 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Электрический ток в индуктивности
|
|
Индуктивность – элемент цепи, который учитывает энергию магнитного поля 
. Индуктивные элементы можно рассматривать как аккумуляторы (накопители энергии).
При изменении тока в индуктивности возникает ЭДС самоиндукции eL. По закону Ленца eL препятствует изменению тока. 
Чтобы через индуктивность проходил переменный ток, к ее выводам надо приложить напряжение uL, равное по величине и противоположное по направлению ЭДС eL:
где L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью Гн.
Так как электрическому току всегда сопутствует магнитное поле, любой обтекаемый током участок цепи, представляющий электротехническое устройство, должен характеризоваться индуктивностью.
Если 
тогда
Закон Ома для цепи с индуктивным элементом 
.
Начальная фаза напряжения 
, сдвиг фаз 
.
(3.16)
Из выражения следует, что средняя мощность за период, а следовательно, и активная мощность равны нулю. Индуктивность – реактивный элемент.
Мгновенная мощность может быть положительной, отрицательной и равной нулю. Если p (t) > 0, индуктивность заряжается энергией в виде энергии магнитного поля; если p (t) < 0, индуктивность возвращает энергию источнику.
Индуктивная проводимость
.
24) Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает емкостным сопротивлением Xc:
Xc = 1/(wC),
где С - емкость конденсатора,
w - частота переменного тока.
Величину емкостного сопротивления можно рассчитать по формуле Xc = U/I, предварительно измерив напряжение на конденсаторе U и силу тока в цепи I.
При этом колебания силы тока в цепи опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на p/2. Если сила тока меняется по закону I = Imsin(wt), то напряжение - U = Umsin(wt - p/2). Векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе приведена на рис. 2.
В цепи, содержащей конденсатор, происходит периодический обмен энергией между генератором и конденсатором без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.
25) Последовательное соединение R, L, C
При прохождении синусоидального тока 
через электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных элементов R, L, C, создается синусоидальное напряжение, равное по II закону Кирхгофа алгебраической сумме синусоидальных напряжений на отдельных элементах:
Из тригонометрии известно, что
.
Реактивное сопротивление последовательной RLC – цепи
может принимать следующие значения:
– цепь носит чисто активный характер (в цепи резонанс);
– цепь носит индуктивный характер, т.е.;
– цепь носит емкостный характер, т.е..
Полное сопротивление цепи
;
угол разности фаз
,
j < 0 при емкостном характере цепи (ток опережает напряжение), j > 0 при индуктивном характере цепи (ток отстает по фазе от напряжения), j = 0 при резистивном характере цепи (индуктивное и емкостное сопротивления равны) – такой режим цепи называют резонансом напряжений.
Из выражений 
и 
следует, что связь активного и реактивного сопротивления с полным сопротивлением выражается следующими формулами: 
что удобно представлять с помощью треугольника сопротивлений.
Умножив левые и правые части выражений для сопротивлений на действующее значение тока I, получим соответственно действующие значения напряжений на активном и реактивном сопротивлениях, которые называют активной и реактивной составляющими напряжения:
Тогда действующее значение суммарного напряжения можно определить как 
26)
27) Последовательное соединение R, L, C
При прохождении синусоидального тока 
через электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных элементов R, L, C, создается синусоидальное напряжение, равное по II закону Кирхгофа алгебраической сумме синусоидальных напряжений на отдельных элементах:
Из тригонометрии известно, что
.
Реактивное сопротивление последовательной RLC – цепи
может принимать следующие значения:
– цепь носит чисто активный характер (в цепи резонанс);
– цепь носит индуктивный характер, т.е.;
– цепь носит емкостный характер, т.е..
Полное сопротивление цепи
;
угол разности фаз
,
j < 0 при емкостном характере цепи (ток опережает напряжение), j > 0 при индуктивном характере цепи (ток отстает по фазе от напряжения), j = 0 при резистивном характере цепи (индуктивное и емкостное сопротивления равны) – такой режим цепи называют резонансом напряжений.
Из выражений 
и 
следует, что связь активного и реактивного сопротивления с полным сопротивлением выражается следующими формулами:
что удобно представлять с помощью треугольника сопротивлений.
Умножив левые и правые части выражений для сопротивлений на действующее значение тока I, получим соответственно действующие значения напряжений на активном и реактивном сопротивлениях, которые называют активной и реактивной составляющими напряжения:
Тогда действующее значение суммарного напряжения можно определить как
27) Параллельное соединение R, L, C
Если к выводам электрической цепи, состоящей из параллельно соединенных R, L, C, приложено синусоидальное напряжение 
то по I закону Кирхгофа синусоидальный ток в неразветвленной части равен алгебраической сумме синусоидальных токов в параллельных ветвях 
где
– совпадает по фазе с напряжением u(t);
– отстает по фазе от напряжения u (t) на 
;
– опережает по фазе напряжение u (t) на .
Просуммируем:
Выражение является тригонометрической формой записи I закона Кирхгофа для мгновенных значений.
Активная проводимость цепи 
, всегда положительна.
Реактивная проводимость цепи 
, в зависимости от знака может иметь индуктивный (В > 0) или емкостный (B < 0) характер. Если В = 0, цепь носит активный характер.
Для нахождения 
и j воспользуемся приемом, приведенным в предыдущем разделе:
, (3.27)
т.е. ток отстает от напряжения на угол j.
Здесь 
– начальная фаза напряжения; 
– начальная фаза тока; 
– разность фаз
– амплитудное значение тока; 
– полная проводимость цепи – величина, обратная полному сопротивлению 
;
– угол разности фаз определяется по оси 
в направлении от напряжения к току и является острым или прямым 
.
– при индуктивном характере цепи, т.е. при B > 0; при этом ток опережает по фазе напряжение. 
– при емкостном характере цепи, т.е. при B < 0; при этом ток опережает по фазе напряжение. 
– при резистивном характере цепи, т.е. при равенстве индуктивной и емкостной проводимостей 
; при этом ток совпадает по фазе с напряжением. Такой режим работы электрической цепи называют резонансом токов.
Активная и реактивная проводимости цепи связаны с полной проводимостью формулами
.
Для проводимостей также можно построить треугольник проводимостей.
Активная и реактивная составляющие тока определяются следующим образом:
.
28) Векторная диаграмма — графическое изображение меняющихся по закону синуса (косинуса) величин и соотношений между ними при помощи направленных отрезков — векторов. Векторные диаграммы широко применяются в электротехнике, акустике, оптике, теории колебаний итд.
Гармоническое (то есть синусоидальное) колебание может быть представлено графически в виде проекции на некоторую ось (обычно берут ось координат Оx) вектора, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω. Длина вектора соответствует амплитуде, угол поворота относительно оси (Ox) - фазе.
Сумма (или разность) двух и более колебаний на векторной диаграмме представлена при этом (геометрической) суммой[1] (или разностью) векторов этих колебаний. Мгновенное значение искомой величины определяется при этом проекцией вектора суммы на ось Оx, амплитуда - длиной этого вектора, а фаза - углом его поворота относительно Ox.
Для наглядного определения величины и фазы напряжения между различными точками электрической цепи удобно использовать топографические диаграммы. Они представляют собой соединенные соответственно схеме электрической цепи точки на комплексной плоскости, отображающие их потенциалы. На топографической диаграмме, представляющей собой в принципе векторную диаграмму, порядок расположения векторов напряжений строго соответствует порядку расположения элементов в схеме, а вектор падения напряжения на каждом последующем элементе примыкает к концу вектора напряжения на каждом предыдущем элементе.
Дата публикования: 2015-02-03; Прочитано: 343 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
