Види опорів у ланцюгах змінного струму
У ланцюгах змінного струму опору поділяють на активні та реактивні.
Уактивних опорах, включених у ланцюг змінного струму, електрична енергія перетворюється на теплову. Активний опірRмають, наприклад, проводи електричних ліній, обмотки електричних машин і т.д.
Уреактивних опорахелектрична енергія, що виробляється джерелом, не витрачається. При включенні реактивного опору ланцюг змінного струму виникає лише обмін енергією між ним і джерелом електричної енергії. Реактивний опір створюють індуктивності та ємності.
Якщо не враховувати взаємний вплив окремих елементів електричного ланцюга, то в загальному випадку електричний ланцюг синусоїдального струму може бути представлений трьома пасивними елементами:активним опором R, індуктивністю L та ємністю C.
Активний опір у ланцюзі змінного струму.
При включенні в ланцюг змінного струму активного опору струм і напруга збігаються по фазі (рис. 3.7) і змінюються за одним і тим же синусоїдальним законом:u=Um·sinωt.Вони одночасно досягають своїх максимальних значень і одночасно проходять через нуль (рис. 3.7.б).
Схема включення в ланцюг змінного струму активного опоруR(a), криві струмуi, напругиuі потужностіp(б) і векторної діаграми.
Для ланцюга змінного струму, що містить тільки активний опір, закон Ома має таку форму, як і для ланцюга постійного струму:I=
Електрична потужністьРв ланцюгу з активним опором у будь-який момент часу дорівнює добутку миттєвих значень сили струмуIі напругиu:Р=UI.
З графіка видно, що зміна потужності відбувається з подвійною частотою по відношенню до зміни струму та напруги, тобто. один період зміни потужності відповідає половині періоду зміни струму та напруги. Усі значення потужності позитивні, це, що енергія передається від джерела до споживача.
Середня потужністьРcp, що споживається активним опором,P=UI=I 2 R– це і єактивна потужність.
Під індуктивністю Lрозумітимемо елемент електричного ланцюга (котушку індуктивності, втратами якої можна знехтувати), здатний запасати енергію у своєму магнітному полі, який не має активного опору та ємностіС( (5) рис.3.8).
Схема включення в ланцюг змінного струму індуктивності (а), криві струмуi, напругиu, е.р.с.eL(б) та векторна діаграма (в)
При включенні в ланцюг змінного струму індуктивності змінний струм безперервно індукує в ній е.р.с. самоіндукціїeL= L,де – швидкість зміни струму.
Коли кутωtдорівнює 90 ° і 270 ° швидкість зміни струму = 0, тому е.р.с.eL=0.
Швидкість зміни струму буде найбільшою, коли кутωtдорівнює 0°, 180° та 360°. У ці хвилини часу е.р.с. має найбільше значення.
Крива потужності є синусоїдою, яка змінюється з подвійною частотою в порівнянні з частотою зміни струму і напруги. Потужність має позитивні та негативні значення, тобто. виникає безперервний коливальний процес обміну енергією між джерелом та індуктивністю.
Е.Д.С. самоіндукції згідно з правилом Ленца спрямована так, щобперешкоджати зміні струму.
У першу чверть періоду, коли струм збільшується, е.р.с. має негативне значення (спрямована проти струму).
У другу чверть періоду, коли струм зменшується, е.р.с. має позитивне значення (збігається у напрямку зі струмом).
У третю чверть періодуструм змінює свій напрямок і збільшується, тому е.р.с. спрямована проти струму та має позитивне значення.
У четверту чверть періодуструм зменшується і е.р.с. самоіндукції прагне підтримати колишнє положення струму та має негативне значення. В результаті струм відстає від напруги по фазі на кут 90 О .
Опір котушки чи провідника змінному струму, викликане дією е.р.с. самоіндукції називаєтьсяіндуктивним опором ХL[Ом]. Індуктивний опір не залежить від матеріалу котушки та від площі поперечного перерізу провідника.
У ланцюгах змінного струму котушки індуктивності з'єднують послідовно та паралельно.
При послідовному з'єднанні котушок еквівалентна індуктивністьLеі еквівалентний індуктивний опірXLэбудуть рівні:
При паралельному з'єднанні котушок:
=++…=++…
1. Які види опору в ланцюгах змінного струму Ви знаєте?
2. Що означає активний опір?
3. Що таке реактивний опір?
4. Які елементи ланцюга створюють реактивний опір?
5. Що таке активна потужність?
6. Дайте визначення індуктивності.
7. Що відбувається у першу чверть періоду коливального процесу обміну енергією між джерелом та індуктивністю?
8. Що відбувається у другу чверть періодуколивального процесу обміну енергією між джерелом та індуктивністю?
9. Дайте визначення індуктивного опору.
3.3. Конденсатори. Ємність у ланцюгу змінного струму
Конденсатор –пристрій, здатний накопичувати електричні заряди.
Найпростіший конденсатор є дві металеві пластини (електроди), розділені діелектриком.
Кожен конденсатор характеризується номінальною ємністю та допустимою напругою. Напруга конденсатора вказують на корпусі, і перевищувати його не можна. Конденсатори розрізняються формою електродів (плоский), типом діелектрика та ємністю (постійною та змінною).