Prąd przemienny – podstawy

Nie jest to pytanie, które pojawia się na egzaminie SEP, jednak przed przystąpieniem do niego warto sobie przypomnieć podstawy (każdy elektryk musi je znać). Prąd przemienny (ang. alternating current, AC) jest to charakterystyczny przypadek prądu okresowo zmiennego, w którym wartości chwilowe zmieniają się w sposób okresowy z określoną częstotliwością. Wartości chwilowe przyjmują naprzemiennie dodatnie i ujemne wartości.  Najczęściej spotykanym prądem przemiennym jest prąd przemienny sinusoidalny, a więc w żargonie technicznym prąd przemienny oznacza prąd przemienny o przebiegu sinusoidalnym. Prąd sinusoidalny jest wykorzystywany w elektroenergetyce.

Przebieg prądu sinusoidalnego

Wielkości charakterystyczne prądu sinusoidalnego:

1. Wartość chwilowa:

Gdzie:

I_m – wartość maksymalna, amplituda,

ω – pulsacja, częstotliwość kątowa,

t – czas.

– faza początkowa prądu

2. Okres prądu sinusoidalnego

3. Pulsacja

4. Częstotliwość

5. Wartość skuteczna

W praktyce posługujemy się wartościami skutecznymi prądów i napięć. Mierniki elektromagnetyczne i elektrodynamiczne mierzą wartość skuteczną. Jeżeli mówi się, że w gniazdku jest napięcie o wartości 230V, tzn. że jest to wartość skuteczna napięcia przemiennego sinusoidalnego.

6. Moc prądu przemiennego

Wyróżniamy trzy rodzaje mocy prądu przemiennego:

Moc czynna: P=U·I·cosφ [W]

Moc bierna: Q=U·I·sinφ [var]

Moc pozorna: S=U·I [VA]

Zależność między mocami:

W powyższych wzorach:

U – wartość skuteczna napięcia,

I – wartość skuteczna prądu,

φ – kąt przesunięcia fazowego między prądem i napięciem,

– współczynnik mocy, który mówi nam jaką część mocy całkowitej pozornej stanowi moc czynna.

Prąd przemienny trójfazowy

Prąd przemienny trójfazowy to układ trzech prądów przemiennych sinusoidalnych, które są przesunięte względem siebie o kąt równy 120°.

W układach symetrycznych, suma prądów w trzech fazach wynosi zero.

Rozróżniamy dwa podstawowe układy połączeń odbiorników dla prądu trójfazowego:

1. Połączenie w gwiazdę – oznaczane Y

Połączenie w gwiazdę (Y)

Napięcie międzyfazowe:

Prąd przewodowy:

Indeks f oznacza napięcie i prąd fazowy.

2. Połączenie w trójkąt – oznaczane D

Połączenie w trójkąt (D)

Moc w układach trójfazowych symetrycznych

W praktyce poza przewodami fazowymi i przewodem zerowym (N) wykorzystywany jest jeszcze przewód ochronny (PE – kolor żółto-zielony). Przewód ochronny nie podlega obciążeniu prądami roboczymi i łączy części przewodzące dostępne z uziomem. Wykorzystywany jest do ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania.