+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Сопротивления в цепи переменного тока


Сопротивления в цепи переменного тока

Категория:

Сварка металлов



Сопротивления в цепи переменного тока

В цепях переменного тока различают активное, индуктивное и емкостное сопротивления.

Под активным сопротивлением R понимается сопротивление проводника, измеренное при црохождении по нему переменного тока. Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, называется омическим. В одной и той же электрической цепи активное сопротивление больше омического. При низких частотах переменного тока разница между активным и омическим сопротивлением проводника мала и ее можно не учитывать. В цепи переменного тока с активным сопротивлением (идеальный частный случай) напряжение и вызванный им ток совпадают по фазе, т. е. кривые напряжения и тока одновременно проходят через нулевые и амплитудные значения. На векторной диаграмме этой цепи векторы напряжения и тока совпадают по направлению.

В любой электрической цепи переменного тока вокруг проводников с током возникает магнитное поле, следовательно электрическая цепь всегда обладает индуктивностью. Если переменное напряжение приложить к катушке индуктивности, ток в цепи будет меньше в сравнении с тем током, который бы протекал при наличии одного активного сопротивления катушки. ЭДС самоиндукции катушки противодействует периодическим изменениям переменного тока, т. е. в катушке возникает дополнительное препятствие (кроме активного сопротивления) прохождению по ней переменного тока. Противодействие катушки индуктивности переменному току, измеряемое в омах, условно назвали индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности цепи и частоте переменного тока. Коэффициент обусловлен круговым движением, связанным с периодом синусоидальной волны тока (напряжения).

Индуктивное сопротивление XL при постоянном токе равно нулю. По этой причине недопустима ошибочная подача постоянного напряжения на электрические машины и аппараты переменного тока — в этом случае в их обмотках возникает очень большой постоянный ток, разрушающий их своим тепловым действием.

Рис. 1. Взаимоиндукция

Рис. 8. Совпадение (а) и сдвиг (б) по фазе синусоидальных напряжений и токов

Индуктивность электрической цепи вызывает сдвиг по фазе между приложенным переменным напряжением и током, вызванным этим напряжением. В цепи с чистой индуктивностью (идеальный частный случай) ток отстает на четверть периода (90°) от приложенного напряжения.

Электрический ток возникает под действием электрического поля, поэтому всякая электрическая цепь обладает некоторой емкостью С. Способность накапливать электрические заряды с одновременным повышением потенциала до определенного уровня называется электрической емкостью. Для получения необходимых емкостей применяют электрические конденсаторы. В некоторых случаях влияние емкостей на режим цепи незначительно и его можно не учитывать.

Если к электрической цепи, замкнутой на емкость, приложить постоянное напряжение, то ток возникает только в момент включения и прекращается, когда емкость заряжается до напряжения источника. Переменное напряжение, приложенное к этой же цепи, изменяется периодически и вместе с ним периодически изменяется заряд емкости. Переменный ток создает переменный ток заряда и разряда. Конденсаторы различной емкости вызывают в цепи разные токи заряда и разряда. Конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, т: е. включенный в цепь переменного тока он вносит в нее дополнительное емкостное сопротивление, измеряемое в омах. Чем больше переменный ток, тем меньше емкостное сопротивление конденсатора . Емкостное сопротивление цепи обратно пропорционально емкости конденсатора и частоте переменного тока.

Таким образом, индуктивность и емкость вносят дополнительные сопротивления в цепь переменного тока и вызывают сдвиг по фазе между приложенным напряжением и током, возникающим под действием этого напряжения. Причем индуктивность и емкость вызывают фазовые сдвиги противоположного направления, т. е. как бы компенсируют друг друга.

Индуктивное XL и емкостное Хс сопротивления являются условными величинами, их возникновение обусловлено реакцией цепи на изменения тока и напряжения в ней, поэтому оба эти сопротивления называются реактивными. Индуктивное и емкостное сопротивления называют еще безваттными сопротивлениями, т. к. на их преодоление никакой мощности не затрачивается. На индуктивном сопротивлении XL энергия источника расходуется на создание только ЭДС самоиндукции, т. е. превращается в энергию магнитного поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и магнитным полем катушки. На емкостном сопротивлении Хс энергия источника расходуется на создание электрического поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и электрическим полем конденсатора.


Реклама:

Читать далее:
Мощности в цепях переменного тока

Статьи по теме:

Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряже­ния сила тока I=0, а при включении конденсатора в цепь пере­менного напряжения сила тока I ? 0. Следовательно, конденса­тор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

Мгновенное значение напряжения равно  .

Мгновенное значение силы тока равно: 

Таким образом, колебания напряжения отстают от колебаний тока по фазе на π/2.

Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению, то для максимальных значений тока и напряжения получим: , где  — емкостное сопротивление.

Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты).

Чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току).

Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна π/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и емкостной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.

 

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.

Мгновенное значение силы тока: 

Мгновенное значение напряжения можно установить, учиты­вая, что u = — εi, где u – мгновенное значение напряжения, а εi – мгновенное значение эдс самоиндукции, т. е. при изменении тока в цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца равна по величине и противоположна по фазе приложенному напряжению.

 

.

Следовательно , где  амплитуда напряжения.

Напряжение опережает ток по фазе на π/2.

Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению, то приняв величину ωL за сопротивление катушки переменному току, получим: — закон Ома для цепи с чисто индуктивной нагрузкой.

Величина  — индуктивное сопротивление.

Т.о. в любое мгновение времени изменению силы тока противодействует ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции — причина индуктивного сопротивления.

В отличие от активного сопротивления, индуктивное не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка.

 

Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна π/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и индуктивной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.

 

основные понятия, формула для расчёта

Конденсатор оказывает определённое сопротивление переменному току и совершенно не проводит постоянный. Это свойство находит применение в различных областях радиоэлектроники и электротехники. Ёмкостное сопротивление в цепи переменного тока зависит от частоты последнего и ёмкости конденсатора.

Основные понятия

Ёмкостное сопротивление — это величина, которая создаётся конденсатором, включённым в цепь. Сопротивление подводящих проводов должно быть непренебрежимо большим. При подаче переменного тока возникают процессы, обусловленные периодическим зарядом и разрядом конденсатора.

Период разбивается на четыре четверти. В течение первой четверти напряжение растёт. В этот момент по цепи проходит зарядный ток, сила которого будет уменьшаться, достигнув нуля, когда электродвижущая сила достигнет положительного максимума. Конденсатор полностью заряжен. После этого начнётся спад напряжения. Конденсатор будет разряжаться через подключённую к нему нагрузку. По цепи потечёт ток.

К концу полупериода величина напряжения будет равна нулю, а сила тока будет наибольшей. Разрядка завершена. В начале третьей четверти электродвижущая сила будет возрастать, изменив своё направление. Вновь начнётся процесс заряда. Направление зарядного тока в третью четверть будет таким же, как и в предыдущую. По мере зарядки конденсатора эта величина будет убывать. К концу третьей четверти процесс зарядки будет завершён.

Электродвижущая сила достигнет своего наибольшего отрицательного значения. А на той обкладке, на которой в течение первого полупериода был положительный заряд, теперь будет отрицательный. Во время четвёртой четверти значение электродвижущей силы снова будет стремиться к нулю. Конденсатор будет разряжаться. Соответственно, в цепи появится постепенно нарастающий ток. Процесс повторяется. Таким образом, фаза переменного тока в конденсаторной цепи опережает фазу напряжения на 90 градусов.

Формула сопротивления

Формула ёмкостного сопротивления выводится следующим образом:

  • Вначале следует вычислить угловую частоту. Для этого частоту протекающего по цепи тока (в герцах) необходимо умножить на удвоенное число «пи».
  • Затем полученное число следует перемножить на ёмкость конденсатора в фарадах.

Чтобы получить значение ёмкостного сопротивления в омах, следует разделить единицу на число, полученное после умножения угловой частоты на ёмкость. Из этой формулы вытекает, что чем больше ёмкость конденсатора или частота переменного тока, тем меньше его сопротивление.

Когда частота будет равна нулю (постоянный ток), ёмкостное сопротивление станет бесконечно большим. Конденсатор очень большой ёмкости будет проводить ток в широком диапазоне частот.

Применение на практике

Свойства конденсатора используются при конструировании различных фильтров. Действие ёмкостного сопротивления в этом случае зависит от способа подключения детали:

  • Если он присоединён параллельно нагрузке, то получится фильтр, задерживающий высокие частоты. С их ростом падает сопротивление конденсатора. Соответственно, нагрузка на высоких частотах шунтируется сильнее, чем на низких.
  • Если деталь подключена последовательно с нагрузкой, то получится фильтр, задерживающий низкие частоты. Эта схема также не пропускает постоянное напряжение.

Ещё одна область применения — отделение переменной составляющей от постоянной. Например, в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Чем выше ёмкость, тем более низкую частоту способен воспроизвести подключённый громкоговоритель.

В фильтрах электропитания, наряду с ёмкостным сопротивлением, используется также свойство накопления и отдачи заряда. В момент повышения нагрузки заряженная ёмкость фильтра разряжается, отдавая дополнительную энергию. Она также осуществляет подавление пульсаций и прочих паразитных сигналов, пропуская их через себя и замыкая на общий провод. Таким образом, обеспечивается сглаживание и поддержание напряжения на нагрузке в заданных пределах, и устранение нежелательных междукаскадных связей, вызывающих нестабильную работу.

Благодаря своим свойствам конденсаторы используются в тех случаях, когда необходимо передать и постоянный, и переменный ток по одним и тем же проводам. Источник постоянного напряжения подключается к общему проводу и второму выводу ёмкости, через которую присоединяется источник переменного напряжения. На другой стороне происходит разделение: потребитель переменного подключается через конденсатор той же ёмкости, а потребитель постоянного — напрямую, до выводов детали.

Распространённый пример подобного использования — это телевизионная наружная антенна с усилителем. Сам телевизор или подключаемое к кабелю устройство, называемое «инжектором», подаёт напряжение питания. В антенном усилителе происходит разделение и фильтрация сигналов. Таким образом, ёмкостное сопротивление конденсатора находит широкое применение. Фильтры обеспечивают задержку одних сигналов и прохождение — других.

Благодаря этому свойству, можно передавать сразу и переменное, и постоянное напряжение, что имеет немаловажное значение при построении некоторых линий связи.

Сопротивление в цепи переменного тока. (11 класс)

1. АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11 класс

НАГРУЗКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
РЕАКТИВНАЯ
Индуктивная
АКТИВНАЯ
Емкостная

3. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• Электрические устройства, преобразующие
электрическую энергию во внутреннюю,
называются активными сопротивлениями.
15 Ом

4. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• От чего зависит активное сопротивление
проводника?

5. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Рассмотрим сначала цепь, состоящую из одного лишь
сопротивления , подключённого к синусоидальной ЭДС:
• Из второго правила Кирхгофа для такой цепи
можно сделать следующие три вывода:
• 1) ток через сопротивление совершает гармонические колебания в
одной фазе с напряжением;
• 2) максимальная сила тока (достигается при значении синуса,
равном единице) ;
• 3) связь амплитуд силы тока и напряжения на сопротивлении
формально совпадает с законом Ома для участка цепи с постоянным
током.

6. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i
u
R

7. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• Емкостное сопротивление — величина,
характеризующая сопротивление, оказываемое
переменному току электрической емкостью

8. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

9. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим цепь, состоящую из одной лишь ёмкости , подключенной к
синусоидальной ЭДС. Второе правило Кирхгофа для такой цепи
Тогда сила тока .
Величина
называется ёмкостным сопротивлением.
Можно сделать следующие три вывода:
1) ток в цепи совершает гармонические колебания, опережая по фазе
напряжение на
;
2) максимальная сила тока
;
3) связь амплитуд силы тока и напряжения на конденсаторе формально
совпадает с законом Ома для участка цепи в случае постоянных токов.

10. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Почему конденсатор оказывает конечное
сопротивление переменному току? Ведь между
обкладками конденсатора – диэлектрик, а
значит, цепь разомкнута, и её сопротивление
должно быть очень большим. Этот факт имеет
простое объяснение. Переменный
электрический ток не проходит сквозь
конденсатор, а представляет собой
периодически повторяющийся процесс
зарядки и разрядки конденсатора.

11. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i,
u
i
u
t
0
Uc
Ic

12. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Индуктивное сопротивление- величина,
характеризующее сопротивление, оказываемое
переменному току индуктивностью цепи

13. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

14. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим цепь, состоящую из одной лишь катушки индуктивности ,
присоединённой к синусоидальной ЭДС. Второе правило Кирхгофа для
такой цепи
Интегрируя, получаем:
Величина
называется индуктивным сопротивлением.
Можно сделать следующие три вывода:
1) ток через индуктивность совершает гармонические колебания и отстаёт
от напряжения по фазе на
;
2) максимальная сила тока
;
3) связь амплитуд силы тока и напряжения на индуктивности формально
совпадает с законом Ома для участка цепи в случае постоянных токов.

15. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i,
u
i
u
t
U
0

16. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

17. Сравнить накал лампочек, подключённых к синусоидальному и постоянному напряжениям. Накал лампочек для рисунка (а) одинаков.

Одинаковый накал лампочек на рис (а)
означает, что напряжения источника
постоянного тока равно эффективному
напряжению источника переменного тока
Если в обе цепи включить конденсатор
достаточно большой ёмкости (б), то лампочка в
цепи источника переменного тока будет попрежнему гореть ярко, поскольку ёмкостное
сопротивление переменному току обратно
пропорционально ёмкости и, следовательно,
будет мало. В цепи постоянного тока накал
отсутствует, поскольку между обкладками
конденсатора диэлектрик, и цепь разомкнута.
анализируя формулу
.
Постоянный ток означает, что циклическая частота
,
и, значит,
.
Если в обе цепи включить катушку достаточно большой индуктивности, то ток в цепи источника
переменного тока будет мал из-за большого индуктивного сопротивления, лампочка погаснет, а в цепи
источника постоянного тока лампочка по-прежнему будет гореть ярко, поскольку индуктивное
сопротивление постоянному току равно нулю. Действительно, в случае постоянного тока

индуктивное сопротивление
.

18. Метод векторных диаграмм

1) Вектор
направлен вдоль оси 0x
так как напряжение на активном
сопротивлении колеблется в одной фазе
с током.
U 0 U 0 R U 0 L U 0C
2) напряжение на индуктивности
опережает ток по фазе на
, вектор
повёрнут относительно оси 0x на угол
против часовой стрелки, т.е. направлен
вдоль положительного направления оси
0y.
3) напряжение на ёмкости отстаёт от
тока по фазе на
, вектор
повёрнут относительно оси 0x на угол
по часовой стрелке, т.е. направлен
вдоль отрицательного направления
оси 0y.
Сначала удобно сложить противоположно направленные вектора
и
сумма равна вектору, направленному вдоль оси 0y и по величине равному
. Их
,
где реактивное сопротивление цепи. Далее по теореме Пифагора
находим величину результирующего вектора
Величина
называется полным
сопротивлением цепи.

20. закон Ома для переменного тока

21. Пример Рассчитать допустимую амплитуду напряжения генератора в электрической цепи на рис, если пробой конденсатора наступает

при напряжении U=500 В.
Параметры схемы: C=10 мкФ, L= 1Гн, R=3 Ом, частота
генератора 50 Гц.

22. Cдвиг фаз между током в цепи и суммарным напряжением на концах цепи

• Сдвиг фаз равен углу
между векторами
и . Из
прямоугольного
треугольника
1
L
I0 X X
C
tg
I0R R
R

Цепь переменного тока. Активное сопротивление

Цепь переменного тока. Активное сопротивление  [c.308]

Активным сопротивлением Н в цепи переменного тока называют сопротивление, в котором происходит потеря энергии, выделяющейся в виде тепла. Подобное сопротивление в цепи постоянного тока называют омическим сопротивлением. При протекании переменного тока по активному сопротивлению напряжение на нем совпадает по фазе с током.  [c.98]


Для цепей, не содержащих стали, при промышленных частотах активное сопротивление можно принимать равным омическому г. Мощность цепи переменного тока (активная)  [c.208]

Для исследования состояния поверхности металлических образцов и процессов адсорбции на ней, а также свойств окисных и защитных изоляционных пленок на поверхности металла применяют емкостно-омический метод (рис. 358). Емкость и сопротивление исследуемого электрода определяют компенсационным методом — подбором соответствующих величин емкости и сопротивления Rs на мостике переменного тока с осциллографом в качестве нуль—инструмента. В электрохимических исследованиях этот метод сочетают с поляризационным методом, измеряя импеданс (полное активное и реактивное сопротивление цепи переменного тока) при различных значениях потенциала исследуемого электрода (см. 166).  [c.465]

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА  [c.240]

Отсюда средняя мощность на участь е цепи переменного тока равна произведению квадрата действующего значения силы тока lia активное сопротивление R участка цепи  [c.241]

Найдите среднюю мощность, выделяющуюся на активном сопротивлении в цепи переменного тока при амплитудном значении силы тока 2 А и амплитудном значении напряжения 310 В.  [c.296]

Найдите активное сопротивление электрической лампы накаливания, включенной в цепь переменного тока с действующим напряжением 220 В, при этом выделяется средняя мощность 100 Вт.  [c.296]

Найдите резонансную частоту последовательной цепи переменного тока конденсатора емкостью 10 мкФ и катушки индуктивностью 1 Гн с активным сопротивлением 10 Ом.  [c.296]

Фиг. 7. Цепь переменного тока, содер жащая последовательно включенные активное, индуктивное и емкостное сопротивления.

Можно провести аналогию между этим соотношением и параметрами электрической цепи. В цепи переменного тока с напряжением и и полным сопротивлением (импедансом) Z течет ток I. Эти величина для переменного тока связаны законом Ома U = = ZI. Если Z — чисто активное сопротивление (Z = R), то U = = RI. В общем случае импеданс является величиной комплексной  [c.68]

Цепь переменного тока, содержащая только активное сопротивление (рис. 6.10)  [c.299]

Предельный коэффициент эффективности акустического излучения. В цепях переменного тока с последовательным соединением мощность, расходуемая источником э.д. с., идет на нагревание активного сопротивления. Индуктивная нагрузка накапливает энергию в форме энергии магнитного поля и периодически обменивается ею с источником напряжения. Аналогичный процесс осуществляется и в поле при излучении акустических волн мощность источника энергии излучателя поглощается в виде потока энергии аку-  [c.200]

Таким образом, мощность, связанная с реактивной частью импеданса, аналогична мощности, потребляемой индуктивностью в цепи переменного тока, а сама реактивная часть 1т 2 — индуктивному сопротивлению катушки. Активная же часть Не 2 = р с ЗоЯ определяет мощность, необратимо теряемую источником на излучение в среду, и она эквивалентна активному сопротивлению электрической цепи. Поэтому эквивалентная схема акустического импеданса пульсирующей сферы может быть представлена параллельно соединенными катушкой и омическим сопротивлением.  [c.208]

Если цепь переменного тока состоит только из активных сопротивлений (лампы накаливания, дуговые лампы, прямолинейные проводники небольшой длины), то напряжение и ток совпадают по фазе.  [c.35]

Если цепь переменного тока содержит, кроме активного сопротивления, также и индуктивное сопротивление, то напряжение и ток не совпадают по фазе. В этом случае, в зависимости от соотношения между индуктивным и активным сопротивлением, ток будет отставать по фазе от напряжения на тот или другой угол.  [c.35]

Реактивные катушки 1 и 2 включаются в цепь переменного тока. У катушки 1 зазор между якорем 3 и сердечником изменяется под действием измеряемой силы давления Р, а у катушки 2 зазор между якорем 4 и сердечником остается постоянным. Катушки / и 2 присоединены к трехобмоточному трансформатору о так, что включенный в третью обмотку измерительный прибор 6 показывает разность токов катушек 1 и 2, зависящую от величины измеряемой силы давления Р. Сменные активные сопротивления 7 служат для установления желаемых пределов измерений.  [c.581]

Активное сопротивление в цепи переменного тока  [c.36]

Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи переменного тока  [c.36]

Общие сведения. Включение активных сопротивлений (резисторов) для регулирования тока сопровождается дополнительными потерями энергии. Эти потери особенно значительны в цепях с большими токами и в случаях, когда работа с включенными резисторами продолжительна. Поэтому в цепях переменного тока  [c.143]

Коэффициент кг (меньше единицы) показывает, что падение напряжения в активных сопротивлениях цепей переменного тока влияет на среднее выпрямленное напряжение только в период выпрямления, поскольку в период коммутации э. д. с., передаваемая в цепь тяговых двигателей, равна нулю. Ориентировочные значения приведенных коэффициентов 1—1,1 г=0,7н-0,8.  [c.189]

Если дуга включена в цепь переменного тока последовательно с активным сопротивлением, то мгновенные значения напряжения  [c.50]

В цепях переменного тока различают активное, индуктивное и емкостное сопротивления.  [c.12]

В, электрических цепях переменного тока с реактивными сопротивлениями различают три вида мощности полную 5, активную Р и реактивную Q. Полная мощность 5 электроустановки переменного тока состоит из мощности, расходуемой в активном сопротивлении Р и реактивной части мощности О, (геометрическая сумма).  [c.14]


Метод измерения тепловой активности жидкостей по амплитуде пульсации температуры малоинерционной плоской фольги был предложен в 1960 г. Л. П. Филипповым [1]. Идея метода заключается в том, что при нагреве малоинерционного датчика переменным током его сопротивление пульсирует с удвоенной частотой. Такое периодическое изменение сопротивления в цепи переменного напряжения приводит к появлению компоненты переменного тока утроенной частоты. Амплитуда колебания тока определяется коэффициентом тепловой активности среды х = в которой нахо-  [c.206]

Для иллюстрации физического смысла мы вернемся к рассмотренной нами электрической аналогии (см. П1-2), но уже для случая питания цепи, состоящей из активного сопротивления г самоиндукции Ь и емкости С, напряжением переменного тока  [c.167]

При 11ебольших частотах переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного ггока.  [c.241]

Электрическое сопротивление активное, реактивное и полное (комплексное). В цепи переменного тока различают активное и реактивное сопротивления. Первым обладает участок цепи, в котором отсутствует индуктивность или емкость. Реактивное сопротивление может быть индуктивным, равным о)(где Ь — индуктивность, а со — круго-  [c.247]

Резонанс. Явления резонанса возникают в цепях переменного тока при равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений или при равенстве индуктивной и ёмкостной проводимости. В этих случаях контур по отношению внешней цепи является безиндуктивным, как бы состоящим из одного активного сопротивления.  [c.521]

Активное сопротивление цепи переменного тока больще омического сопротивления той же цепи при протекании по ней постоянного тока, причиной чего являются вытеснение тока и потери в стали (если цепь содержит сталь). Для цепей, не содержащих стали, при промышленных частотах активное сопротивление Га можно принимать равным омическому г.  [c.340]

В схеме замещения (см.рис.6) pgHo- комплексный вектор источника гармоничных колебаний давления (напора) — аналог электродвижущей силы в цепи переменного тока Xt—инерционное внутреннее сопротивление машины, числовое значение которого равное Rt ИЦН х , x q. инерционные гидросопротивления (на которых отсутствуют диссипативные потери тепла) для учета конечного количества лопастей Хш, г ah, Xjq, r Q, х ех, r ex—инерционные активные гидросопротивления для моделирования соответственно гидравлических, объемных и механических потерь в РЦН.  [c.21]

Действующие значения напряжения и тока. Соотношения между амплитудными и действующими значениями. Активное и реактивное сопротивления. Индуктивное и емкостное сопротивления. Примеры индуктивных и емкостных сопротивлений в электротехнике. Полное сопротивление цепи. Последовательное и параллельное соединение активных, индуктивных и емкостных сопротивлений. Закон Ома для цейи переменного тока. Мощность переменного тока. Активная и реактивная мощность. Полная мощность переменного тока. Коэффициент мощности.  [c.318]

Применение тиристорной схемы управления позволяег простыми средствами бесступенчато регулировать обороты электродвигателя. Диоды Д7—Д10 в цепи управления тиристоров Д5 и Д6 установлены для предотвращения возникновения импульса обратной полярности на управляющем электроде. Резисторы R1 и R2 включены для выравнивания углов зажигания тиристоров. Сдвиг фазы управляющего напряжения относительно напряжения питания тиристоров осуществляется с помощью фазовращателя, который представляет собой цепь переменного тока, содержащую активное, индуктивное и емкостное сопротивления. При изменении сопротивлений резисторов R3 и R4 фаза управляющего напряжения тиристоров сдвигается в идеальном случае от О до 180°, практически л[c.332]

Изменение тока в электрической цепи (включение, выключение) вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей этому изменению. При увеличении тока она направлена против ЭДС источника напряжения, а при уменьшении тока, она мешает ему исчезнуть. Сопротивление в цепи, возникающее в результате действия ЭДС самоиндукции, называется индуктивным, а сопро-тивл 1ние проводников цепи—активным. Вся мощность, получаемая цепью переменного тока, называется кажущейся и состоит из активной и реактивной — мощностей. Активная мощность расходуется на нагрев. В двигателях переменного тока большая часть активной мощности превращается в механическую. Реактивная мощность обусловлена наличием магнитных и электрических полей в индуктивностях и емкостях цепей. В цепи с индуктивной нагрузкой нельзя избежать наличия реактивной мощ-  [c.31]

Питание цепи переменного тока осуществляется от генератора 1 через автотрансформатор 2. В режиме сииусоидальиои индукции обмотка образца питается через измерительный трансформатор тока 3 (ключ К в нижнем положении, ключ К2 замкнут), вторичная обмотка которого имеет незначительное активное сопротивление в намагничивающей цепи соблюдается условие х г, что обеспечивает синусоидальность индукции 286  [c.286]


Под активным сопротивлением R понимается сопротивление проводника, измеренное при прохождении по нему переменного тока. Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, называется омическим. В одной и той же электрической цепи активное сопротивление больше омического. При низких частотах переменного тока разница между активным и омическим сопротивлением проводника мала и ее можно не учитывать. В цепи переменного тока с активным сопротивлением (идеальный частный случай) напря.жение и вызванный им ток совпадают по фазе, т. е. кривые напряжения и тока одновременно проходят через нулевые и амплитудные значения (рис. 8 а). На векторной диаграмме этой цепи векторы напряжения и тока совпадают по направлению.  [c.12]

В любой электрической цепи переменного тока вокруг проводников с током возникает магнитное поле, следовательно электрическая цепь всегда обладает индуктивностью. Если переменное напряжение приложить к катушке индуктивности, ток в цепи будет меньше в сравнении с тем током, который бы протекал при наличии одного активного сопротивления катуш ки. ЭДС самоиндукции катушки противодействует периодическим изменениям переменного тока, т. е. в катушке возникает дополнительное препятствие (кроме активного сопротивления) прохождению по ней переменного тока. Противодействие катушки индуктивности переменному току, измеряемое в омах, условно назвали индуктивным сопротивлением Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности цепи и частоте переменного токя Xц=2n f L. Коэффициент 2л  [c.12]

Обозначения h(H) — высота оси вращения i3jj — наружный диаметр сердечников статоров (для асинхронных двигателей) Р — номинальная мощность 7 — номинальное напряжение питания /ц —номинальное значение силы тока — номинальная частота вращения вала — номинальный момент max — максимальная частота вращения вала т — коэффициент полезного действия Ля — сопротивление якорной обмотки Лд — сопротивление дополнительных полюсов (на дополнительных полюсах располагается компенсационная обмотка, которая включается последовательно с обмоткой якоря и предназначена для улучшения процесса коммутации в щеточно-коллекторном узле) — сопротивление обмотки возбуждения — индуктивность обмотки якоря J — момент инерции якоря S — номинальное скольжение М ах> — максимальный и пусковой момент на валу соответственно (для асинхронных двигателей) — пусковой ток os ф — коэффициент мощности (отношение активной мощности цепи переменного тока к полной мощности, чем ближе к единице, тем лучше).  [c.194]

В начале развития коллекторных двнга-1 лей для улучшения коммутации применяли туигировку дополнительных полюсов омн-меским сопротивлением. В этом случае по 1кону сложения токов в разветвлённых цепях переменного тока ток в шунтирующем активном сопротивлении опережает ток в обмотке дополнительных полюсов на ГОЛ а (фиг. 71), представляющих собой реактивное (главным образом) и активное сопротивление.  [c.609]


7 «Б»

Урок

1/1

  Что изучает физика. Физические термины. Наблюдения и опыты. § 1 — 3, Л № 5, 12
2/2   Физические величины. Измерение физических величин. Погрешность и точность измерений § 4, 5, упр.1
3/3   Определение цены деления измерительного прибора § 4, 5
4/4   Физика и техника § 6,
    Первоначальные сведения о строении вещества  
5/1   Строение вещества. Молекулы § 7, 8
6/2   Определение размеров малых тел § 7, 8
7/3   Движение молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах § 9,
8/4   Взаимодействие молекул

9/5

  Три состояния вещества § 11, 12
10/6   Повторение. Контрольная работа №1 «Первоначальные сведения о строении вещества» § 12
     

Ёмкостное сопротивление. Индуктивное сопротивление

Физика – какая ёмкость слова,

Физика для нас не просто звук,

Физика – опора и основа,

Всех без исключения наук!

Задача 1. В цепи переменного тока с частотой 50 Гц при напряжении 220 В возникает сила тока 4 А. Известно, что в эту цепь включена катушка с ничтожно малым активным сопротивлением. Какова индуктивность катушки?

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Индуктивное сопротивление определяется по формуле

Циклическую частоту можно рассчитать по выражению

Запишем закон Ома для участка цепи

Приравняем две последних формулы для расчёта индуктивного сопротивления и выразим индуктивность катушки

Ответ: 175 мГн.

Задача 2. . При увеличении частоты от 50 Гц до 60 Гц, ёмкостное сопротивление конденсатора с постоянной ёмкостью уменьшилось на 10 Ом.  Найдите электроёмкость конденсатора.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Ёмкостное сопротивление определяется по формуле

Циклическую частоту можно определить по выражению

Тогда ёмкостное сопротивление

Применим данную формулу для двух значений частоты

Изменение ёмкостного сопротивления конденсатора определяется по формуле

Тогда электроёмкость конденсатора

Ответ: 53 мкФ.

Задача 3. Известно, что через катушку, включенную в цепь переменного тока с частотой 200 Гц, проходит ток не более 3 А. Найдите напряжение на катушке, в момент времени t = 0,2 мс, если в начальный момент времени оно максимально. Индуктивность катушки равна 5 мГн.

ДАНО:

СИ

РЕШЕНИЕ

Из закона Ома для участка цепи следует

Индуктивное сопротивление определяется по формуле

Амплитудное напряжение рассчитывается по выражению

Запишем уравнение гармонических колебаний напряжения

Циклическая частота равна

Тогда уравнение гармонических колебаний напряжения будет иметь вид

Тогда в момент времени t = 0,2 мс напряжение будет равно

Ответ: 18,3 В.

Задача 4. Докажите, что если частота переменного тока равна собственной частоте, то по катушке индуктивности и конденсатору будет протекать одинаковый ток, а также на катушке и на конденсаторе будет одинаковое напряжение.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Собственная циклическая частота в колебательном контуре равна

По определению, собственная частота – это частота свободных колебаний (то есть, колебаний при отсутствии активного сопротивления)

Таким образом, имеется два случая: либо катушка и конденсатор подключены параллельно, либо они подключены последовательно. Активное сопротивление отсутствует.

Рассмотрим параллельное соединение

Из закона Ома для участка цепи

Индуктивное сопротивление определяется по формуле

Ёмкостное сопротивление определяется по формуле

С учётом двух последних формул и равенства напряжений получаем

Теперь рассмотрим последовательное соединение

При последовательном соединении

Из закона Ома для участка цепи

Индуктивное сопротивление определяется по формуле

Ёмкостное сопротивление определяется по формуле

С учётом двух последних формул и равенства силы тока получаем

Доказать

Ответ: доказано.

Что такое сопротивление постоянному и переменному току?

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S. Hussain Ather

Когда электростанции подают электроэнергию в здания и домашние хозяйства, они посылают их на большие расстояния в виде постоянного тока (DC). Но бытовая техника и электроника обычно используют переменный ток.

Преобразование между двумя формами может показать вам, как сопротивления для разных форм электричества отличаются друг от друга и как они используются на практике.Вы можете придумать уравнения постоянного и переменного тока, чтобы описать разницу в сопротивлении постоянному и переменному току.

В то время как мощность постоянного тока течет в одном направлении в электрической цепи, ток от источников переменного тока чередуется между прямым и обратным направлениями через равные промежутки времени. Эта модуляция описывает, как изменяется переменный ток, и принимает форму синусоидальной волны.

Это различие также означает, что вы можете описать мощность переменного тока с помощью измерения времени, которое вы можете преобразовать в пространственное измерение, чтобы показать вам, как напряжение изменяется в разных областях самой цепи.Используя основные элементы схемы с источником питания переменного тока, можно математически описать сопротивление.

Сопротивление постоянному току и переменному току

Для цепей переменного тока обрабатывайте источник питания синусоидальной волной в соответствии с законом Ома ,

В = IR

для напряжения В, , тока I и сопротивление R , но используйте полное сопротивление Z вместо R.

Сопротивление цепи переменного тока можно определить так же, как и для цепи постоянного тока: разделив напряжение на ток.В случае цепи переменного тока сопротивление называется импедансом и может принимать другие формы для различных элементов схемы, таких как индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление, измерение сопротивления катушек индуктивности и конденсаторов, соответственно. Индукторы создают магнитные поля для хранения энергии в ответ на ток, в то время как конденсаторы накапливают заряд в цепях.

Вы можете представить электрический ток через сопротивление переменному току

I = I_m \ sin {(\ omega t + \ theta)}

для максимального значения тока Im , как разность фаз θ , угловая частота контура ω и время t .Разность фаз — это измерение угла самой синусоидальной волны, которое показывает, насколько ток не совпадает по фазе с напряжением. Если ток и напряжение совпадают по фазе друг с другом, то фазовый угол будет равен 0 °.

Частота зависит от того, сколько синусоидальных волн прошло через одну точку за одну секунду. Угловая частота — это частота, умноженная на 2π, чтобы учесть радиальный характер источника питания. Умножьте это уравнение для тока на сопротивление, чтобы получить напряжение.2}

для индуктивного сопротивления X L , емкостного сопротивления X C для определения полного сопротивления Z по переменному току. Это позволяет вам измерить полное сопротивление между катушками индуктивности и конденсаторами в переменном токе. схемы. Вы также можете использовать уравнения X L = 2πfL и X C = 1 / 2πfC , чтобы сравнить эти значения сопротивления с индуктивностью L и емкостью C для индуктивность в Генри и емкость в Фарадах.

Уравнения цепей постоянного и переменного тока

Хотя уравнения для цепей переменного и постоянного тока принимают разные формы, они оба основываются на одних и тех же принципах. Учебное пособие по цепям постоянного и переменного тока может продемонстрировать это. Цепи постоянного тока имеют нулевую частоту, потому что, если бы вы наблюдали за источником питания для цепи постоянного тока, не было бы никакой формы волны или угла, под которым вы можете измерить, сколько волн пройдет заданную точку. Цепи переменного тока показывают эти волны с гребнями, впадинами и амплитудами, которые позволяют использовать частоту для их описания.

Сравнение уравнений постоянного тока и цепей может показать разные выражения для напряжения, тока и сопротивления, но лежащие в основе теории, которые управляют этими уравнениями, одинаковы. Различия в уравнениях цепи постоянного и переменного тока обусловлены природой самих элементов схемы.

Вы используете закон Ома V = IR в обоих случаях, и вы суммируете ток, напряжение и сопротивление между разными типами цепей одинаково для цепей постоянного и переменного тока. Это означает суммирование падений напряжения вокруг замкнутого контура, равное нулю, и вычисление тока, который входит в каждый узел или точку в электрической цепи, как равного выходящему току, но для цепей переменного тока вы используете векторы.

Учебное пособие по цепям постоянного и переменного тока

Если у вас была параллельная цепь RLC, то есть цепь переменного тока с резистором, индуктором (L) и конденсатором, расположенными параллельно друг другу и параллельно источнику питания, вы бы рассчитали ток, напряжение и сопротивление (или, в данном случае, импеданс) так же, как и для цепи постоянного тока.

Суммарный ток от источника питания должен равняться сумме векторов тока, протекающего через каждую из трех ветвей.2

для тока питания I S , тока резистора I R , тока индуктора I L и тока конденсатора I C . Это контрастирует с версией ситуации для цепи постоянного тока, которая была бы

I_S = I_R + I_L + I_C

Поскольку падение напряжения на ветвях остается постоянным в параллельных цепях, мы можем рассчитать напряжения на каждой ветви в параллельной цепи RLC как R = V / I R , X L = V / I L и X C = V / I C .2}

Это значение 1 / Z также называется проводимостью для цепи переменного тока. Напротив, падение напряжения на ветвях для соответствующей схемы с источником питания постоянного тока будет равно напряжению источника питания В, .

Для последовательной цепи RLC, цепи переменного тока с последовательно соединенными резистором, катушкой индуктивности и конденсатором, вы можете использовать те же методы. Вы можете рассчитать напряжение, ток и сопротивление, используя те же принципы установки тока на входе и выходе из узлов и точек как равные друг другу, суммируя падения напряжения на замкнутых контурах как равные нулю.

Ток в цепи будет одинаковым для всех элементов и будет определяться током для источника переменного тока I = I m x sin (ωt) . Напряжение, с другой стороны, можно суммировать по контуру как В с — В R — В L — В C = 0 для В R для напряжение питания В S , напряжение резистора В R , напряжение индуктора В L и напряжение конденсатора В C .

Для соответствующей цепи постоянного тока ток будет просто В / R , как задано законом Ома, и напряжение также будет В с — В R — В L — В C = 0 для каждого компонента в серии. Разница между сценариями постоянного и переменного тока заключается в том, что для постоянного тока вы можете измерить напряжение резистора как IR , напряжение катушки индуктивности как LdI / dt и напряжение конденсатора как QC (для заряда C и емкость Ом) , напряжения для цепи переменного тока будут В R = IR, VL = IX L sin (ωt + 90 ° ) и VC = IX C sin (ωt — 90 ° ). Это показывает, как цепи RLC переменного тока имеют индуктивность впереди источника напряжения на 90 ° и конденсатор сзади на 90 °.

В чем разница между сопротивлением и импедансом?


Спросил: Венудхар

Ответ

Сопротивление — это понятие, используемое для постоянного тока (постоянного тока), тогда как импеданс — это эквивалент переменного тока (переменного тока).

Сопротивление возникает из-за того, что электроны в проводнике сталкиваются с ионной решеткой проводника, что означает, что электрическая энергия преобразуется в тепло.Различные материалы имеют разное удельное сопротивление (свойство, определяющее, насколько резистивным будет материал заданных размеров).

Однако, рассматривая переменный ток, вы должны помнить, что он колеблется как синусоида, поэтому знак всегда меняется. Это означает, что необходимо учитывать другие эффекты, а именно индуктивность и емкость.

Индуктивность наиболее очевидна в витой проволоке. Когда через провод течет ток, вокруг него создается круговое магнитное поле. Если вы скручиваете провод в соленоид, поля вокруг провода суммируются, и вы получаете магнитное поле, аналогичное полю стержневого магнита снаружи, но вы получаете однородное магнитное поле внутри.С переменным током, поскольку знак всегда меняется, направление поля в проводах всегда меняется — поэтому магнитное поле соленоида также постоянно меняется. Теперь, когда силовые линии пересекают проводник, создается ЭДС таким образом, чтобы уменьшить создавшие ее эффекты (это комбинация законов Ленца и Фарадея, которые математически утверждают, что E = N * d (thi) / dt, где thi магнитный поток). Это означает, что когда через проводник протекает переменный ток, индуцируется небольшая обратная ЭДС или обратный ток, уменьшая общий ток.

Емкость — это свойство, лучше всего иллюстрируемое двумя металлическими пластинами, разделенными изолятором (который мы называем конденсатором). Когда ток течет, электроны накапливаются на отрицательной пластине. Электрическое поле распространяется и отталкивает электроны на противоположной пластине, делая ее положительно заряженной. Из-за накопления электронов на отрицательной пластине входящие электроны также отталкиваются, поэтому общий ток в конечном итоге падает до нуля в результате экспоненциального затухания. Емкость определяется как заряд, накопленный / перемещаемый на конденсаторе, деленный на разность потенциалов на нем, а также может быть рассчитан по размеру пластин и примитивности изолятора.

Итак, просто сопротивление и импеданс имеют разное фундаментальное происхождение, хотя расчет их значений одинаков:

R = V / I
Ответил: Мартин Арчер, студент-физик, Имперский колледж Лондона, Великобритания

Импеданс — это более общий термин для обозначения сопротивления, который также включает реактивное сопротивление.

Другими словами, сопротивление — это противодействие постоянному электрическому току. Чистое сопротивление не изменяется с частотой, и обычно единственное сопротивление рассматривается только при постоянном токе (постоянный ток — не меняется) электричестве.

Реактивное сопротивление, однако, является мерой сопротивления электричеству переменного тока из-за емкости или индуктивности. Это противодействие меняется с частотой. Например, конденсатор пропускает постоянный ток только короткое время, пока он не зарядится; в этот момент ток перестанет течь, и он будет выглядеть как открытое. Однако, если на этот конденсатор подается очень высокая частота (сигнал, который имеет напряжение, которое очень быстро меняется взад и вперед), конденсатор будет выглядеть как короткое замыкание.Конденсатор имеет реактивное сопротивление, обратно пропорциональное частоте. Катушка индуктивности имеет реактивное сопротивление, которое прямо пропорционально частоте — постоянный ток легко протекает, в то время как высокочастотный переменный ток прекращается.

Импеданс — это суммарный вклад как сопротивления, так и реактивного сопротивления. Это важно для анализа и проектирования переменного тока. При постоянном токе реактивные элементы могут быть заменены их стационарной моделью (конденсатор-> разомкнут, индуктор-> короткое замыкание) и может учитываться сопротивление. (это неверно для анализа переходных процессов)

Важно отметить, что хотя энергия поступает в оба, она «сгорает» только из-за сопротивления.Мощность должна быть выражена в виде активной и реактивной мощности. Резистивная мощность фактически сжигает энергию в тепло, в то время как реактивная мощность просто накапливает энергию в E-полях и B-полях.

Часто вы слышите об «импедансе» линий передачи, таких как кабели, которые проходят между компонентами вашей стереосистемы, и об импедансе таких вещей, как динамики. Вы также услышите, что важно совместить их, иначе вы получите отражение.

Это гораздо более сложный предмет, который несколько ответов прокомментировали в недавних вопросах о свете и его скорости.

Однако я хочу упомянуть, что когда вы слышите об импедансе линии передачи, такой как кабель динамика, антенна, коаксиальный кабель или что-то еще, это не означает энергию, которая «сжигается» в кабеле. Это связано с тем, как энергия накапливается в кабеле при распространении по нему. Кабель не нагревается (ну, на самом деле это так, но предположим, что для простоты используется вариант без потерь), когда по нему проходит сигнал. Неправильно думать о 75-омном кабеле как о 75-омном резисторе.«Эти 75 Ом — это чисто реактивное сопротивление (в идеале, хотя в реальных кабелях действительно есть затухание).

Обратите внимание, что импеданс и реактивное сопротивление даны в единицах «Ом», как и сопротивление. Емкость измеряется в Фарадах, а индуктивность — в Генри, и они относятся к импедансу, но не являются мерой импеданса. Как я уже сказал, импеданс конденсатора обратно пропорционален его емкости, а импеданс катушки индуктивности прямо пропорционален его индуктивности.

Это может показаться немного абстрактным.Импеданс на самом деле представляет собой абстракцию гораздо более сложных вещей (таких как постоянные времени и время нарастания), которые инженеры-электрики должны постоянно учитывать. Идея «импеданса» позволяет объединить многие из этих вещей в одну тему, чтобы их было легче передать.

Короткий ответ — импеданс включает реактивное сопротивление, а реактивное сопротивление включает эффекты, которые зависят от частоты из-за индуктивности и емкости.
Ответил: Тед Павлик, студент-электротехник, Ohio St.

Противодействие протеканию переменного тока

Противодействие протеканию переменного тока

Существует три фактора, которые могут создать противодействие потоку электронов (току) в цепи переменного тока. Сопротивление, как и сопротивление цепей постоянного тока, измеряется в омах и оказывает прямое влияние на переменный ток независимо от частоты. С другой стороны, индуктивное и емкостное сопротивление препятствуют протеканию тока только в цепях переменного тока, а не в цепях постоянного тока.Поскольку переменный ток постоянно меняет направление и интенсивность, катушки индуктивности и конденсаторы также могут препятствовать протеканию тока в цепях переменного тока. Следует также отметить, что индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление могут создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи переменного тока. При анализе цепи переменного тока очень важно учитывать сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление. Все три влияют на ток в этой цепи.

Сопротивление

Как уже упоминалось, сопротивление создает противодействие току в цепи переменного тока, аналогичное сопротивлению цепи постоянного тока.Ток через резистивную часть цепи переменного тока обратно пропорционален сопротивлению и прямо пропорционален напряжению, приложенному к этой цепи или части цепи. Уравнения I = E / R & E = I × R показывают, как ток связан как с напряжением, так и с сопротивлением. Следует отметить, что сопротивление в цепи переменного тока не создает сдвига фаз между напряжением и током.

Рисунок 9-17. Сопротивление.

На рис. 9-17 показано, как цепь на 10 Ом пропускает ток 11,5 ампер через резистивную цепь переменного тока на 115 вольт.

Индуктивное реактивное сопротивление

При перемещении магнита через катушку с проволокой на катушке индуцируется напряжение. Если предусмотрена полная цепь, то также будет индуцироваться ток. Величина наведенного напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля относительно катушки. И наоборот, ток, протекающий через катушку с проволокой, создает магнитное поле. Когда этот провод формируется в катушку, он становится основным индуктором.

Основным действием катушки является ее свойство противодействовать любому изменению тока через нее. Это свойство называется индуктивностью. Когда ток течет через любой проводник, магнитное поле начинает расширяться от центра провода. Когда силовые линии магнитного поля растут наружу через проводник, они индуцируют ЭДС в самом проводнике. Индуцированное напряжение всегда имеет направление, противоположное направлению приложенного тока. Эффекты этой противодействующей ЭДС должны противодействовать приложенному току.Этот эффект — временное состояние. Когда ток в проводнике достигает постоянного значения, силовые линии магнитного поля больше не расширяются и противодействующая ЭДС больше не присутствует. Поскольку переменный ток постоянно изменяется по величине, индуктивность повторяется в цикле, всегда противоположном приложенному напряжению. Следует отметить, что единицей измерения индуктивности является генри (H).

Физические факторы, влияющие на индуктивность:

  1. Число витков — удвоение числа витков в катушке создает поле в два раза сильнее, если используется тот же ток.Как правило, индуктивность зависит от числа витков в квадрате.
  2. Площадь поперечного сечения катушки — индуктивность катушки увеличивается непосредственно по мере увеличения площади поперечного сечения сердечника. Удвоение радиуса катушки увеличивает индуктивность в четыре раза.
  3. Длина катушки — удвоение длины катушки при сохранении того же числа витков снижает индуктивность наполовину.
  4. Материал сердечника, вокруг которого сформирована катушка — катушки намотаны либо на магнитных, либо на немагнитных материалах.Некоторые немагнитные материалы включают воздух, медь, пластик и стекло. Магнитные материалы включают никель, железо, сталь и кобальт, которые обладают проницаемостью, которая обеспечивает лучший путь для магнитных силовых линий и позволяет создавать более сильное магнитное поле.

Поскольку переменный ток находится в постоянном состоянии изменения, магнитные поля внутри индуктора также непрерывно изменяются и создают наведенное напряжение / ток. Это индуцированное напряжение противостоит приложенному напряжению и называется противо-ЭДС.Это сопротивление называется индуктивным реактивным сопротивлением, обозначается XL и измеряется в омах. Эта характеристика катушки индуктивности также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи. Фазовый сдвиг, создаваемый индуктивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что напряжение ведет к току. То есть напряжение в индуктивной цепи достигает своих пиковых значений до того, как ток достигает пиковых значений.

Индуктивность — это свойство цепи противодействовать любому изменению тока и измеряется в генри.Индуктивное реактивное сопротивление — это мера того, насколько противодействующая ЭДС в цепи противодействует приложенному току. Индуктивное сопротивление компонента прямо пропорционально индуктивности компонента и приложенной к цепи частоте. При увеличении индуктивности или приложенной частоты индуктивное реактивное сопротивление также увеличивается и представляет собой большее сопротивление току в цепи. Это соотношение задается как XL = 2πfL, где XL = индуктивное реактивное сопротивление в омах, L = индуктивность в генри, f = частота в циклах в секунду и π = 3.1416

Рисунок 9-18. Цепь переменного тока, содержащая индуктивность.

На рисунке 9-18 показана последовательная цепь переменного тока, в которой индуктивность составляет 0,146 Генри, а напряжение составляет 110 вольт при частоте 60 циклов в секунду. Индуктивное реактивное сопротивление определяется следующим методом.

X L = 2π × f × L
X L = 6,28 × 60 × 0,146
X L = 55 Ом

В последовательных цепях переменного тока индуктивное реактивное сопротивление добавляется подобно последовательным сопротивлениям в цепи постоянного тока. [Рисунок 9-19] Полное реактивное сопротивление в показанной цепи равно сумме индивидуальных реактивных сопротивлений.

Рисунок 9-19. Последовательные индуктивности.

X L = X L1 + X L2
X L = 10 Ом + 15 Ом
X LT = 25 Ом

Рисунок 9-20. Параллельные индуктивности.

Общее реактивное сопротивление катушек индуктивности, подключенных параллельно, определяется таким же образом, как и полное сопротивление в параллельной цепи. [Рисунок 9-20] Таким образом, полное реактивное сопротивление индуктивностей, соединенных параллельно, как показано, выражается как:

Емкостное реактивное сопротивление

Емкость — это способность тела удерживать электрический заряд.Обычно конденсатор состоит из двух параллельных пластин, разделенных изолятором. Изолятор обычно называют диэлектриком. Пластины конденсатора обладают способностью накапливать электроны при зарядке от источника напряжения. Конденсатор разряжается, когда подаваемое напряжение больше не присутствует, и конденсатор подключается к пути тока. В электрической цепи конденсатор служит резервуаром или хранилищем электроэнергии.

Основной единицей емкости является фарада, обозначаемая буквой F.По определению, один фарад — это один кулон заряда, накопленного с одним вольт на пластинах конденсатора. На практике одна фарада — это большая емкость. Обычно в электронике используются блоки гораздо меньшего размера. Две более распространенные единицы меньшего размера — это микрофарад (мкФ), который составляет 10 -6 фарад, и пикофарад (пФ), который составляет 10 -12 фарад.

Емкость зависит от физических свойств конденсатора:

  1. Емкость параллельных пластин прямо пропорциональна их площади.Большая площадь пластины дает большую емкость, а меньшая площадь дает меньшую емкость. Если удвоить площадь пластин, останется место для вдвое большего заряда.
  2. Емкость параллельных пластин обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
  3. Диэлектрический материал влияет на емкость параллельных пластин. Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1. Эти значения используются в качестве эталона, а все другие материалы имеют значения относительно воздуха (вакуума).

При подаче переменного тока в цепь заряд на пластинах постоянно меняется. [Рис. 9-21] Это означает, что электричество сначала должно течь от Y по часовой стрелке к X, затем от X против часовой стрелки к Y, затем от Y по часовой стрелке к X и так далее. Хотя ток не течет через изолятор между пластинами конденсатора, он постоянно течет в оставшейся части цепи между X и Y. По мере того, как этот ток попеременно поступает в конденсатор и от него, создается определенная задержка по времени.Когда конденсатор заряжается или разряжается через сопротивление, требуется определенное время для полной зарядки или разрядки. Напряжение на конденсаторе не изменяется мгновенно. Скорость зарядки или разрядки определяется постоянной времени цепи. Такая скорость заряда и разряда создает противодействие протеканию тока в цепях переменного тока, известное как емкостное реактивное сопротивление. Емкостное реактивное сопротивление обозначается X C и измеряется в омах. Эта характеристика конденсатора также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи.Фазовый сдвиг, создаваемый емкостным реактивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что ток ведет к напряжению. То есть ток емкостной цепи достигает своих пиковых значений до того, как напряжение достигает пиковых значений.

Рисунок 9-21. Конденсатор в цепи переменного тока.

Емкостное реактивное сопротивление — это мера того, насколько емкостная цепь противодействует приложенному току. Емкостное реактивное сопротивление измеряется в омах. Емкостное реактивное сопротивление цепи косвенно пропорционально емкости цепи и приложенной к цепи частоте.При увеличении емкости или приложенной частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается, и наоборот. Это соотношение задается следующим образом:

Где: X C = емкостное реактивное сопротивление в омах, C = емкость в фарадах, f = частота в циклах в секунду и π = 3,1416.

На рисунке 9-21 показана последовательная схема, в которой приложенное напряжение составляет 110 вольт при 400 гц, а емкость конденсатора составляет 80 мФ. Найдите емкостное реактивное сопротивление и ток.

Чтобы найти емкостное реактивное сопротивление, используйте следующее уравнение:

Сначала емкость, 80 мкФ, заменяется на фарады путем деления 80 на 1000000, поскольку 1 миллион микрофарад равен 1 фараду. Это частное равно 0,000080 фарада. Это подставляется в уравнение:

Летный механик рекомендует

Цепи переменного тока

На рисунке 1 показан график зависимости переменного напряжения и переменного тока от времени в цепи, в которой есть только резистор и источник переменного тока — генератор переменного тока.

Поскольку напряжение и ток достигают своих максимальных значений одновременно, они равны в фазе . Закон Ома и предыдущие выражения для мощности действительны для этой схемы, если используются среднеквадратическое значение (действующее значение) напряжения и действующее значение тока, иногда называемое эффективным значением . Эти отношения:

Закон Ома выражается следующим образом: В R = IR , где В R — среднеквадратичное напряжение на резисторе, а I — среднеквадратичное значение в цепи.

Цепи резисторно-конденсаторные

Цепь с резистором, конденсатором и генератором переменного тока называется цепью RC . Конденсатор — это в основном набор проводящих пластин, разделенных изолятором; таким образом, устойчивый ток не может пройти через конденсатор. Изменяющийся во времени ток может добавлять или снимать заряды с обкладок конденсатора. Простая схема зарядки конденсатора показана на рисунке 2.


Рисунок 2

RC-цепь для зарядки конденсатора.

Первоначально, в момент времени t = 0, переключатель (S) разомкнут, и на конденсаторе нет заряда. Когда переключатель замкнут, через резистор проходит ток и заряжается конденсатор. Ток прекратится, когда падение напряжения на конденсаторе сравняется с потенциалом батареи (В) . Как только конденсатор достигнет максимального заряда, ток упадет до нуля.Сразу после замыкания переключателя ток достигает максимума и экспоненциально уменьшается со временем. Емкостная постоянная времени (τ), греческая буква тау) — это время, за которое заряд распадется до 1/ e от его начального значения, где e — натуральный логарифм. Конденсатор с большой постоянной времени будет медленно изменяться. Емкостная постоянная времени τ = RC .

Из правил Кирхгофа получены следующие выражения для разности потенциалов на конденсаторе (V C ) и тока (I) в цепи:

, где В, — потенциал аккумулятора.

Цепи резисторно-индуктивные

Цепь с резистором, катушкой индуктивности и генератором переменного тока — это цепь RL . Когда переключатель замкнут в цепи RL, в катушке индуктивности индуцируется обратная ЭДС. Следовательно, току требуется время, чтобы достичь своего максимального значения, а постоянная времени, называемая индуктивной постоянной времени , равна

.

Уравнения для тока как функции времени и потенциала на катушке индуктивности:

Для простоты в приведенных выше обсуждениях RC- и RL-схем использовался переключатель.Открытие и закрытие переключателя дает реакцию, аналогичную реакции на переменный ток. Цепи RC и RL похожи друг на друга, потому что увеличение напряжения дает ток, который изменяется экспоненциально в каждой цепи, но отклики различаются в других отношениях. Это различное поведение, описанное ниже, приводит к разным ответам в цепях переменного тока.

Реактивное сопротивление

Теперь рассмотрим цепь переменного тока, состоящую только из конденсатора и генератора переменного тока. Графики зависимости тока и напряжения на конденсаторе от времени показаны на рисунке.Кривые , а не синфазны, как это было для цепи резистора и генератора переменного тока. (См. Рисунок.) Кривые показывают, что для конденсатора напряжение достигает максимального значения через четверть цикла после того, как ток достигает максимального значения. Таким образом, напряжение отстает от тока через конденсатор на 90 градусов.

Емкостное реактивное сопротивление (X c ) выражает тормозящее влияние конденсатора на ток и определяется как

Рисунок 3

Ток и напряжение от источника переменного тока через конденсатор.

, где C — в фарадах, а частота (f) — в герцах. Закон Ома дает В c = IX c , где В c — среднеквадратичное напряжение на конденсаторе, а I — среднеквадратичное значение тока в цепи.

Рассмотрим схему только с катушкой индуктивности и генератором переменного тока. На рисунке показаны графики зависимости тока и напряжения от времени для катушки индуктивности.Еще раз обратите внимание, что напряжение и ток не совпадают по фазе. Напряжение для этой схемы достигает своего максимального значения за четверть цикла до того, как ток достигнет своего максимума; таким образом, напряжение опережает ток на 90 градусов.


Рисунок 4

Ток и напряжение от источника переменного тока через катушку индуктивности.

Току в цепи препятствует обратная ЭДС катушки индуктивности.Эффективное сопротивление называется индуктивным сопротивлением (X L ) , определяемым как (X L ) = 2π fL , где L измеряется в генри, а f — в герцах. Закон Ома дает (V L ) = IX L , где (V L ) — среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности, а I — среднеквадратичное значение напряжения в катушке индуктивности.

Цепь резистор-индуктор-конденсатор

Цепь с резистором, катушкой индуктивности, конденсатором и генератором переменного тока называется цепью RLC .Фазовые отношения этих элементов можно резюмировать следующим образом:

  • Мгновенное напряжение на резисторе В R находится в фазе с мгновенным током.
  • Мгновенное напряжение на катушке индуктивности В L опережает мгновенный ток на 90 градусов.
  • Мгновенное напряжение на конденсаторе В c отстает от мгновенного тока.

Поскольку напряжения на различных элементах не совпадают по фазе, отдельные напряжения нельзя просто складывать в цепях переменного тока. Уравнения для полного напряжения и фазового угла:

, где все напряжения являются действующими значениями. Закон Ома для общего случая цепей переменного тока теперь выражается: В = IZ , где R заменено на сопротивление ( Z ), измеренное в омах. Импеданс определяется как


Импеданс в цепях переменного тока — Видео и стенограмма урока

Импеданс и резисторы

Понятие сопротивления, которое мы обсуждали в другом уроке, также применимо к цепям переменного тока, но немного по-другому.В цепях переменного тока сопротивление изменяется в зависимости от того, в какой части синусоидальной кривой вы находитесь в данный момент. Чтобы отразить это, мы используем другой термин: импеданс. Импеданс — это сопротивление компонента в цепи переменного тока. Это то, что вы получите, если воспользуетесь среднеквадратичными значениями тока и напряжения в законе Ома. Мы просто заменяем R сопротивления на Z для импеданса.

I = V / R становится…

Irms = Vrms / Z

Импеданс, как и сопротивление, измеряется в Ом.

Решение проблем с использованием комбинаций резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности может быть затруднено в цепях переменного тока и требует использования комплексных чисел.

Реактивное сопротивление конденсаторов и индукторов

Как будто у нас не хватило названий для одного и того же, вот еще одно: реактивное сопротивление . Говоря конкретно о конденсаторах и катушках индуктивности, их «импеданс» обычно называют «реактивным сопротивлением». Для индуктора это называется индуктивным реактивным сопротивлением и используется символ XL, а для конденсатора это называется емкостным реактивным сопротивлением и используется символ XC.И снова это можно вернуть в обычное уравнение закона Ома, заменив сопротивление R.

I = V / R становится…

Irms = Vrms / XL (индуктивное реактивное сопротивление)

или

Irms = Vrms / XC (емкостное реактивное сопротивление)

Это уравнение, которое мы можем использовать для расчета емкостного реактивного сопротивления, где C — емкость конденсатора, измеренная в Фарадах, а f — частота источника переменного тока — количество раз, когда он меняет направление в секунду. — измеряется в Герцах.

XC = 1/2 * pi * f * C

И это уравнение для индуктивного реактивного сопротивления, где L — индуктивность катушки индуктивности, измеренная в Генри, а f — снова частота источника переменного тока, измеренная в Фарады.

XL = 2 * pi * f * L

Пример расчета

Итак, например, предположим, что у вас есть цепь переменного тока, которая содержит индуктор 5 Генри на основном источнике питания на 120 вольт. И вас просят вычислить среднеквадратичное значение тока, протекающего по цепи, если частота переменного тока составляет 60 Гц.

Ну, прежде всего, мы должны записать то, что мы знаем. Индуктивность L составляет 5 Генри. Напряжение, В, составляет 120 вольт. А частота f равна 60 Гц.

Нас просят вычислить действующее значение тока Irms. Основываясь на законе Ома, Irms равно Vrms, деленному на R. Но поскольку это цепь переменного тока, это действительно Vrms, деленное на Z (импеданс), и поскольку мы говорим об индукторе, мы должны снова заменить это, сделав это Vrms, разделенное на XL.

Irms = Vrms / XL

Мы знаем, что Vrms равно 120 вольт, поэтому нам просто нужно вычислить XL.К счастью, у нас есть уравнение для этого: XL равен 2 * pi * f * L. Итак, 2 умножить на пи, умножить на частоту 60 Гц, умножить на индуктивность (5 Генри). Введите все это в калькулятор, и вы получите индуктивное реактивное сопротивление (XL) 1885 Ом.

Наконец, подставьте ЭТО число в уравнение закона Ома, 120, деленное на 1885, дает нам ток 0,064 ампера.

Вот и все, готово.

Краткое содержание урока

Большинство электрических цепей в доме являются цепями переменного тока. Переменный ток — это то место, где вместо тока, протекающего только в одном направлении по цепи, он очень быстро переключает направление. В цепи переменного тока ток, напряжение и мощность изменяются синусоидально — в виде синусоидальной кривой. Поскольку ток и напряжение всегда меняются, мы используем то, что называется среднеквадратичным (или среднеквадратичным) током и среднеквадратичным напряжением. Вы можете рассчитать эти числа, используя следующие уравнения:

Irms = I0 / квадратный корень из 2

Vrms = V0 / квадратный корень из 2

V0 — пиковое или максимальное напряжение, измеренное в вольтах, а I0 — пиковый или максимальный ток. измеряется в амперах.

В цепях переменного тока мы не используем термин «сопротивление». Вместо этого мы называем это импедансом: Импеданс — это просто сопротивление компонента в цепи переменного тока. Это то, что вы получите, если воспользуетесь среднеквадратичными значениями тока и напряжения в законе Ома. Мы просто заменяем R сопротивления на Z для импеданса.

I = V / R становится…

Irms = Vrms / Z

Когда у нас есть конденсаторы или катушки индуктивности в цепи, мы снова заменяем Z на импеданс. Мы называем сопротивление конденсатора или катушки индуктивности реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление — это просто импеданс конденсатора или катушки индуктивности. Для индуктора это называется индуктивным реактивным сопротивлением и используется символ XL, а для конденсатора это называется емкостным реактивным сопротивлением и используется символ XC. Еще раз, это можно вернуть в обычное уравнение закона Ома, заменив сопротивление R.

I = V / R становится…

Irms = Vrms / XL для индуктивного реактивного сопротивления

или

Irms = Vrms / XC для емкостное реактивное сопротивление

У нас также есть уравнение для расчета емкостного реактивного сопротивления и уравнение для расчета индуктивного реактивного сопротивления.В этих уравнениях C — это емкость конденсатора, измеренная в фарадах, L — индуктивность индуктора, измеренная в Генри, а f — частота источника переменного тока — количество раз, когда он меняет направление в секунду, измеряется в Герц.

XC = 1/2 * pi * f * C

XL = 2 * pi * f * L

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Описать, как работают цепи переменного тока
  • Напомним синусоидальный характер цепей переменного тока
  • Объясните, что такое импеданс и как его рассчитать
  • Определите уравнения для расчета емкостного и индуктивного реактивного сопротивления

Страница не найдена — EE Publishers

Просмотр статей за последние 30 дней
Выберите день 15 июня 2021 7 июня 2021 4 июля 2020 5 апреля 2020 29 марта 2020 22 марта 2020 17 марта 2020 4 марта 2020 13 декабря 2019 30 ноября 2019 29 ноября 2019 28 ноября , 2019 27 ноября 2019 26 ноября 2019 25 ноября 2019 22 ноября 2019 21 ноября 2019 20 ноября 2019 19 ноября 2019 18 ноября 2019 15 ноября 2019 14 ноября 2019 13 ноября 2019 12 ноября 2019 11 ноября 2019 г. 9 ноября 2019 г. 8 ноября 2019 г. 7 ноября 2019 г. 6 ноября 2019 г. 5 ноября 2019 г.
Просмотреть статьи по месяцам
Выберите месяц июнь 2021 г. (2) июль 2020 г. (1) апрель 2020 г. (1) март 2020 г. (4) декабрь 2019 г. (1) ноябрь 2019 г. (172) октябрь 2019 г. (256) сентябрь 2019 г. (262) август 2019 г. (247) июль 2019 (264) июнь 2019 (264) май 2019 (231) апрель 2019 (242) март 2019 (280) февраль 2019 (186) январь 2019 (201) декабрь 2018 (121) ноябрь 2018 (194) октябрь 2018 (230) сентябрь 2018 (184) Август 2018 (281) Июль 2018 (276) Июнь 2018 (220) Май 2018 (303) Апрель 2018 (263) Март 2018 (245) Февраль 2018 (250) Январь 2018 (192) Декабрь 2017 (150) Ноябрь 2017 (230) Октябрь 2017 (346) Сентябрь 2017 (280) Август 2017 (348) Июль 2017 (342) Июнь 2017 (355) Май 2017 (372) Апрель 2017 (276) Март 2017 (346) Февраль 2017 (262) Январь 2017 (260) Декабрь 2016 (164) Ноябрь 2016 (251) Октябрь 2016 (303) Сентябрь 2016 (292) Август 2016 (298) Июль 2016 (399) Июнь 2016 (344) Май 2016 (389) Апрель 2016 (374) Март 2016 (360) Февраль 2016 (324) Январь 2016 (252 ) Декабрь 2015 (197) ноябрь 2015 (275) октябрь 2015 (360) сентябрь 2015 (380) август 2015 (306) июль 2015 (374) июнь 2015 (385) май 2015 (342) апрель 2015 (311) март 2015 (396) ) Февраль 2015 (301) Январь 2015 (267) Декабрь 2014 (154) Ноябрь 2014 (288) Октябрь 2014 (336) Сентябрь 2014 (375) Август 2014 (382) Июль 2014 (406) Июнь 2014 (388) Май 2014 (345) ) Апрель 2014 г. (425) март 2014 г. (395) февраль 2014 г. (369) январь 2014 г. (31) декабрь 2013 г. (138) ноябрь 2013 г. (222) октябрь 2013 г. (355) сентябрь 2013 г. (324) август 2013 г. (361) июль 2013 г. (478) ) Июнь 2013 (325) май 2013 (374) апрель 2013 (373) март 2013 (328) февраль 2013 (328) январь 2013 (249) декабрь 2012 (191) ноябрь 2012 (283) октябрь 2012 (388) сентябрь 2012 (323) ) Август 2012 г. (389) июль 2012 г. (396) июнь 2012 г. (371) май 2012 г. (314) апрель 2012 г. (295) март 2012 г. (290) февраль 2012 г. (322) январь 2012 г. (263)

Противодействие текущему потоку AC

Есть три фактора, которые могут создать противодействие потоку электронов (току) в цепи переменного тока.Сопротивление, как и сопротивление цепей постоянного тока, измеряется в омах и оказывает прямое влияние на переменный ток независимо от частоты. С другой стороны, индуктивное и емкостное сопротивление препятствуют протеканию тока только в цепях переменного тока, а не в цепях постоянного тока. Поскольку переменный ток постоянно меняет направление и интенсивность, катушки индуктивности и конденсаторы также могут препятствовать протеканию тока в цепях переменного тока. Следует также отметить, что индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление могут создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи переменного тока.При анализе цепи переменного тока очень важно учитывать сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление. Все три влияют на ток в этой цепи.

Сопротивление

Как уже упоминалось, сопротивление создает противодействие току в цепи переменного тока, аналогичное сопротивлению цепи постоянного тока. Ток через резистивную часть цепи переменного тока обратно пропорционален сопротивлению и прямо пропорционален напряжению, приложенному к этой цепи или части цепи.Уравнения I = E / R & E = I × R показывают, как ток связан как с напряжением, так и с сопротивлением. Следует отметить, что сопротивление в цепи переменного тока не создает сдвига фаз между напряжением и током.

На рис. 1 показано, как цепь на 10 Ом допускает протекание тока 11,5 ампер через резистивную цепь переменного тока на 115 вольт.

Рисунок 1. Сопротивление

Индуктивное реактивное сопротивление

При перемещении магнита через катушку с проволокой на катушке индуцируется напряжение.Если предусмотрена полная цепь, то также будет индуцироваться ток. Величина наведенного напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля относительно катушки. И наоборот, ток, протекающий через катушку с проволокой, создает магнитное поле. Когда этот провод формируется в катушку, он становится основным индуктором.

Основным действием катушки является ее свойство противодействовать любому изменению тока через нее. Это свойство называется индуктивностью. Когда ток течет через любой проводник, магнитное поле начинает расширяться от центра провода.Когда силовые линии магнитного поля растут наружу через проводник, они индуцируют ЭДС в самом проводнике. Индуцированное напряжение всегда имеет направление, противоположное направлению приложенного тока. Эффекты этой противодействующей ЭДС должны противодействовать приложенному току. Этот эффект — временное состояние. Когда ток в проводнике достигает постоянного значения, силовые линии магнитного поля больше не расширяются и противодействующая ЭДС больше не присутствует. Поскольку переменный ток постоянно изменяется по величине, индуктивность повторяется в цикле, всегда противоположном приложенному напряжению.Следует отметить, что единицей измерения индуктивности является генри (H).

Физические факторы, влияющие на индуктивность:

  1. Число витков — удвоение числа витков в катушке создает поле в два раза сильнее, если используется тот же ток. Как правило, индуктивность зависит от числа витков в квадрате.
  2. Площадь поперечного сечения катушки — индуктивность катушки увеличивается непосредственно по мере увеличения площади поперечного сечения сердечника. Удвоение радиуса катушки увеличивает индуктивность в четыре раза.
  3. Длина катушки — удвоение длины катушки при сохранении того же числа витков снижает индуктивность наполовину.
  4. Материал сердечника, вокруг которого сформирована катушка — катушки намотаны либо на магнитных, либо на немагнитных материалах. Некоторые немагнитные материалы включают воздух, медь, пластик и стекло. Магнитные материалы включают никель, железо, сталь и кобальт, которые обладают проницаемостью, которая обеспечивает лучший путь для магнитных силовых линий и позволяет создавать более сильное магнитное поле.

Поскольку переменный ток находится в постоянном состоянии изменения, магнитные поля внутри индуктора также непрерывно изменяются и создают наведенное напряжение / ток. Это индуцированное напряжение противостоит приложенному напряжению и называется противо-ЭДС. Это сопротивление называется индуктивным реактивным сопротивлением, обозначается XL и измеряется в омах. Эта характеристика катушки индуктивности также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи. Фазовый сдвиг, создаваемый индуктивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что напряжение ведет к току.То есть напряжение в индуктивной цепи достигает своих пиковых значений до того, как ток достигает пиковых значений.

Индуктивность — это свойство цепи противодействовать любому изменению тока, измеряется в генри. Индуктивное реактивное сопротивление — это мера того, насколько противодействующая ЭДС в цепи противодействует приложенному току. Индуктивное сопротивление компонента прямо пропорционально индуктивности компонента и приложенной к цепи частоте. При увеличении индуктивности или приложенной частоты индуктивное реактивное сопротивление также увеличивается и представляет собой большее сопротивление току в цепи.Это соотношение задается как XL = 2πfL, где XL = индуктивное реактивное сопротивление в омах, L = индуктивность в генри, f = частота в циклах в секунду и π = 3,1416

На рисунке 2 показана последовательная цепь переменного тока, в которой индуктивность составляет 0,146 Генри, а напряжение составляет 110 вольт при частоте 60 циклов в секунду. Индуктивное реактивное сопротивление определяется следующим методом.

Рис. 2. Цепь переменного тока, содержащая индуктивность

В последовательных цепях переменного тока индуктивное реактивное сопротивление добавляется, как последовательно включенные сопротивления в цепи постоянного тока.[Рис. 3] Общее реактивное сопротивление в показанной цепи равно сумме индивидуальных реактивных сопротивлений.

Рисунок 3. Индуктивности в серии s

Общее реактивное сопротивление индукторов, подключенных параллельно, определяется таким же образом, как и полное сопротивление в параллельной цепи. [Рисунок 4] Таким образом, полное реактивное сопротивление индуктивностей, соединенных параллельно, как показано, выражается как:

Рисунок 4.Параллельная индуктивность

Емкостное реактивное сопротивление

Емкость — это способность тела удерживать электрический заряд. Обычно конденсатор состоит из двух параллельных пластин, разделенных изолятором. Изолятор обычно называют диэлектриком. Пластины конденсатора обладают способностью накапливать электроны при зарядке от источника напряжения. Конденсатор разряжается, когда подаваемое напряжение больше не присутствует, и конденсатор подключается к пути тока.В электрической цепи конденсатор служит резервуаром или хранилищем электроэнергии.

Основной единицей емкости является фарад, обозначаемый буквой F. По определению, один фарад — это один кулон заряда, накопленного с одним вольт на пластинах конденсатора. На практике одна фарада — это большая емкость. Обычно в электронике используются блоки гораздо меньшего размера. Две более распространенные единицы меньшего размера — это микрофарад (мкФ), который составляет 10-6 фарад, и пикофарад (пФ), который составляет 10-12 фарад.

Емкость зависит от физических свойств конденсатора:

  1. Емкость параллельных пластин прямо пропорциональна их площади. Большая площадь пластины дает большую емкость, а меньшая площадь дает меньшую емкость. Если удвоить площадь пластин, останется место для вдвое большего заряда.
  2. Емкость параллельных пластин обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
  3. Диэлектрический материал влияет на емкость параллельных пластин.Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1. Эти значения используются в качестве эталона, а все другие материалы имеют значения относительно воздуха (вакуума).

При подаче переменного тока в цепь заряд на пластинах постоянно меняется. [Рис. 5] Это означает, что электричество должно течь сначала от Y по часовой стрелке к X, затем от X против часовой стрелки к Y, затем от Y по часовой стрелке к X и так далее. Хотя ток не течет через изолятор между пластинами конденсатора, он постоянно течет в оставшейся части цепи между X и Y.Поскольку этот ток попеременно поступает и от конденсатора, создается определенная временная задержка. Когда конденсатор заряжается или разряжается через сопротивление, требуется определенное время для полной зарядки или разрядки. Напряжение на конденсаторе не изменяется мгновенно. Скорость зарядки или разрядки определяется постоянной времени цепи. Такая скорость заряда и разряда создает противодействие протеканию тока в цепях переменного тока, известное как емкостное реактивное сопротивление. Емкостное реактивное сопротивление обозначается XC и измеряется в омах.Эта характеристика конденсатора также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи. Фазовый сдвиг, создаваемый емкостным реактивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что ток ведет к напряжению. То есть ток емкостной цепи достигает своих пиковых значений до того, как напряжение достигает пиковых значений.

Рис. 5. Конденсатор в цепи переменного тока

Емкостное реактивное сопротивление — это мера того, насколько емкостная цепь противодействует приложенному току.Емкостное реактивное сопротивление измеряется в омах. Емкостное реактивное сопротивление цепи косвенно пропорционально емкости цепи и приложенной к цепи частоте. При увеличении емкости или приложенной частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается, и наоборот. Это соотношение задается следующим образом:

Где: XC = емкостное реактивное сопротивление в омах, C = емкость в фарадах, f = частота в циклах в секунду и π = 3,1416.

На рисунке 5 показана последовательная схема, в которой приложенное напряжение составляет 110 вольт при 400 гц, а емкость конденсатора составляет 80 мФ.Найдите емкостное реактивное сопротивление и ток.

Чтобы найти емкостное реактивное сопротивление, следующее уравнение:

Сначала емкость, 80 мкФ, заменяется на фарады путем деления 80 на 1000000, поскольку 1 миллион микрофарад равен 1 фараду. Это частное равно 0,000080 фарада. Это подставляется в уравнение:

Импеданс

Полное противодействие протеканию тока в цепи переменного тока называется импедансом и обозначается буквой Z. Комбинированные эффекты сопротивления, индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления составляют полное сопротивление ( полное сопротивление току в цепи переменного тока).Чтобы точно рассчитать напряжение и ток в цепях переменного тока, необходимо учитывать влияние индуктивности и емкости наряду с сопротивлением. Импеданс измеряется в омах.

Правила и уравнения для цепей постоянного тока применимы к цепям переменного тока только в том случае, если эта цепь содержит только сопротивление, а не индуктивность или емкость. Как в последовательной, так и в параллельной цепях, если цепь переменного тока состоит только из сопротивления, значение импеданса такое же, как и сопротивление, а закон Ома для цепи переменного тока, I = E / Z, точно такой же, как для цепи постоянного тока. схема.На рисунке 6 показана последовательная схема, содержащая нагревательный элемент с сопротивлением 11 Ом, подключенный к источнику 110 В. Чтобы определить, сколько тока протекает при подаче переменного тока 110 В, решается следующий пример:

Рисунок 6. Применение постоянного и переменного тока к цепи

Если есть два сопротивления значений, параллельно подключенных к переменному напряжению, как видно на рисунке 7, полное сопротивление равно общему сопротивлению цепи.Опять же, вычисления будут производиться так же, как если бы это была цепь постоянного тока, и применимо следующее:

Рисунок 7.
Два значения сопротивления, подключенные параллельно к переменному напряжению. Импеданс равен общему сопротивлению цепи

Импеданс — это полное сопротивление току, протекающему в цепи переменного тока. Если цепь имеет индуктивность или емкость, необходимо учитывать сопротивление (R), индуктивное реактивное сопротивление (XL) и / или емкостное реактивное сопротивление (XC) для определения полного сопротивления (Z).В этом случае Z не равно RT. Сопротивление и реактивное сопротивление (индуктивное или емкостное) нельзя сложить напрямую, но их можно рассматривать как две силы, действующие под прямым углом друг к другу. Таким образом, соотношение между сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом можно проиллюстрировать прямоугольным треугольником. [Рис. 8] Поскольку эти величины могут быть связаны со сторонами прямоугольного треугольника, формулу для определения импеданса можно найти с помощью теоремы Пифагора. В нем говорится, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов двух других сторон.Таким образом, значение любой стороны прямоугольного треугольника можно найти, если известны две другие стороны.

Рисунок 8. Треугольник полного сопротивления

На практике, если последовательная цепь переменного тока содержит сопротивление и индуктивность, как показано на рисунке 9, соотношение между сторонами может быть указано как :

Эту формулу можно использовать для определения импеданса, если известны значения индуктивного реактивного сопротивления и сопротивления.Его можно изменить для определения импеданса в цепях, содержащих емкостное реактивное сопротивление и сопротивление, подставив XC в формулу вместо XL. В цепях, содержащих сопротивление с индуктивным и емкостным сопротивлением, реактивные сопротивления можно комбинировать; но поскольку их эффекты в схеме прямо противоположны, они объединяются вычитанием (меньшее число всегда вычитается из большего):

Рисунок 9. Схема, содержащая сопротивление и индуктивность

На рисунке 9 показан пример 1.Здесь последовательная цепь, содержащая резистор и катушку индуктивности, подключена к источнику 110 вольт при 60 циклах в секунду. Резистивный элемент представляет собой простой измерительный элемент на 6 Ом, а индуктивный элемент представляет собой катушку с индуктивностью 0,021 Генри. Какое значение импеданса и тока в цепи?

Решение:

Сначала вычисляется индуктивное реактивное сопротивление катушки:

Помните, что при расчетах для Z всегда используйте индуктивное реактивное сопротивление, а не индуктивность, и используйте емкостное реактивное сопротивление, а не емкость.

После определения полного сопротивления можно рассчитать общий ток.

Поскольку эта цепь является резистивной и индуктивной, существует фазовый сдвиг, когда напряжение ведет к току.

Пример 2 — это проиллюстрированная последовательная схема, в которой конденсатор емкостью 200 мкФ соединен последовательно с резистором 10 Ом. [Рисунок 10] Каково значение импеданса, тока и падения напряжения на резисторе?

Рисунок 10.Схема, содержащая сопротивление и емкость

Решение:

Сначала емкость изменяется с микрофарад на фарады. Так как 1 миллион микрофарад равен 1 фараду, то 200 мкФ = 0,000200 фарад

Затем решите для емкостного реактивного сопротивления:

Поскольку эта схема является резистивной и емкостной, имеется фазовый сдвиг, при котором напряжение на токоподводах:

Чтобы найти ток:

Сумма этих двух напряжений не равна приложенному напряжению, поскольку ток опережает напряжение.Используйте следующую формулу, чтобы найти приложенное напряжение:

Если цепь содержит сопротивление, индуктивность и емкость, для определения полного сопротивления используется следующее уравнение.

Пример 3: Каково полное сопротивление последовательной цепи, состоящей из конденсатора с емкостным реактивным сопротивлением 7 Ом, катушки индуктивности с индуктивным сопротивлением 10 Ом и резистора с сопротивлением 4 Ом? [Рисунок 11]

Рисунок 11.Цепь, содержащая сопротивление, индуктивность и емкость

Помните, что индуктивное и емкостное реактивные сопротивления могут вызвать фазовый сдвиг между напряжением и током. В этом примере индуктивное реактивное сопротивление больше емкостного, поэтому напряжение ведет к току.

Следует отметить, что, поскольку индуктивное реактивное сопротивление, емкостное реактивное сопротивление и сопротивление влияют друг на друга под прямым углом, падения напряжения в любой последовательной цепи переменного тока следует складывать с использованием векторного сложения.На рисунке 12 показано падение напряжения в последовательной цепи переменного тока, описанной в примере 3 выше.

Рис. 12. Падения напряжения

Чтобы рассчитать отдельные падения напряжения, просто используйте уравнения:

Чтобы определить общее приложенное напряжение для цепи, каждое отдельное падение напряжения должно добавляться с помощью векторного сложения.

Параллельные цепи переменного тока

При решении параллельных цепей переменного тока необходимо также использовать производную теоремы Пифагора.Уравнение для определения полного сопротивления в цепи переменного тока выглядит следующим образом:

Чтобы определить полное сопротивление параллельной цепи, показанной на рисунке 13, сначала нужно определить емкостное и индуктивное реактивные сопротивления. (Не забудьте преобразовать микрофарады в фарады.)

Рисунок 13. Полный импеданс параллельной цепи


Чтобы определить ток в цепи:

Чтобы определить ток поток через каждый параллельный путь цепи, вычислить IR, IL и IC.


Следует отметить, что общий ток в параллельных цепях определяется с помощью векторного сложения отдельных потоков тока следующим образом:


Мощность в цепях переменного тока

Поскольку напряжение и ток определяют мощность, есть сходства в мощность, потребляемая цепями переменного и постоянного тока. Однако в переменном токе ток зависит как от сопротивления, так и от реактивного сопротивления цепи. Мощность, потребляемая любой цепью переменного тока, является функцией приложенного напряжения, а также сопротивления и реактивного сопротивления цепи.Цепи переменного тока имеют два различных типа мощности: один создается сопротивлением цепи, а другой — реактивным сопротивлением цепи.

True Power

Истинная мощность любой цепи переменного тока обычно называется рабочей мощностью цепи. Истинная мощность — это мощность, потребляемая участком сопротивления цепи, и измеряется в ваттах (Вт). Истинная мощность обозначается буквой P и указывается любым ваттметром в цепи. Истинная мощность рассчитывается по формуле:

Полная мощность

Полная мощность в цепи переменного тока иногда называется реактивной мощностью цепи.Полная мощность — это мощность, потребляемая всей цепью, включая сопротивление и реактивное сопротивление. Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА). Полная мощность — это произведение эффективного напряжения на эффективный ток. Полная мощность рассчитывается по формуле:

СВЯЗАННЫЕ ОТЧЕТЫ

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.