Электрические цепи переменного тока
В состав цепей переменного тока входят резистивные элементы, катушки индуктивности, конденсаторы и элементы, соединенные магнитной или емкостной связью с другими цепями.
В резистивных элементах электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Резистивный элемент характеризуется значением сопротивления и обладает некоторой индуктивностью и емкостью, влиянием которых в ряде случаев можно пренебречь (например, при низкой частоте).
Индуктивный элемент кроме индуктивности обладает также сопротивлением, которым, как правило, пренебречь нельзя. Иногда учитывается и влияние емкости.
В емкостном элементе имеются некоторые потери энергии, но они относительно невелики, и поэтому их можно не учитывать.
Процессы в цепях переменного тока отличаются от процессов в цепях постоянного тока, токи и напряжения которых неизменны. При неизменных токах в цепи не изменяются электрические и магнитные поля, связанные с цепью. В цепях переменного тока при изменениях напряжений и токов изменяются магнитные и электрические поля, связанные с цепью. При изменениях магнитных полей возникают ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, а при изменениях электрических полей в цепи протекают зарядные и разрядные токи.
В цепях переменного тока, как и постоянного, показываются условные положительные направления ЭДС, напряжений и токов.
Синусоидальные переменные величины можно графически изображать при помощи синусоид или вращающихся векторов. Соотношение между отдельными электрическими величинами, выраженное графически в форме синусоид, называется синусоидальной диаграммой. В этом случае ординаты синусоиды в определенном масштабе представляют собой мгновенные значения величины (ток, напряжение, ЭДС), а абсциссы - промежутки времени от начала отсчета.
|
|
|
Соотношение между отдельными электрическими величинами (ток, напряжение, ЭДС) одной частоты, выраженное графически в форме векторов, называется векторной диаграммой.
Вектор - это отрезок, характеризующий численное значение и направление той или иной измеряемой величины. Длина вектора в масштабе выражает амплитуду синусоиды. Угол, образованный вектором и положительным направлением оси абсцисс, в начальный момент равен начальной фазе, а частота вращения вектора равна угловой частоте. Векторы одноименных величин изображаются в одном и том же масштабе, и их взаимное расположение не изменяется, так как они вращаются с одинаковой угловой скоростью.
Мгновенные значения синусоидальной величины выражаются проекциями вращающегося вектора на ось ординат. За положительное направление вращения векторов принято направление, обратное движению часовой стрелки.
|
|
|
Рисунок 4.4 - Положение витков якоря генератора (а); б) синусоидальная диаграмма ЭДС в витках 1 и 2; в) векторная диаграмма ЭДС в витках 1 и 2.
На одной векторной диаграмме изображаются лишь те электрические величины, которые имеют одну и ту же частоту. Один из векторов на диаграмме располагают произвольно, все прочие векторы по отношению к нему - под углами, определяемыми разностью (сдвигом) фаз.
Синусоидальная и векторная диаграммы ЭДС в витках 1 и 2, расположенных на якоре генератора (рисунок 4.4, а) и имеющих соответственно начальные фазы Ψ1 и Ψ2, показаны на рисунке 4.4, б, в.
Цепь с резистивным элементом, имеющим активное сопротивление
Активным называется сопротивление проводника переменному току. Активное сопротивление всегда больше омического за счет поверхностного эффекта, вытеснения тока к поверхностным слоям проводника. Явление поверхностного эффекта как бы уменьшает полезное сечение провода и, следовательно, увеличивает его сопротивление:
где k - коэффициент, учитывающий вытеснение тока (k = 1,02 - 1,1; меньшее значение соответствует большему сечению проводника).
|
|
|
Активное сопротивление проводника зависит от частоты протекающего по нему переменного тока: чем больше частота тока, тем сильнее проявляется поверхностный эффект. При частоте тока 50 Гц для проводников из немагнитного материала активное сопротивление считается равным омическому.
Приемниками электрической энергии, обладающими при промышленных частотах только активным сопротивлением, являются реостаты, электрические лампы, нагревательные приборы, электроплиты и другие устройства, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в тепловую.
На рисунке 4.5 а, показана цепь, имеющая только активное сопротивление. К ней подведено переменное напряжение:
По закону Ома мгновенное значение тока:
где Iм = Uм / r - амплитуда тока.
Действующие значения U и I меньше амплитудных в √2 раз, следовательно, действующий ток I = Ua / r, т. е. равен действующему напряжению, деленному на активное сопротивление.
В цепи с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе (рисунок 4.5, б).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1403; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!