Period i frekvencija izmjenične struje
Pod pojmom "izmjenična električna struja" treba podrazumijevati struju koja se na bilo koji način mijenja tijekom vremena, u skladu s pojmom "varijabilne veličine" koji je uveden u matematiku. Međutim, u elektrotehnici je izraz "izmjenična električna struja" počeo označavati električnu struju pripisanu smjeru (za razliku od električna struja stalnog smjera) i stoga u veličini, budući da je fizički nemoguće zamisliti promjene smjera električne struje bez odgovarajućih promjena u veličini.
Kretanje elektrona u vodiču prvo u jednom, a zatim u drugom smjeru naziva se titranje izmjenične struje. Nakon prvog titraja slijedi drugi, pa treći itd. Kad oko njega oscilira struja u žici, dolazi do odgovarajućeg titranja magnetskog polja.
Vrijeme jednog titraja naziva se periodom i označava se slovom T. Period se izražava u sekundama ili jedinicama djelića sekunde.To su: tisućinka sekunde je milisekunda (ms) jednaka 10-3 s, milijunti dio sekunde je mikrosekunda (μs) jednaka 10-6 s, a milijarditi dio sekunde je nanosekunda (ns ) jednako 10 -9 s.
Karakteristična važna količina naizmjenična struja, je frekvencija. Predstavlja broj oscilacija ili broj perioda u sekundi i označava se slovom f ili F. Jedinica za frekvenciju je herc, nazvan po njemačkom znanstveniku G. Hertzu i skraćeno slovima Hz (ili Hz). Ako se u jednoj sekundi dogodi jedan potpuni titraj, tada je frekvencija jednaka jednom hercu. Kada se dogodi deset vibracija u sekundi, frekvencija je 10 Hz. Učestalost i period su recipročni:
i
Na frekvenciji od 10 Hz, period je 0,1 s. A ako je period 0,01 s, tada je frekvencija 100 Hz.
Frekvencija je najvažnija karakteristika izmjenične struje. Električni strojevi i uređaji za izmjeničnu struju mogu normalno raditi samo na frekvenciji za koju su projektirani. Paralelni rad električnih generatora i stanica u zajedničkoj mreži moguć je samo na istoj frekvenciji. Stoga je u svim zemljama frekvencija izmjenične struje koju proizvode elektrane normirana zakonom.
U izmjeničnoj električnoj mreži frekvencija je 50 Hz. Struja teče pedeset puta u sekundi u jednom smjeru i pedeset puta u suprotnom smjeru. Svoju vrijednost amplitude dostiže stotinu puta u sekundi i stotinu puta postaje jednaka nuli, odnosno sto puta mijenja smjer kada prijeđe nultu vrijednost. Lampe spojene na mrežu gase se stotinu puta u sekundi i isto toliko puta jače svijetle, ali oko to ne primjećuje zbog vizualne tromosti, odnosno sposobnosti zadržavanja primljenih dojmova oko 0,1 s.
Pri proračunu s izmjeničnim strujama također koriste kutnu frekvenciju koja je jednaka 2pif ili 6,28f. Ne treba ga izražavati u hercima, već u radijanima po sekundi.
Uz prihvaćenu frekvenciju industrijske struje od 50 Hz, najveća moguća brzina generatora je 50 r / s (p = 1). Za ovaj broj okretaja grade se turbogeneratori, tj. generatori na parne turbine. Broj okretaja hidrauličkih turbina i generatora vodika koje oni pokreću ovisi o prirodnim uvjetima (prvenstveno o tlaku) i varira u širokim granicama, ponekad se smanjujući na 0,35 - 0,50 okretaja / s.
Broj okretaja ima velik utjecaj na ekonomske pokazatelje stroja — dimenzije i masu.Hidrogeneratori s nekoliko okretaja u sekundi imaju 3 do 5 puta veći vanjski promjer i višestruko veću masu od turbogeneratora iste snage s n = 50 okretaja. U modernim alternatorima njihov magnetski sustav se okreće, a žice u kojima se inducira EMF smještene su u nepokretnom dijelu stroja.
Izmjenične struje obično se dijele po frekvenciji. Struje frekvencije manje od 10 000 Hz nazivaju se niskofrekventne struje (LF struje). Za te struje frekvencija odgovara frekvenciji različitih zvukova ljudskog glasa ili glazbenih instrumenata, pa se inače nazivaju strujama audio frekvencije (osim struja s frekvencijom ispod 20 Hz, koje ne odgovaraju audio frekvencijama) . Niskofrekventne struje imaju široku primjenu u radiotehnici, osobito u radiotelefonskom prijenosu.
Ipak, glavnu ulogu u radiokomunikaciji imaju izmjenične struje frekvencije iznad 10 000 Hz, koje se nazivaju visokofrekventne struje ili radiofrekvencije (HF struje).Za mjerenje frekvencije ovih struja koriste se sljedeće jedinice: kiloherc (kHz), jednak tisuću herca, megaherc (MHz), jednak milijun herca, i gigaherc (GHz), jednak milijardu herca. Inače, kilohertz, megahertz i gigahertz označavaju kHz, MHz, GHz. Struje s frekvencijom od nekoliko stotina megaherca i više nazivaju se ultravisoke ili ultravisoke frekvencijske struje (UHF i UHF).
Radijske postaje koriste HF izmjenične struje frekvencije od nekoliko stotina kiloherca i više. U modernoj radiotehnologiji za posebne namjene koriste se struje frekvencije milijardi herca, a postoje uređaji koji mogu precizno izmjeriti takve ultravisoke frekvencije.