5.1                      Μορφές Εναλλασσόμενου Ρεύματος. - Εκτέλεση άσκησης

Εναλλασσόμενο ρεύμα (τάση) είναι περιοδικά μεταβαλλόμενο ρεύμα (τάση) σε συνάρτηση με το χρόνο.

Στην περίπτωση του εναλλασσόμενου ρεύματος δεν μιλάμε για τιμή έντασης, αλλά για στιγμιαία τιμή έντασης. Αυτό γιατί την κάθε χρονική στιγμή η τιμή της έντασης του ρεύματος είναι διαφορετική. Τη στιγμιαία τιμή έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος τη συμβολίζουμε με το γράμμα i και δίνεται από τη σχέση(5.1.1):

   (5.1.1)

 όπου,   dq = η στιγμιαία τιμή του αριθμού των κινούμενων ηλεκτρικών φορτίων.

             dt =  το στιγμιαίο χρονικό διάστημα που διαρκεί το φαινόμενο.

Στην ενεργειακή θεώρηση των ηλεκτρικών μηχανών αλλά και γενικότερα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, σημασία έχουν μόνο τα ημιτονοειδή μεγέθη (υπό μονοφασική ή τριφασική μορφή). Η μορφή του εναλλασσόμενου ρεύματος ακολουθώντας την ημιτονική συνάρτηση είναι:

Περίοδος (Τ) :  Περίοδος του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο χρόνος που απαιτείται για μια πλήρη εναλλαγή του φαινόμενου. Χωρίζεται σε δύο ημιπεριόδους: τη θετική, που, αντιστοιχεί στο χρόνο που αναφέρεται στο τμήμα ΟΒ, και την αρνητική, που αντιστοιχεί στο χρόνο που αναφέρεται στο τμήμα ΒΔ.

Συχνότητα (f) : Συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο αριθμός που μας δείχνει πόσες φορές μεταβάλλεται το φαινόμενο στη μονάδα του χρόνου.

Επειδή, η συχνότητα μας δείχνει τον αριθμό των μεταβολών στη μονάδα του χρόνου- δηλαδή των αριθμό των περιόδων στη μονάδα του χρόνου, ο χρόνος της μιας περιόδου είναι το αντίστροφο της συχνότητας. Επειδή ακόμη το φαινόμενο πραγματοποιείται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω , διαγράφονται σε ίσα χρονικά διαστήματα t, ίσες γωνίες περιστροφής φ. Τα μεγέθη αυτά συνδέονται με τη σχέση:

      (5.1.2)                           ή         

Η γωνία φ λέγεται γωνία φάσης ή φάση του εναλλασσόμενου μεγέθους.

Την γωνιακή ταχύτητα ω που ουσιαστικά δείχνει τη μεταβολή της φάσης του εναλλασσόμενου μεγέθους σε κάποιο χρονικό διάστημα το ονομάζουμε και κυκλική συχνότητα και την μετράμε σε ακτίνια (rad) ανά δευτερόλεπτο (sec), (rad/sec).

Οι σπουδαιότερες μορφές εναλλασσόμενου ρεύματος εμφανίζονται στα παρακάτω σχήματα :

Ημιτονοειδής μορφή:                                             Ορθογώνια μορφή:

Τριγωνική μορφή:                                              Πριονωτή μορφή:

Τα  εναλλασσόμενα μεγέθη, όπως προειπώθηκε ,μεταβάλλονται χρονικά. Επομένως, δεν υπάρχει σταθερό μέτρο διανύσματος τους. Αυτό όμως μας δημιουργεί πρόβλημα μέτρησης τους, το οποίο λύνεται με τη χρησιμοποίηση μεγεθών σταθερής τιμής που επιφέρουν ίδια αποτελέσματα. Τα σταθερά αυτά χρονικά μεγέθη ονομάζονται ενεργές τιμές .

Ενεργός τιμή της έντασης του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι η ένταση εκείνη του συνεχούς ρεύματος που αν περάσει μέσα από την ίδια κατανάλωση, στο ίδιο χρονικό διάστημα, δίνει τα ίδια αποτελέσματα με το εναλλασσόμενο ρεύμα. Συμβολίζεται με το γράμμα Ι. Εξορισμού , η ενδεικτική (ενεργός) τιμή ενός περιοδικού μεγέθους είναι ίση προς τη μέση τετραγωνική τιμή αυτού. Συνεπώς η ενεργός τιμή του ρεύματος ορίζεται από τη σχέση:

Στην εργασία, για την ημιτονική μορφή ο χρήστης μεταβάλλοντας τις εξής τιμές: Εύρος(Α), Συχνότητα(rad/sec) και Φάση(rad) υπολογίζεται η ενεργός τιμή όπως φαίνεται στο σχήμα (5.1.1)

                      Σχήμα 5.1.1      Ενεργός τιμή Ημιτονικής Μορφής

Για την ορθογωνική μορφή ο χρήστης μεταβάλλοντας τις εξής τιμές: Εύρος(Α), Ημιπερίοδος (sec) και t₀(sec),υπολογίζεται η ενεργός τιμή, όπως φαίνεται στο σχήμα(5.1.2):

                        Σχήμα 5.1.2    Ενεργός τιμή Ορθογωνικής Μορφής.

Για την τριγωνική μορφή ο χρήστης μεταβάλλοντας τις εξής τιμές: Εύρος(Α), Ημιπερίοδος (sec) και t₀(sec)υπολογίζεται η ενεργός τιμή, όπως φαίνεται στο σχήμα (5.1.3):

                    Σχήμα 5.1.3     Ενεργός τιμή Τριγωνικής Μορφής.

Για την πριονωτή μορφή ο χρήστης μεταβάλλοντας τις εξής τιμές: Εύρος(Α), Ημιπερίοδος (sec) και t₀(sec)υπολογίζεται η ενεργός τιμή, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.1.4:

              Σχήμα 5.1.4    Ενεργός τιμή Πριονωτής Μορφής.