Perioda a frekvence střídavého proudu
Tento termín „střídavý elektrický proud“ je třeba chápat jako proud, který se v průběhu času jakýmkoli způsobem mění, v souladu s pojmem „proměnné veličiny“ zavedeným v matematice. V elektrotechnice však termín „střídavý elektrický proud“ znamená elektrický proud přiváděný ve směru (na rozdíl od elektrický proud s konstantním směrem) a tedy ve velikosti, protože je fyzikálně nemožné si představit změny směru elektrického proudu bez odpovídajících změn velikosti.
Pohyb elektronů ve vodiči, nejprve v jednom a poté ve druhém směru, se nazývá oscilace střídavého proudu. Po prvním kmitu následuje druhý, pak třetí atd. Když proud v drátu kmitá kolem něj, dochází k odpovídajícímu kmitání magnetického pole.
Doba jednoho kmitu se nazývá perioda a označuje se písmenem T. Perioda se vyjadřuje v sekundách nebo v jednotkách zlomků sekundy.Jsou to: tisícina sekundy je milisekunda (ms) rovná 10-3 s, miliontina sekundy je mikrosekunda (μs) rovná 10-6 s a miliardtina sekundy je nanosekunda (ns ) rovnající se 10-9 s.
Charakteristická důležitá veličina střídavý proud, je frekvence. Představuje počet kmitů nebo počet period za sekundu a označuje se písmenem f nebo F. Jednotkou frekvence je hertz, pojmenovaný po německém vědci G. Hertzovi a zkrácený na písmena Hz (nebo Hz). Pokud dojde k jedné úplné oscilaci za jednu sekundu, pak se frekvence rovná jednomu hertzu. Když dojde k deseti vibracím během sekundy, frekvence je 10 Hz. Frekvence a perioda jsou reciproční:
a
Při frekvenci 10 Hz je perioda 0,1 s. A pokud je perioda 0,01 s, pak frekvence je 100 Hz.
Frekvence je nejdůležitější charakteristikou střídavého proudu Elektrické stroje a zařízení na střídavý proud mohou normálně pracovat pouze při frekvenci, pro kterou jsou navrženy. Paralelní provoz elektrocentrál a stanic ve společné síti je možný pouze na stejné frekvenci. Proto je ve všech zemích frekvence střídavého proudu produkovaného elektrárnami normována zákonem.
V elektrické síti AC je frekvence 50 Hz. Proud teče padesátkrát za sekundu v jednom směru a padesátkrát v opačném směru. Dosáhne své hodnoty amplitudy stokrát za sekundu a stokrát se rovná nule, to znamená, že stokrát změní svůj směr, když překročí nulovou hodnotu. Lampy připojené k síti stokrát za sekundu zhasnou a stejný početkrát se rozsvítí jasněji, ale oko to nezaznamená kvůli zrakové setrvačnosti, tedy schopnosti uchovat přijaté dojmy po dobu asi 0,1 s.
Při výpočtu se střídavými proudy používají i úhlovou frekvenci, která se rovná 2pif nebo 6,28f. Neměl by být vyjádřen v hertzech, ale v radiánech za sekundu.
Při přijaté frekvenci průmyslového proudu 50 Hz je maximální možná rychlost generátoru 50 r/s (p = 1). Na tento počet otáček jsou stavěny turbínové generátory, tedy generátory poháněné parními turbínami. Počet otáček hydraulických turbín a jimi poháněných vodíkových generátorů závisí na přírodních podmínkách (především na tlaku) a kolísá v širokých mezích, někdy klesající až na 0,35 — 0,50 otáčky/s.
Počet otáček má velký vliv na ekonomické ukazatele stroje — rozměry a hmotnost Hydrogenerátory s několika otáčkami za sekundu mají vnější průměr 3 až 5x větší a váží mnohonásobně více než turbínové generátory se stejným výkonem s n = 50 otáček. U moderních alternátorů se jejich magnetický systém otáčí a vodiče, ve kterých se indukuje EMF, jsou umístěny ve stacionární části stroje.
Střídavé proudy se obvykle dělí podle frekvence. Proudy s frekvencí menší než 10 000 Hz se nazývají nízkofrekvenční proudy (LF proudy). U těchto proudů frekvence odpovídá frekvenci různých zvuků lidského hlasu nebo hudebních nástrojů, a proto se jim jinak říká audiofrekvenční proudy (kromě proudů s frekvencí pod 20 Hz, které audio frekvencím neodpovídají) . V radiotechnice jsou nízkofrekvenční proudy široce používány, zejména při radiotelefonním přenosu.
Hlavní roli v rádiové komunikaci však hrají střídavé proudy s frekvencí nad 10 000 Hz, nazývané vysokofrekvenční proudy nebo rádiové frekvence (HF proudy).Pro měření frekvence těchto proudů se používají následující jednotky: kilohertz (kHz), rovný tisíc hertzů, megahertz (MHz), rovný miliónu hertzů, a gigahertz (GHz), rovný miliardě hertzů. Jinak kilohertz, megahertz a gigahertz znamenají kHz, MHz, GHz. Proudy s frekvencí stovek megahertzů a vyšší se nazývají ultravysoko nebo ultravysokofrekvenční proudy (UHF a UHF).
Rozhlasové stanice pracují pomocí vysokofrekvenčních střídavých proudů s frekvencí stovek kilohertzů a vyšší. V moderní rádiové technice se pro speciální účely používají proudy o frekvenci miliard hertzů a existují zařízení, která dokážou přesně měřit takové ultravysoké frekvence.