Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Теоретические положения. На переменном токе различают три вида идеальных сопротивлений, определяющих различный характер электромагнитных процессов в таких цепях: активное r




 

На переменном токе различают три вида идеальных сопротивлений, определяющих различный характер электромагнитных процессов в таких цепях: активное r, индуктивное xL и емкостное хС. Последние два называются реактивными сопротивлениями. Это позволяет реальные приемники электроэнергии изображать схемами замещения в виде соединения идеальных сопротивлений и проводить электротехнические расчеты, отражающие суть физических процессов в цепях переменного тока.

Идеальное активное сопротивление r. Это приемники, для которых можно пренебречь наличием переменных магнитных полей и связанных с этим явлений самоиндукции и скинэффекта (вытеснение тока из центра проводника к поверхности, в результате чего сопротивление возрастает); а также пренебрегаем возможностью накапливания электрических зарядов. В таком сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе, электрическая энергия безвозвратно превращается в другой вид энергии (тепло, свет и др.). Примерами таких сопротивлений являются лампы накаливания, резисторы, нагреватели. Потребляемая ими средняя мощность за период называется активной и измеряется в ваттах (Вт): P = Ur · I.

Идеальное индуктивное сопротивление xL. Если на сердечник из ферромагнитного материала намотать катушку из сверхпроводника (r = 0), включит в цепь переменного тока, то в связи с появлением ЭДС самоиндукции величина тока будет ограничена, а ток отстает по фазе от напряжения UL на 90 электрических градусов. Мгновенная мощность р изменяется с двойной частотой. Средняя мощность за период Р равна нулю. Четверть периода мощность потребляется из сети, превращаясь в энергию магнитного поля, а во вторую четверть возвращается в сеть, преобразуясь в электрическую энергию. Амплитудное значение мощности за четверть периода называется реактивной мощностью (QL = UL · I) измеряется в ВАр (вольт-ампер реактивный).

Идеальное емкостное сопротивление xС. При включении в цепь переменного тока конденсатора амперметр покажет постоянное наличие тока в цепи. Это не означает, что ток проходит через изоляцию между обкладками конденсатора. Это будет пробой конденсатора. Физика процессов заключается в том, что четверть периода конденсатор заряжается, потребляя энергию из сети, а вторую четверть разряжается, отдавая энергию обратно в сеть, т.е. энергия циркулирует между генератором и приемником так же, как в идеальном индуктивном сопротивлении с двойной частотой. Средняя мощность за период Р равна нулю, а амплитудная за четверть периода (QC = UC · I) также называется реактивной. Ток в такой цепи опережает напряжение UC на 90 электрических градусов. Напряжения UL и UC, а также реактивные мощности QL и QC находятся в противофазе (сдвинуты друг относительно друга во времени на 180 электрических градусов).

Реальные сопротивления. В реальных приемниках электроэнергии на переменном токе наблюдаются одновременно все те физические процессы, которые отмечены для идеальных сопротивлений. Степень возможностей идеализации определяется требуемой точностью инженерных расчетов. С учетом этого реальные приемники можно представить в виде схемы замещения, состоящей из идеальных сопротивлений. При их последовательном соединении ток в цепи одинаков, напряжение на участке цепи находится по закону Ома, напряжение на нескольких элементах определяется векторной суммой напряжений участков.

Характеристики участков цепи переменного тока при последовательном соединении элементов приведены в таблице 6.2. В общем случае в результате векторного сложения напряжений по участкам цепи образуется треугольник напряжений; разделив его стороны на ток, получим треугольник сопротивлений, а умножив на ток – треугольник мощностей. По ним находятся формулы для расчета неизвестных параметров.

Таблица 6.2

Характеристики Идеальное активное сопротивление Идеальное индуктивное сопротивление Идеальное емкостное сопротивление Последовательное соединение r, L, C-элементов  
1. Изображение и обозначение
2. Связь между током и напряжением
3. Выражение мгновенных значений напряжения тока u = Um · sinω t i = Im · sinω t u = Um · sinω t i= Im · sin(ωt – ) u = Um · sinω t i = Im · sin(ωt+ ) u = Um · sinω t i = Im · sin(ωt φ)
4. Векторная диаграмма   φ = 0 π / 2 φ = π / 2 – отстающий φ = π / 2 – опережающий UL>UC φ >0
5. Формула для определения сопротивления хL=ωL
6. Закон Ома для участка цепи
7. Коэффициент мощности
8. Мощность активная P = I 2r = UrI реактивная QL = I 2 · xL = ULI реактивная QC = I 2 · xC = UC I полная

 

Резонанс напряжений. Если xL = xC, то полное сопротивление цепи будет минимальным z = r, ток – максимальным, а UL = UC, U = Ur. Это состояние цепи называется резонансом напряжений.

При x(L,C) >> r напряжения на реактивных элементах L, C будут значительно превышать напряжение сети. Это используется в телеуправлении, автоматике для выделения полезного сигнала.

Резонанс напряжений возможен при любых параметрах L, C при определенной частоте тока, называемой резонансной ω:

xL = xC .

где .

Из этих же соотношений при известной частоте тока и величины одного из параметров (L или C) можно рассчитать величину второго параметра для получения резонанса.

В электротехнике последовательное соединение r, L, C-элементов встречается, например, в конденсаторных двигателях, причем индуктивное сопротивление обмотки и соответственно напряжение обычно на порядок больше ее активного сопротивления. При резонансе повышение напряжения на обмотке и конденсаторе может быть опасным как для оборудования, так и для персонала.

 


Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 42; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2023 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты