструють хід обчислень і служать для контролю над ними; побудовані з дотриманням масштабу, вони дозволяють графічно визначити ефективну напругу U в ланцюги і кут зрушення фаз j.
Для розрахунків розгалужених ланцюгів квазістаціонарного П. т. використовують Кирхгофа правила . При цьому зазвичай застосовують метод комплексних величин (символічний метод), який дозволяє виразити у формі алгебри геометричні операції з векторами П. т. і застосувати, таким чином, для розрахунків ланцюгів П. т. всі методи розрахунків ланцюгів постійного струму.
Несинусоїдальность П. т. в електроенергетичних системах зазвичай небажана, і приймаються спеціальні заходи для її придушення. Але в ланцюгах електрозв'язку, в напівпровідникових і електронних пристроях несинусоїдальность створюється самим робочим процесом. Якщо середнє за період значення струму не дорівнює нулю, то він містить постійну складову. Для аналізу процесів в ланцюгах несинусоїдального струму його представляють у вигляді суми простих гармонійних складових, частоти яких дорівнюють цілим кратним числам основної частоти: I = i 0 + I 1m sin ( wt + a 1 ) + I 2m sin ( 2wt + a 2 ) +... + l km sin ( kwt + a до ) . Здесь I 0 — постійна складова струму, I im sin ( wt + a 1 ) — перша гармонійна складова (основна гармоніка), останні члени — вищі гармоніки. Розрахунок лінійних ланцюгів несинусоїдального струму на підставі принципу суперпозиції (накладення) ведеться для кожної складової (оскільки x L і x з залежать від частоти). Складання алгебри результатів таких розрахунків дає миттєве значення сили (або напруга) несинусондального струму.
Літ.: Теоретичні основи електротехніки, 3 видавництва, ч. 2, М., 1970; Нейман Л. Р., Демірчан До. С., Теоретичні основи електротехніки, т. 1—2, М.— Л., 1966; Касаткин А. С., Електротехніка, 3 видавництва, М., 1974; Поліванов До. М., Лінійні електричні ланцюги із зосередженими постійними, М., 1972 (Теоретичні основи електротехніки, т. 1).
