Пассивные элементы R, L, C в цепи синусоидального тока
Пассивные элементы R, L, C в цепи синусоидального тока - Конспект Лекций, раздел Электротехника, Конспект Лекций по ТОЭ ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Резистивный Элемент
В Электрич...
Резистивный элемент
В электрической цепи с резистивным элементом R ток изменяется по синусоидальному закону с начальной фазой , то есть
. (3.12)
Напряжение на зажимах резистора
; (3.13)
где - амплитудное значение напряжения на зажимах резистора, - начальные фазы напряжения и тока.
Кривые изменения напряжения и тока (рис. 3.6б) в один и тот же момент времени t достигают максимального значения и одновременно проходят нулевые значения. Иначе говоря, обе кривые совпадают по фазе (рис. 3.6в).
. (3.14)
Векторы и совпадают по направлению (угол ). Переходя к действующим значениям можно записать
; (3.15)
. (3.16)
Сопротивление переменному току будет больше, чем постоянному за счет неравномерного распределения тока в проводе и потерь энергии в окружающую среду. Поэтому в отличие от сопротивления постоянному току сопротивление R в цепи переменного тока называется активным.
Индуктивный элемент.
Изменение тока в цепи с индуктивностью L (рис. 3.7а) вызывает возникновение Э.Д.С. самоиндукции , которая по закону Ленца противодействует изменению тока. При увеличении тока Э.Д.С. действует навстречу току, а при уменьшении - в направлении тока, противодействуя его изменению. Показанные на рис. 3.7а положительные направления и имеют место только в течение некоторого узкого промежутка времени. Для тока, изменяющегося по гармоническому закону и при Э.Д.С. самоиндукции
(3.17)
Чтобы в цепи протекал ток, требуется иметь на зажимах напряжение, уравновешивающее Э.Д.С. самоиндукции, равное ей по значению и противоположное по знаку.
(3.18)
где - амплитуда напряжения.
Произведение обозначается , называется индуктивным сопротивлением и измеряется в Омах:
. (3.19)
Из выражения 3.18 следует, что на участке цепи с индуктивностью L напряжение опережает ток на четверть периода ( ). На рис. 3.7в вектор напряжения опережает вектор тока на 900, а комплекс (вектор) Э.Д.С. самоиндукции находится в противофазе с комплексом напряжения .
Кроме того, из соотношения 3.19 можно заметить, что индуктивное сопротивление пропорционально (рис. 3.8).
Если R =0, то средняя активная мощность равна 0:
. (3.20)
Временная диаграмма напряжения и тока показана на рис. 3.7б.
Емкостной элемент.
В цепи с конденсатором (рис. 3.9а), включенным на напряжение переменного тока, происходит непрерывное перемещение электрических зарядов.
Мгновенный ток в цепи равен скорости изменения заряда конденсатора:
, (3.21)
где q – заряд конденсатора, Кл;
С – ёмкость конденсатора, Ф.
Если напряжение на зажимах конденсатора изменяется по синусоидальному закону:
, (3.22)
то ток в цепи
, (3.23)
где - амплитуда тока.
Величина , измеряемая в единицах сопротивления и обозначаемая , называется ёмкостным сопротивлением цепи:
. (3.24)
Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте приложенного напряжения (рис. 3.10).
Из сопоставления 3.22 и 3.23 видно, что ток через конденсатор опережает по фазе напряжение на конденсаторе на 900 (рис. 3.9б,в).
На основании выражения 3.23 определяется связь между действующими значениями напряжения и тока:
, (3.25)
(3.26)
Выше были рассмотрены идеализированные модели катушек и конденсаторов, у которых R=0. На практике изготовить их такими невозможно, и этими научными абстракциями пользуются для того, чтобы ясно представить себе свойства таких элементов.
Активные элементы
В линейных электрических цепях в качестве источников энергии различают источники Э.Д.С. и источники тока.
Идеальный источник Э.Д.С. имеет неизменное Э.Д.С. и
ПРИМЕЧАНИЕ
Источник электрической энергии на схеме замещения может быть представлен как в виде источника Э.Д.С., так и в виде источника тока:
.
Эти два разнородных источника электрической эн
Пассивные элементы
Основными пассивными элементами электрической цепи являются резистивные, индуктивные и емкостные. Рассмотрим их силовые характеристики при постоянном токе.
Электротехническ
Основные законы и уравнения электрических цепей
Основными физическими законами, позволяющими описать любые режимы электрической цепи, являются законы Ома.
1. Закон Ома для участка цепи, не содержащего Э.Д.С., устанавливает связь между т
Метод контурных токов
Метод расчета путём решения уравнений, основанных на законах Кирхгофа, рассмотренные выше, трудоёмок. Например, для цепи, имеющей шестнадцать ветвей, требуется решать систему шестна
Принцип наложения и метод наложения
Ещё один метод расчета линейных электрических цепей называется методом наложения. В его основе лежит принцип наложения, который можно сформулировать следующим образом: ток в любой ветви равен алгеб
Теорема взаимности
Теорема взаимности формируется таким образом: для любой линейной цепи с одним источником Э.Д.С. ток Ik в ветвях, вызванный Э.Д.С. Em, находящийся в m-ветви, будет равен
Теорема компенсации
В любой электрической цепи сопротивление можно заменить Э.Д.С., численно равной падению напряжения на этом сопротивлении и направленной встречно току в этом сопротивлении. При такой
Линейные сложения в электрических цепях
Если в линейной электрической цепи изменяется какая-либо величина (Э.Д.С. или сопротивление) в одной ветви, то две любые величины (токи и напряжения) двух любых ветвей связаны между
Метод узловых потенциалов
В тех случаях, когда в анализируемой схеме число узлов без единицы меньше числа независимых контуров, метод узловых потенциалов является более экономичным по сравнению с методом контурных токов.
Метод эквивалентного генератора
В практических расчётах часто нет необходимости знать режимы работы всех элементов сложной цепи, но ставится задача исследовать режимы работы одной определённой ветви.
При расчёте сложной
Синусоидальный ток и его основные характеристики
В настоящее время переменный ток находит широкое применение в технике, так как он легко трансформируется и передается на большие расстояния при высоком напряжении и малых потерях. Экономический эфф
Способы изображения синусоидальных величин
1. Графическое изображение синусоидальных величин.
Для сравнения электрических величин, изменяющихся по синусоидальному закону, необходимо знать р
Треугольники сопротивлений, напряжений и мощностей
В разделе 3.6 мы вывели выражение для нахождения полного сопротивления Z. По формуле 3.30
.
Из этого следует, что модуль комплексного сопротивления:
. (3
Топографическая и векторная диаграммы
Каждая точка электрической схемы, в которой соединяются элементы схемы, имеет своё значение комплексного потенциала.
Совокупность точек комплексной плоскости, изображающих
Резонанс напряжений
Условием возникновения резонанса напряжений в последовательном RLC - контуре является равенство реактивных сопротивлений катушки и конденсатора.
При значения противоположны
Резонанс токов
Рассмотрим цепь с двумя параллельными ветвями на рис. 3.22.
Такую цепь часто называют параллельным контуром. Условием возникновения резонанса является равенс
Частотные характеристики пассивных двухполюсников
Как выяснили выше, входное сопротивление и входная проводимость двухполюсника являются функциями частоты ω. Под частотными характеристиками (ЧХ) понимают следующие типы характе
Индуктивно связанные элементы. Э.Д.С. взаимной индукции
Если изменение тока в одном из элементов электрической цепи приводит к возникновению Э.Д.С. в другом элементе цепи, то говорят, что эти элементы индуктивно связаны друг с дру
Эквивалентная замена индуктивно связанных цепей
Часто для упрощения расчетов часть схемы заменяют эквивалентной схемой без индуктивных связей. Такой приём ещё называют развязкой индуктивных связей.
Рассмотрим экви
Соединение звездой
Нагрузка в трёхфазной цепи может быть:
· симметричной, если сопротивления фаз нагрузки одинаковы по характеру и значению;
· несимметричной, если сопротивления фаз нагрузки
Соединение треугольником
Трёхфазная цепь при соединении источника и приёмника треугольником имеет разветвлённую многоконтурную схему (рис. 5.9).
Расчёт этой сложной цепи значительно упрощается, если не принимать в
Вращающееся магнитное поле
Одним из основных преимуществ многофазных токов является возможность получения вращающихся магнитных полей, лежащих в основе принципа действия наиболее распространённых типов двигателей переменного
Мощность при несинусоидальных источниках
Под активной мощностью Р несинусоидального тока понимают среднее значение мгновенной мощности за период первой гармоники:
. (6.28)
Если представить напряжение и ток рядами
Соединение четырехполюсников
Четырёхполюсники соединяются различными способами. Чаще всего встречаются следующие виды соединений четырёхполюсников:
1. Последовательно – последовательное (ил
Линейные диаграммы
При исследовании электрических цепей часто бывает, что какая-либо комплексная величина определяется уравнением вида:
; (7.27)
где
- изменяющаяся комплексн
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов