Złożone prądy przemienne
Oprócz prostych, tj. sinusoidalne prądy przemienneczęsto spotyka się złożone prądy, w których wykres zmiany prądu w czasie nie jest sinusoidą, ale bardziej złożoną krzywą. Innymi słowy, dla takich prądów prawo zmienności prądu w czasie jest bardziej skomplikowane niż dla prostego prądu sinusoidalnego. Przykład takiego prądu pokazano na ryc. 1.
Badanie tych prądów opiera się na fakcie, że każdy złożony prąd niesinusoidalny można uznać za składający się z kilku prostych prądów sinusoidalnych, których amplitudy są różne, a częstotliwości są wielokrotnie większe niż częstotliwość dany złożony prąd. Taki rozkład prądu złożonego na szereg prądów prostych jest ważny, ponieważ w wielu przypadkach badanie prądu złożonego można sprowadzić do rozważenia prądów prostych, dla których wyprowadzono wszystkie podstawowe prawa elektrotechniki.
Ryż. 1. Złożony prąd niesinusoidalny
Nazywa się je prostymi prądami sinusoidalnymi, które tworzą złożone harmoniczne prądu i są ponumerowane w rosnącej kolejności ich częstotliwości.Na przykład, jeśli prąd złożony ma częstotliwość 50 Hz, to jego pierwszą harmoniczną, inaczej zwaną oscylacją podstawową, jest prąd sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz, drugą harmoniczną jest prąd sinusoidalny o częstotliwości 100 Hz, trzecia harmoniczna ma częstotliwość 150 Hz i tak dalej.
Liczba harmoniczna wskazuje, ile razy jej częstotliwość jest większa niż częstotliwość danego prądu zespolonego. Wraz ze wzrostem liczby harmonicznych ich amplitudy zwykle maleją, ale są wyjątki od tej reguły. Czasami niektóre harmoniczne są całkowicie nieobecne, to znaczy ich amplitudy są równe zeru. Zawsze występuje tylko pierwsza harmoniczna.
Ryż. 2. Złożony prąd przemienny i jego harmoniczne
Jako przykład, FIG. 2a przedstawia wykres złożonego prądu składającego się z pierwszej i drugiej harmonicznej oraz wykresy tych harmonicznych, a na FIG. 2, b, to samo pokazano dla prądu składającego się z pierwszej i trzeciej harmonicznej. Na tych wykresach dodawanie harmonicznych i uzyskiwanie prądu sumarycznego o złożonym kształcie odbywa się poprzez dodawanie segmentów pionowych przedstawiających prądy w różnych momentach z uwzględnieniem ich znaków (plus i minus).
Czasami złożony prąd, oprócz harmonicznych, obejmuje również DC, czyli składnik stały. Ponieważ stała częstotliwość wynosi zero, stałą składową można nazwać zerową harmoniczną.
Trudno jest znaleźć harmoniczne złożonego prądu. Poświęcona jest temu specjalna sekcja matematyki zwana analiza harmoniczna... Jednak według niektórych znaków można ocenić obecność pewnych harmonicznych. Na przykład, jeśli dodatnie i ujemne półfale prądu złożonego mają ten sam kształt i maksymalną wartość, wówczas taki prąd zawiera tylko jedną nieparzystą harmoniczną.
Przykład takiego prądu podano na ryc. 2, b.Jeśli półfale dodatnie i ujemne różnią się od siebie kształtem i wartością maksymalną (ryc. 2, a), świadczy to o obecności harmonicznych parzystych (w tym przypadku mogą występować również harmoniczne nieparzyste).
Ryż. 3. Zespolony prąd przemienny na ekranie oscyloskopu
Napięcia przemienne i pola elektromagnetyczne o złożonych kształtach, takie jak złożone prądy, można przedstawić jako sumę prostych składowych sinusoidalnych.
Jeśli chodzi o fizyczne znaczenie rozkładu prądów złożonych na harmoniczne, można powtórzyć to, co zostało powiedziane pulsujący prąd, które również należy zaliczyć do prądów złożonych.
W obwodach elektrycznych składających się z urządzeń liniowych działanie złożonego prądu można zawsze rozpatrywać i obliczać jako całkowite działanie jego składowych prądów. Jednak w przypadku urządzeń nieliniowych ta metoda ma bardziej ograniczone zastosowanie, ponieważ może powodować znaczne błędy podczas rozwiązywania wielu problemów.
Zobacz też w tym temacie: Obliczanie obwodów prądu niesinusoidalnego