Kompleksni izmenični tokovi

Poleg enostavnih, tj. sinusni izmenični tokovipogosto srečamo kompleksne tokove, pri katerih graf spremembe toka v času ni sinusoida, temveč bolj kompleksna krivulja. Z drugimi besedami, za takšne tokove je zakon o spreminjanju toka s časom bolj zapleten kot za preprost sinusni tok. Primer takega toka je prikazan na sl. 1.

Študija teh tokov temelji na dejstvu, da se lahko vsak kompleksen nesinusoidni tok obravnava kot sestavljen iz več preprostih sinusoidnih tokov, katerih amplitude so različne, frekvence pa so celo število krat večje od frekvence podanega kompleksnega toka. Takšna razgradnja kompleksnega toka na niz enostavnih tokov je pomembna, saj se v mnogih primerih lahko preučevanje kompleksnega toka skrči na obravnavo enostavnih tokov, za katere so v elektrotehniki izpeljani vsi osnovni zakoni.

riž. 1. Kompleksni nesinusni tok

Imenujejo se preprosti sinusni tokovi, ki tvorijo kompleksne tokovne harmonike in so oštevilčeni v naraščajočem vrstnem redu glede na njihovo frekvenco.Na primer, če ima kompleksni tok frekvenco 50 Hz, potem je njegov prvi harmonik, sicer imenovano osnovno nihanje, sinusni tok s frekvenco 50 Hz, drugi harmonik je sinusni tok s frekvenco 100 Hz, tretji harmonik ima frekvenco 150 Hz itd.

Harmonično število označuje, kolikokrat je njegova frekvenca večja od frekvence danega kompleksnega toka. Ko se število harmonikov poveča, se njihove amplitude običajno zmanjšajo, vendar obstajajo izjeme od tega pravila. Včasih so nekateri harmoniki popolnoma odsotni, to je, da so njihove amplitude enake nič. Vedno je prisoten le prvi harmonik.

riž. 2. Kompleksni izmenični tok in njegovi harmoniki

Kot primer sl. 2a prikazuje graf kompleksnega toka, ki ga sestavljata prvi in ​​drugi harmonik ter grafa teh harmonikov, na sl. 2, b, enako je prikazano za tok, sestavljen iz prvega in tretjega harmonika. V teh grafih se dodajanje harmonikov in pridobivanje skupnega toka s kompleksno obliko izvede z dodajanjem navpičnih segmentov, ki prikazujejo tokove v različnih časih, ob upoštevanju njihovih predznakov (plus in minus).

Včasih kompleksni tok poleg harmonikov vključuje tudi D.C., to je konstantna komponenta. Ker je konstantna frekvenca enaka nič, lahko konstantno komponento imenujemo ničelni harmonik.

Težko je najti harmonike kompleksnega toka. Temu je posvečen poseben del matematike, imenovan harmonska analiza ... Vendar pa je po nekaterih znakih mogoče soditi o prisotnosti določenih harmonikov. Na primer, če sta pozitivni in negativni polval kompleksnega toka enaka po obliki in največji vrednosti, potem tak tok vsebuje samo en lihi harmonik.

Primer takega toka je podan na sl. 2, b.Če se pozitivni in negativni polvalovi med seboj razlikujejo po obliki in največji vrednosti (slika 2, a), je to znak prisotnosti sodih harmonikov (v tem primeru so lahko tudi lihi harmoniki).

riž. 3. Kompleksni izmenični tok na zaslonu osciloskopa

Izmenične napetosti in EMF kompleksne oblike, kot so kompleksni tokovi, je mogoče predstaviti kot vsoto preprostih sinusnih komponent.

Kar zadeva fizični pomen razgradnje kompleksnih tokov v harmonike, lahko ponovimo povedano pulzirajoči tok, ki jih je prav tako treba uvrstiti med kompleksne tokove.

V električnih tokokrogih, sestavljenih iz linearnih naprav, lahko delovanje kompleksnega toka vedno obravnavamo in izračunamo kot skupno delovanje njegovih sestavnih tokov. Vendar pa ima ta metoda v prisotnosti nelinearnih naprav bolj omejeno uporabo, saj lahko pri reševanju številnih problemov povzroči znatne napake.

Glej tudi na to temo: Izračun tokokrogov nesinusnega toka