Složene izmjenične struje

Osim jednostavnih, tj. sinusne izmjenične struječesto se susreću složene struje kod kojih graf promjene struje u vremenu nije sinusoida, već složenija krivulja. Drugim riječima, za takve struje zakon varijacije struje s vremenom je složeniji nego za jednostavnu sinusoidnu struju. Primjer takve struje prikazan je na sl. 1.

Proučavanje ovih struja temelji se na činjenici da se svaka složena nesinusoidalna struja može smatrati sastavljenom od nekoliko jednostavnih sinusoidalnih struja, čije su amplitude različite, a frekvencije cijeli broj puta veće od frekvencije dana složena struja. Ovakva dekompozicija složene struje na niz jednostavnih struja je važna, jer se u mnogim slučajevima proučavanje složene struje može svesti na razmatranje jednostavnih struja za koje su svi osnovni zakoni izvedeni u elektrotehnici.

Riža. 1. Složena nesinusna struja

Zovu se jednostavne sinusne struje koje tvore složene strujne harmonike i numerirane su rastućim redoslijedom njihove frekvencije.Na primjer, ako složena struja ima frekvenciju od 50 Hz, tada je njen prvi harmonik, inače nazvan temeljna oscilacija, sinusna struja s frekvencijom od 50 Hz, drugi harmonik je sinusna struja s frekvencijom od 100 Hz, treći harmonik ima frekvenciju 150 Hz i tako dalje.

Harmonijski broj pokazuje koliko je puta njegova frekvencija veća od frekvencije dane složene struje. Kako se broj harmonika povećava, njihove amplitude se obično smanjuju, ali postoje iznimke od ovog pravila. Ponekad su neki harmonici potpuno odsutni, odnosno njihove amplitude su jednake nuli. Uvijek je prisutan samo prvi harmonik.

Riža. 2. Složena izmjenična struja i njeni harmonici

Kao primjer, Sl. 2a prikazuje dijagram složene struje koji se sastoji od prvog i drugog harmonika i dijagrame tih harmonika, a na Sl. 2, b, isto je prikazano za struju koja se sastoji od prvog i trećeg harmonika. U ovim grafovima zbrajanje harmonika i dobivanje ukupne struje složenog oblika vrši se dodavanjem okomitih segmenata koji prikazuju struje u različitim vremenima, uzimajući u obzir njihove predznake (plus i minus).

Ponekad složena struja, osim harmonika, uključuje i D.C., odnosno konstantna komponenta. Budući da je konstantna frekvencija nula, konstantna komponenta se može nazvati nulti harmonik.

Teško je pronaći harmonike složene struje. Tome je posvećen poseban dio matematike koji se zove harmonijska analiza... Međutim, prema nekim znakovima može se suditi o prisutnosti određenih harmonika. Na primjer, ako su pozitivni i negativni poluvalovi složene struje istog oblika i maksimalne vrijednosti, tada takva struja sadrži samo jedan neparni harmonik.

Primjer takve struje dat je na sl. 2, b.Ako se pozitivni i negativni poluvalovi međusobno razlikuju po obliku i maksimalnoj vrijednosti (slika 2, a), to služi kao znak prisutnosti parnih harmonika (u ovom slučaju mogu postojati i neparni harmonici).

Riža. 3. Kompleksna izmjenična struja na ekranu osciloskopa

Izmjenični naponi i EMF složenog oblika, kao što su složene struje, mogu se prikazati kao zbroj jednostavnih sinusoidnih komponenti.

Što se tiče fizičkog značenja razgradnje složenih struja na harmonike, može se ponoviti ono što je rečeno pulsirajuća struja, koje također treba klasificirati kao složene struje.

U električnim krugovima koji se sastoje od linearnih uređaja, djelovanje složene struje uvijek se može smatrati i izračunati kao ukupno djelovanje struja njegovih komponenti. Međutim, u prisutnosti nelinearnih uređaja, ova metoda ima ograničeniju primjenu, jer može dati značajne pogreške pri rješavanju niza problema.

Vidi također o ovoj temi: Proračun strujnih krugova nesinusne struje