Реактивные элементы электрической цепи: Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

Энергетика Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

просмотров — 1336

А) Активное сопротивление. Те элементы цепи, на которых происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (не только в теплоту), называют активными сопротивлениями. Резистор представляет собой активное сопротивление, обозначают R, измеряют в Ом. Определяют сопротивление по формуле (9):

R = , [Ом].

R – сопротивление проводника, [Ом];

с – удельное сопротивление, [Ом∙м];

l – длина проводника, [м];

S – площадь сечения проводника, [мм2].

В цепях переменного тока при больших частотах ток «отжимается» к поверхности проводника, тем самым уменьшается площадь сечения проводника, по которой проходит ток. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в высокочастотных линиях сопротивление проводника зависит от частоты тока. По этой причине в высокочастотных установках вместо обычных проводников возможно применять трубчатые проводники.

На электрических схемах активное сопротивление обозначают:

Ток и напряжение на активных элементах совпадают по фазе (см. формулы (21) и (22)):I = Imax ∙ sin (юt + ц)

U = Umax ∙ sin (юt + ц)

U I

Б) Реактивные элементы. На реактивных элементах происходит обмен энергией между реактивным элементом (катушкой индуктивности, конденсатором) и источником электрической энергии.

Индуктивность в цепях переменного тока. Протекающий через катушку переменный ток создает в ней ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с правилом Ленца направлена таким образом, чтобы препятствовать изменению тока.

Помимо активного сопротивления на катушке индуктивности действует еще и индуктивное сопротивление, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ обозначают XL и рассчитывают по формуле:

XL = юL = 2рнL, [Ом] (26)

L – индуктивность катушки, ᴛ.ᴇ. способность создавать электромагнитное поле.

ю — угловая частота;

н — частота переменного тока, [ Гц.]

На электрических схемах катушку индуктивности обозначают:

Ток на катушке индуктивности отстает по фазе от напряжения на угол р / 2:

 
 

U

I

Формулы для расчета силы тока и напряжения: I = Im·sinщt (27)

U = Um·sin(щt + 900) (28)

Емкостное сопротивление. Емкость — это способность тела накопить электрическую энергию. В электротехнике созданы специальные устройства, способные накапливать энергию, их называют конденсаторы. За единицу емкости принимают емкость такого тела, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Эта единица принято называть фарад [Ф]. 1Ф — ϶ᴛᴏ очень большая емкость. На практике используют такие единицы измерения:

1 мФ = 10-3 Ф – милифарады;

1 мкФ = 10-6 Ф – микрофарады;

1 нФ = 10-9 Ф – нанофарады;

1 пФ = 10-12 Ф – пикофарады.

Помимо активного сопротивления, конденсаторы обладают еще и емкостным сопротивлением, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ обозначают и рассчитывают по формуле:

XC = , [Oм]. (29)

На электрических схемах емкость ( конденсатор) обозначают:

       
   
 
 
 
   

Ток на коденсаторе опережает напряжение на угол р/2:

I

U

Формулы для расчета силы тока и напряжения: I = Im∙sin (щt + 900) (30)

U = Um∙sinщt (31)


Читайте также


  • — Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

    А) Активное сопротивление. Те элементы цепи, на которых происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (не только в теплоту), называют активными сопротивлениями. Резистор представляет собой активное сопротивление, обозначают R,… [читать подробенее]


  • Активные и реактивные элементы в цепи переменного тока. Емкостное, индуктивное и полное сопротивления. Коэффициент мощности, треугольник сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности.

    Как будет показано в дальнейшем, сопротивление переменному току будет больше сопротивления постоянному току 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.

    По закону Ома напряжение, приложенное к элементу r в любой момент времени, определяется выражением

    . Отсюда мгновенный ток , где амплитуда тока.

    Действующие напряжение U и ток I меньше амплитудных значений в раз; следовательно, действующий ток т. е. равен действующему напряжению, деленному на активное сопротивление.

    Величина , измеряемая в единицах сопротивления и обозначаемая, называется емкостным сопротивлением цепи: .

    Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте приложенного напряжения.

    На основании выражения (2-17) определяется связь между действующими напряжением и током:

    .

    Величина измеряется в единицах сопротивления и называется индуктивным сопротивлением цепи. Индуктивное сопротивление пропорционально частоте.

    Сопротивление цепи, определяемое формулой называется полным сопротивлением цепи. Реактивным называется сопротивление .Если в цепи преобладает индуктивное сопротивление, реактивное сопротивление выражается положительным числом, разность фаз напряжения и тока положительна ( > 0) и напряжение цепи опережает ток. Если в цепи преобладает емкостное сопротивление, реактивное сопротивление выражается отрицательным числом, разность фаз отрицательна ( < 0) и ток цепи опережает напряжение.

    Средняя мощность за период, подобно мощности цепи постоянного тока, определяет энергию, подводимую к цепи за одну секунду. Поэтому ее называют активной мощностью. Значение мощности зависит от действующих тока и напряжения цепи и угла сдвига фаз между напряжением и током. Множитель называется коэффициентом мощности.

    Переменная мощность идущая на увеличение магнитного или электрического полей или поступающая обратно в сеть, называется реактивной мощностью. Ее амплитуда . Реактивная мощность выражается в вольт-амперах.

    Мощность изменяющаяся с двойной частотой и имеющая амплитуду называется

    полной мощностью.

    Треугольник сопротивлений. Длины сторон треугольника сопротивлений определяются путем деления соответствующих напряжений на значение тока. Гипотенуза треугольника сопротивлений изображает полное сопротивление цепи, катеты — активное и реактивное сопротивления. При >0сторона треугольника jx направлена влево от катета r преобладает индуктивное сопротивление; при <0 сторона треугольника jx направлена вправо — преобладает емкостное сопротивление.

    1. Последовательное соединение активного сопротивления и катушки индуктивности. Схема, уравнения напряжений, треугольник напряжений. Диаграмма.

    1. Последовательное соединение активного и емкостного сопротивлений. Схема, треугольник напряжений. Диаграмма.

    1. Последовательное соединение активного, емкостного и активно-индуктивного сопротивлений. Второй закон Кирхгофа для напряжений. Схема. Векторная диаграмма.

    1. Резонанс напряжений. Условия получения резонанса напряжений. Общее сопротивление, коэффициент мощности, величина тока и мощности при резонансе напряжений.

    Реактивные индуктивные и емкостные сопротивления цепи переменного тока могут полностью уравновесить друг друга. В этом случае имеем резонанс в цепи. При резонансе сопротивление цепи является чисто активным, угол сдвига между напряжением и током равен нулю и = 1.

    Резонанс в цепи можно получить тремя способами: изменяя частоту напряжения цепи, индуктивность или емкость или то и другое вместе.

    Угловая частота, при которой наступает резонанс, называется

    резонансной или собственной угловой частотой цепи.

    Резонанс напряжений. При резонансе напряжении в схеме рис. 2-35, в напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе взаимно компенсируются, и резонансная угловая частота определяется из условия откуда .

    Полное сопротивление цепи при взаимной компенсации и равно только активному сопротивлению цепи ; следовательно, при неизменном напряжении на зажимах U ток в цепи достигает наибольшего возможного значения. Напряжения на зажимах катушки и конденсатора могут превосходить напряжение на зажимах цепи в десятки раз. Поэтому резонанс при последовательном соединении элементов называют резонансом напряжений.

    Равенство напряжений и при их сдвиге по фазе на 180° означает, что в любой момент времени индуктивное и емкостное напряжения равны по значению и противоположны по знаку: =- Вследствие этого мгновенные значения реактивных мощностей, соответствующие индуктивности и емкости, равны и имеют противоположные знаки.

    Увеличение или уменьшение энергии магнитного поля равно уменьшению или увеличению энергии электрического поля, т. е. в цепи происходит непрерывный обмен энергией между катушкой и конденсатором, обусловленный изменениями напряжения и тока, а энергия, поступающая из сети, покрывает потери энергии в эквивалентном резистивном элементе с активным сопротивлением .

    Из выражений для емкостного и индуктивного сопротивлений при резонансе получим

    .

    Величина Z равна отношению или к току I измеряется в единицах сопротивления и называется волновым сопротивлением.

    Зависимость тока в цепи от частоты при неизменном напряжении U на зажимах представлена на рис. 2-37. Кривая имеет максимум при , когда сопротивление цепи наименьшее:

    . При частоте преобладает емкостное сопротивление и ток опережает напряжение; для угол , а для ток отстает от напряжения.

    1. Параллельное соединение сопротивлений в цепи переменного тока. Схема, общий ток и сдвиг фаз между током, и напряжение в каждой ветви цепи. Треугольник токов. Активная, реактивная и полная мощности. Векторная диаграмма.

    Исследуем цепь с параллельным включением резистивного элемента, идеальной катушки индуктивности и конденсатора. В действительности всякая катушка индуктивности обладает сопротивлением, а в конденсаторах имеют место потери энергии. Поэтому после рассмотрения идеализированной схемы, для которой наиболее просто определяются необходимые выражения, исследуем схемы с реальными элементами.

    При действии напряжения в неразветвленной части цепи протекает ток

    , где — мгновенные значения активного, реактивного индуктивного и реактивного емкостного токов.

    Реактивная составляющая токов определится как .

    Токи и в каждый момент времени имеют разные направления; показанные на рис. 2-25 условные положительные направления вначале могут быть назначены одинаковыми, чему соответствует сложение токов. Построим векторную диаграмму и треугольник токов (рис. 2-26). Катетами треугольника токов являются активный и реактивный токи, гипотенузой прямоугольного треугольника токов — ток I.

    Вектор , изображающий реактивную составляющую тока, направлен вправо при (рис. 2-26, а) или влево при (рис. 2-26,6) от вектора напряжения. Активная составляющая тока имеет один и тот же знак при любых значениях . Реактивная составляющая тока меняет знак вместе с изменением знака угла .

    Вектор тока разветвленной цепи является геометрической суммой токов отдельных ветвей.

    Активная и реактивная мощности складываются из мощностей отдельных ветвей:

    Комплексный ток неразветвленной части цепи равен сумме комплексных токов отдельных ветвей:

    .

    Комплексные токи цепи и ветвей определяются произведениями комплексных напряжения и проводимости:

    Реактивный элемент — цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Реактивный элемент — цепь

    Cтраница 1

    Конденсатор-чисто реактивный элемент цепи и потребление энергии после его присоединения не увеличивается. Однако суммарный ток меньше тока катушки, а поэтому при его прохождении в подводящих проводах, трансформаторе и генераторе происходят меньше потери энергии, чем прежде.  [1]

    Влияние реактивных элементов цепей переменного тока на форму кривых напряжения и тока используется в электрических фильтрах.  [2]

    Конденсатор — линейный реактивный элемент цепи, при синусоидальном приложенном напряжении ток в нем синусоидален. Следовательно, реактивная составляющая тока первой гармоники равна току конденсатора 2 5 а. Ток в катушке имеет обе гармоники и каждая из них активную и реактивную составляющие.  [3]

    Конденсатор — линейный реактивный элемент цепи, при синусоидальном приложенном напряжении ток в нем синусоидален. Следовательно, реактивная со-составляющая тока первой гармоники равна току конденсатора 2 5 а. Ток в катушке имеет обе гармоники и каждая из них активную и реактивную составляющие. Неразветвленный ток содержит активную составляющую тока первой гармоники и каждая из них активную и реактивную составляющие.  [4]

    При этом в реактивных элементах цепи ( емкостях и индуктивностях) имеется определенный запас электрической энергии. Переход из одного стационарного состояния в другое при изменении питающих напряжений или нагрузки называют переходным процессом. При переходном процессе осуществляется перераспределение энергии и поэтому он не может происходить мгновенно, так как запас энергии не изменяется скачком.  [5]

    Мгновенная мощность в реактивном элементе цепи изменяется с двойной частотой ( фиг.  [6]

    Выбор структуры и расчет реактивных элементов цепи обратной связи, обеспечивающей устойчивость усилителя и заданные его параметры по переменному току.  [8]

    ОС, обусловленное нестабильностью высокочастотных реактивных элементов цепи ОС.  [9]

    По мере приближения резонанса напряжения на реактивных элементах цепи изменяются и стремятся к равенству между собой.  [11]

    Так как мгновенные значения напряжений и токов в реактивных элементах цепи связаны между собо: 1 дифференциальными ( или интегральными) соотношениями, составленные уравнения Кирхгофа оказываются дифференциальными или интегродифференциаль-ными уравнениями.  [12]

    Из топографической диаграммы видно, что напряжения на реактивных элементах цепи могут превышать входное напряжение.  [14]

    Отсюда видно, что при резонансе суммарная энергия, запасенная реактивными элементами цепи, постоянна и равна максимальной энергии индуктивности, равной, в свою очередь, максимальной энергии емкости. Колебания энергии индуктивности и емкости противоположны по фазе и в цепи происходит полный обмен энергиями между ними. Источник не участвует в этом обмене и доставляет лишь энергию активному сопротивлению цепи.  [15]

    Страницы:      1    2    3

    Реактивные элементы

    Резонансом называют особое состояние двухполюсной электрической цепи, содержащей индуктивности и емкости, при котором сдвиг фаз между напряжением и током на зажимах цепи равен нулю. Такое положение может иметь место только в том случае, если входное сопротивление или входная проводимость электрической цепи на некоторой частоте Оо имеют активный характер, т. При выполнении первого условия в цепи имеется резонанс напряжений, а при выполнении второго условия — резонанс тонов. При резонансе напряжений напряжение на реактивном входном сопротивлении равно нулю г. Различают резонансы в цепях, содержащих только реактивные элементы, к в цепях, которые кроме реактивных элементов содержат сопротивления.


    Поиск данных по Вашему запросу:

    Схемы, справочники, даташиты:

    Прайс-листы, цены:

    Обсуждения, статьи, мануалы:

    Дождитесь окончания поиска во всех базах.

    По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 🌑 РАКЕТА ИЗ БУТЫЛКИ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ PULSE JET ИГОРЬ БЕЛЕЦКИЙ

    Реактивные элементы и их электронные аналоги


    Реактивные элементы. X L — реактивное сопротивление индуктивности Гармонический сигнал Пример L i L t i t v L t t Напряжение на индуктивности увеличивается по амплитуде с ростом частоты. Мощность t Мощность в индуктивности меняет знак, что соответствует периодическому накоплению и расходу энергии. Гармонический сигнал. Энергия t 0 Переменная состояния индуктивности — ток, полностью определяет энергию магнитного поля.

    Действующее значение i R t e t R v R t t 0 Мощность на сопротивлении потребляется пропорционально действующей величине тока или напряжения. Электрические цепи при Гармоническом воздействии Пример i t e t R С v С t v R t Дано: Найти: — динамическое уравнение — дифференциальное уравнение — дифференциальное уравнение канонический вид.

    Электрические цепи при Гармоническом воздействии Пример R С Дано: Найти: — динамическое уравнение — дифференциальное уравнение — дифференциальное уравнение канонический вид комплексная экспонента. Презентация для загрузки:. Презентация добавлена и проходит модерацию. Пришлем ссылку на неё после проверки. Что-то пошло не так. Попробуйте загрузить презентацию ещё раз.

    Презентация на тему: Реактивные элементы. Средняя оценка: 4. Код для вставки Скачать Кб. Презентации взяты из открытого доступа. Администрация не отвечает за достоверность информации в них. Все права принадлежат авторам презентаций. Обращаясь по вопросам авторских прав, укажите ссылку на презентацию.


    Выделите реактивные элементы, когда они вставлены в DOM — Meteor

    Предложить термин Отправить страницу Добавить в избранное. Реактивные элементы — накопители энергии, вследствие этого системы обладают инерцией: выходное воздействие всегда отстает во времени от входного и после прекращения действия входного сигнала на выходе еще некоторое время имеется выходной сигнал. Коэффициент передачи может быть определен как отношение спектра выходного сигнала к спектру входного или как отношение временной функции выходного сигнала к временной функции входного сигнала при 0 t оо. Реактивные элементы в схемах усилителей переменного тока вызывают фазовые и частотные искажения сигналов. Фазовые искажения проявляются в виде сдвига фазы выходного напряжения относительно входного, а частотные — в виде зависимости коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. Симметричный и несимметричный фильтры. Реактивные элементы могут включаться в один или оба провода четырехполюсника.

    В данной статье приведены реактивные элементы и их электронные аналоги: такие как емкость и индуктивность и их аналоги на.

    только реактивные элементы

    Реактивным называют двухполюсник, включающий только индуктивные и емкостные элементы. Такой двухполюсник называется приведенным , если число индуктивностей отличается от числа емкостей не более чем на единицу. Любой реактивный двухполюсник может быть преобразован к схеме приведенного двухполюсника. Для приведенного двухполюсника степени полиномов n и m отличаются друг от друга не более чем на единицу. Физический смысл корней определяется конечным набором резонансных состояний исследуемой цепи. Различают два типа резонанса: резонанс напряжений, когда реактивная часть входного сопротивления двухполюсника обращается в нуль, и резонанс токов, когда реактивная часть входной проводимости двухполюсника обращается в ноль. Для реактивных двухполюсников входное сопротивление и входная проводимость являются величинами взаимообратными. Следовательно, нули функции 1. Набор резонансных частот называют нулевыми и полюсными частотами, каждой из них приписывается свой цифровой индекс.

    Перебирать реактивные элементы управления формой

    Диафрагмой называется тонкая металлическая пластинка в поперечной плоскости волновода, перекрывающая часть его сечения. Диафрагмы являются реактивными элементами, так как почти не вносят дополнительных активных потерь, но создают значительное местное поле за счет возбуждения нераспространяющихся волн. Поэтому они служат в качестзе отражающих элементов для согласования волноводов и волноводных устройств, в фильтрах свч и т. Рассмотрим параметры основных типов диафрагм в прямоугольном волноводе при одномодовом режиме.

    Материал предоставлен журналом Радиолюбитель. В мире электроники существуют два вида элементов: активные и реактивные.

    Реактивный элемент

    Идеальный реактивный элемент отдаёт всю запасённую энергию без потерь, в противоположность активному радиоэлементу резистору , который всю подведённую электроэнергию необратимо преобразует в тепловую. Идеальный реактивный элемент может накопить бесконечное количество энергии. Реальные конденсаторы и дроссели не могут этого из-за нескольких причин, среди которых пробой диэлектрика конденсатора, насыщения магнитопровода дросселя, и др. Реальные реактивные элементы также имеют неизбежные активные потери, что приводит к преобразованию некоторой части энергии в тепло. Wikimedia Foundation. Лугинский, М.

    Линии передачи как реактивные элементы

    В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том.

    Деталь двигательной установки таргоидских кораблей. Такие компоненты находят после повреждения или полного уничтожения таргоидского корабля.

    Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

    Известный в электротехнике закон Ома объясняет, что если по концам какого-то участка цепи приложить разность потенциалов, то под ее действием потечет электрический ток, сила которого зависит от сопротивления среды. Источники переменного напряжения создают ток в подключенной к ним схеме, который может повторять форму синусоиды источника или быть сдвинутым по углу от него вперед либо назад. Если электрическая цепь не изменяет направления прохождения тока и его вектор по фазе полностью совпадает с приложенным напряжением, то такой участок обладает чистым активным сопротивлением.

    6.2. Параметрические реактивные элементы

    Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Портал между измерениями нельзя открыть. Туннель портал пространства-времени при своем возникновении имеет бесконечную 1 ставка. Правильна ли Специальная теория относительности? Магнитный воин -какие силы стоят за эффектом Джанибекова?

    Идеальный реактивный элемент отдаёт всю запасённую энергию без потерь, в противоположность активному элементу резистору , который всю подведённую электроэнергию необратимо преобразует в тепловую.

    Материалы для студента, 1 модуль

    Поскольку к моменту закрывания транзистора реактивные элементы снижают до минимума ток коллектора, базовый ток также будет минимальным и, следовательно, время. Таким образом полностью снимается проблема сквозного тока, возникающего при переключении. Цепи, содержащие сопротивления и реактивные элементы , в этом отношении обычно сложнее. Заменив в заданной схеме все реактивные элементы их дискретными моделями, получим резистив-ную дискретную модель этой схемы, описываемую системой нелинейных алгебраических уравнений. По условию схема четырехполюсника содержит только реактивные элементы.

    Реактивные элементы. X L — реактивное сопротивление индуктивности Гармонический сигнал Пример L i L t i t v L t t Напряжение на индуктивности увеличивается по амплитуде с ростом частоты. Мощность t Мощность в индуктивности меняет знак, что соответствует периодическому накоплению и расходу энергии.


    Цепи переменного тока. Реактивные сопротивления

    10. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

    44 0 ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕКИЙ ТОК 0 Основные понятия и определения Переменным называется ток, который с течением времени изменяет свою величину Квазистационарным называется переменный ток, который во всех

    Подробнее

    , где I m амплитуда силы тока

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: определение зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты, а также определение угла сдвига фаз тока

    Подробнее

    Тема 4.2. Цепи переменного тока

    Тема 4.. Цепи переменного тока Вопросы темы.. Цепь переменного тока с индуктивностью.. Цепь переменного тока с индуктивностью и активным сопротивлением. 3. Цепь переменного тока с ёмкостью. 4. Цепь переменного

    Подробнее

    3.4. Электромагнитные колебания

    3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур

    Подробнее

    Лабораторная работа 5 Резонанс напряжений

    Лабораторная работа 5 Резонанс напряжений В механической системе онанс наступает при равенстве собственной частоты колебаний системы и частоты колебаний возмущающей силы, действующей на систему. Колебания

    Подробнее

    Закон Ома:,, — мгновенная мощность

    .3 Идеализированные пассивные элементы цепи: сопротивление, емкость, индуктивность Идеальный элемент наделяется только основным свойством реального элемента, а второстепенные свойства отбрасываются. Сопротивление

    Подробнее

    ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

    Глава 5 ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Основное преимущество переменного тока перед постоянным состоит в том, что с помощью трансформаторов можно просто и экономично как увеличивать, так и уменьшать напряжение

    Подробнее

    РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 464 «Электропривод

    Подробнее

    Колебательные контуры

    Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мордовский Государственный университет им. Н.

    Подробнее

    Открытый банк заданий ЕГЭ

    Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент t = 0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют

    Подробнее

    U m. 2) π. 1) 1, Дж 2) 5, Дж 3) 1, Дж 4) Дж

    Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В нём наблюдаются гармонические электромагнитные колебания с периодом Т = 5 мс. В начальный момент времени заряд конденсатора максимален

    Подробнее

    Резонанс «на ладони».

    Резонанс «на ладони». Резонансом называется режим пассивного двухполюсника, содержащего индуктивные и ёмкостные элементы, при котором его реактивное сопротивление равно нулю. Условие возникновения резонанса

    Подробнее

    С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

    Подробнее

    1. Основные положения теории

    . Основные положения теории…. Предварительная подготовка… 5 3. Задание на проведение эксперимента… 5 4. Обработка результатов экспериментов… 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите работы…

    Подробнее

    Электромагнитные колебания и волны.

    Вариант 1. 1. Конденсатор электроемкостью 500 пф соединен параллельно с катушкой длиной 40см и площадью поперечного сечения 5 см 2. Катушка содержит 1000 витков. Сердечник немагнитный. Найти период колебаний

    Подробнее

    Лекция 4 ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

    Сегодня: среда, 18 сентября 213 г. Лекция 4 ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК Содержание лекции: 1. Сопротивление в цепи переменного тока 2. Емкость в цепи переменного тока 3. Индуктивность в цепи переменного тока 4. Закон

    Подробнее

    Лекция 2.8 Переменный ток

    Лекция.8 Переменный ток План:. Введение. Квазистационарные токи 3. Переменный ток через сопротивление 4. Переменный ток через индуктивность 5. Переменный ток через емкость 6. Цепь содержащая индуктивность

    Подробнее

    Тема 4.1. Переменный ток.

    Тема 4.1. Переменный ток. Вопросы темы. 1. Определение, получение и характеристики переменного тока.. Действующие значения тока и напряжения. 3. Изображение переменного тока методом векторных диаграмм.

    Подробнее

    Индуктивность в цепи переменного тока

    Лабораторная работа 7 Индуктивность в цепи переменного тока Цель работы: исследование зависимости сопротивления соленоида от частоты синусоидального тока, определение индуктивности соленоида, а также взаимной

    Подробнее

    Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1

    (в.1) Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1 1. Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между: 1. Падениями напряжения на элементах в замкнутом контуре; 2. Токами в узле схемы; 3. Мощностями рассеиваемыми

    Подробнее

    ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

    Работа № 2 – 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИ

    ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

     

    Цель работы

    Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях переменного тока по результатам измерений, включения в цепь вольтметра и амперметра, измерения тока и напряжения, применения закона Ома в цепь переменного тока.

     

    Перечень минимодулей

    Наименование минимодулей Количество
    Дроссель
    Конденсатор 22 мкФ
    Резистор 2 Вт 68 Ом

     

     

    Порядок выполнения работы

     

    При расчете цепей переменного тока, в отличие от цепей постоянного тока, необходимо учитывать не один, а три простейших пассивных элемента: резистивный. индуктивный и емкостной, которые характеризуются соответственно параметрами: активным сопротивлением X. индуктивностью L (индуктивным сопротивлением XL=wL) и емкостью С (емкостным сопротивлением XC=I/wС).

    где w — угловая частота.

    В реальной цепи сопротивлением обладают не только резистор или реостат как устройства, предназначенные для использования их электрических сопротивлений, но и любой проводник, катушка, конденсатор, обмотка любого электромагнитного элемента и др. Общим свойством всех устройств, обладающих электрическим сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую энергию. При токе і в резисторе, обладающим сопротивлением за время t в соответствии с законом Джоуля — Ленца выделяется энергия dw=ri2dt.

    Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. Но поскольку преобразование электрической энергии в тепловую энергию в пассивном элементе носит необратимый характер, то в схеме замещения во всех случаях, когда необходимо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление. В реальном устройстве, например, в электромагните, электрическая энергия может быть преобразована в механическую энергию (притяжение якоря), но в схеме замещения это устройство заменяется сопротивлением, в котором выделяется эквивалентное количество тепловой энергии. И при анализе схемы нам уже безразлично, что в действительности является потребителем энергии электромагнит или электроплитка.



    В цепях переменного тока сопротивление называют активным, которое из — за явления поверхностного эффекта больше, чем электрическое сопротивление постоянному току. Однако при низких частотах этой разницей обычно пренебрегают.

    Напряжение, подведенное к активному сопротивлению, по фазе совпадает е током, то есть напряжение и ток одновременно достигают максимальных значений и одновременно переходят через нуль. Если мгновенное значения тока имеет вид i(t)=Iм sin (2pft), то мгновенное значение напряжения будет uR(t)=Um sin (2pft).

    Индуктивность L характеризует свойство участка пени или катушки накапливать энергию магнитного поля. В реальной цепи индуктивностью обладают не только индуктивные катушки как элементы цепи, предназначенные для использования их индуктивности, но и провода, и выводы конденсаторов, и реостаты. В целях упрощения обычно считают, что энергия магнитного поля сосредотачивается только в катушках.

    При протекании переменного тока i(t) через катушку индуктивности, состоящей из из витков, возбуждается переменный магнитный поток Ф(t). который в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в пей же эдс самоиндукции el = — wdФ/dt = — Ldi/dt. Следовательно, индуктивность в цепи переменного тока влияет на величину протекающего тока как сопротивление. Соответствующая расчетная величина называется индуктивным сопротивлением и обозначается Л’,, и измеряется так же. как и активное сопротивление — в Омах.

    Чем выше частота переменного тока, тем больше эдс самоиндукции и тем больше индуктивное сопротивление XL=wL=2pf. Величина w=2pf называется угловой (циклической) частотой переменного тока.

    В цепи постоянного тока в установившемся режиме индуктивность не влияет на режим работы цепи, так как эдс самоиндукции равна нулю.

    Поскольку эдс самоиндукции возникает только при изменении тока, то и максимальные значения эдс наступают при максимальной скорости изменения тока в катушке, то есть при прохождении тока через пуль. Поэтому на участке цепи с индуктивностью эдс самоиндукции по времени отстает от тока на четверть периода или на p/2 электрических радиана. Напряжение на индуктивности, будучи противоположным эдс. наоборот, опережает ток на четверть периода или на /~2 электрических радиана. Если по катушке проходит ток. мгновенное значение которого i=(t)=IМ sin (2pft), то мгновенное значение напряжения на индуктивности U

    uL(t)=Um sin (2pft+p/2)= XL IМ sin (2pft+p/2).

     

    Когда напряжение, изменяясь синусоидально, достигает максимума, ток в это мгновение равен нулю. Если напряжение на зажимах элемента цепи опережает ток на p/2 радиана, то говорят, что такой элемент представляет собой идеальную катушку индуктивности или чисто реактивное индуктивное сопротивление XL. Это сопротивление учитывает реакцию электрической цепи на изменение магнитного поля в индуктивности и является линейной функцией частоты.

    При включении в цепь переменного тока реальной катушки (рис. 1), обладающей кроме индуктивности L, и некоторых; значением активного сопротивления R, ток отстает по фазе от напряжения на некоторый угол j<p/2, который легко определяется из треугольника сопротивлений (рис. 3): tgj=XL/R. Для такого участка электрической цепи уравнение на основании второго закона Кирхгофа имеет вид:

    и =uR – иL= Ri + Ldi/dt.

     

    В напряжении, подведенном к реальной катушке, условно можно выделить две составляющих: падение напряжения Ri на активном сопротивлении, обычно называемое активной составляющей приложенного напряжения, и напряжение на идеальной индуктивности uL=Ldi/dt, называемое реактивной составляющей приложенного напряжения. Фазовые соотношения между этими составляющими, приложенным напряжением и протекаемым током обычно иллюстрируются векторной диаграммой для их действующих значений (рис. 2).

     

    Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3

     

    Из векторной диаграммы видно, что

     

     

    где – полное электрическое сопротивление реальной катушки. Из треугольника сопротивлений (рис. 3.3) следует, что

     

    Закон Ома для цепи, по которой протекает переменный ток, записывается в виде I=U/R.

    Из рассмотренного следует важный вывод: сопротивления в цепи переменного тока складывается в общем случае геометрически. Например, если катушки R=3 Ома и XL=4 Ома, то Z=5 Ом.

    Емкость, измеряемая в фарадах (Ф), характеризует способность элемента электрической цени или конденсатора накапливать энергию электрического поля. В реальной цепи емкость существует не только в конденсаторах, как элементах предназначенных специально для использования их емкости, ноли между проводниками, между витками катушек (межвитковая емкость), между проводом и землей или каркасом электротехнического устройства. Однако в схемах замещения принято, что емкостью обладают только конденсаторы.

    В конденсаторе, точнее в диэлектрике, разделяющем пластины или проводники конденсатора, может существовать ток электрического смещения, в точности равный току проводимости в проводниках, присоединенных к обкладкам конденсатора, i=dq/dt, где – q заряд на обкладках конденсатора, измеряемый в кулонах и пропорциональный напряжению на конденсаторе Uc:

     

    q=CUc и при С=const dq=CdUc.

     

    Тогда ток, проходящий через конденсатор, i = C dUc / dt, а энергия электрического поля, запасаемая в конденсаторе при возрастании напряжения, W = C UC2 /2.

    Очевидно, что при постоянном напряжении dUc/dt=0 и постоянный ток через конденсатор проходить не может.

    При изменении напряжения на обкладках конденсатора через него протекает емкостной ток. Чем быстрее изменяется напряжение, тем больше емкостной ток.

    Если приложить к конденсатору переменное синусоидальное напряжение, то через конденсатор потечет переменный синусоидальный ток, сдвинутый по фазе на p/2 по отношению к напряжению. Это происходит потому, что емкостной ток достигает максимального значения при максимальном изменении напряжения, т.е. при прохождении напряжения через нуль. Ток при этом опережает напряжение по фазе на p/2. Если мгновенное значение тока, протекаемого через конденсатор

    i(t)=Iм sin (2pft), то мгновенное значение напряжения на нем

     

    uC(t)=Um sin (2pft-p/2)= XC IМ sin (2pft-p/2).

     

     

    где ХС — реактивное емкостное сопротивление. Векторная диаграмма для участка электрической цепи, содержащей конденсатор, изображена на рис. 4.

    Рис. 4

     

    Величина XC = I/2pfC = I/wC = UCm / Im = UC /I называется реактивным емкостным сопротивлением. Это сопротивление учитывает реакцию электрической цепи на изменение электрического поля в конденсаторе и является обратно пропорциональной функцией частоты.

    Закон Ома для участка электрической цени с конденсатором I =UC /XC, где I — действующее значение тока, протекаемого через конденсатор, UC — действующее значение напряжения на конденсаторе.

    Электрическая цепь переменного тока характеризуется реактивной и полной мощностью.

    Активная мощность Р, измеряемая в ваттах (Вт), равна произведению действующего значения напряжения V на действующее значение ток U и на действующее значение ток I и на cosj, называемый коэффициентом мощности, или произведению квадрата действующего значения тока на активное сопротивление:

    Р = UI cosj = I2 R.

     

    Реактивная мощность Q измеряемая в вольт-амперах реактивных (Вар), равна произведению действующего значения напряжения U на действующее значение тока I и на sinj произведению квадрата действующего значения тока на реактивное сопротивление:

     

    Q=UIsinj=I2X.

     

    Полная мощность S, измеряемая в вольт — амперах (ВА), равна произведению действующего значения тока U па действующее значение напряжения U:

     

    Соотношения этих мощностей иллюстрируются треугольником мощностей (рис. 5).

    Рис. 5

     

    Порядок выполнения работы

    3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, модуль питания, набор минимодулей, наборное поле).

    3.2. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление R (рис. 6). Дня измерения тока использовать вход 5 модуля ввода — вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжения U использовать вход 1 модуля ввода-вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и Х10). Представить схему для проверки преподавателю.

    Рис. 6

     

    3.3. Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

    В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи — мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа №2 — 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с активным сопротивлением»

    На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных — измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

    Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» или командой главного меню «Управление — Пуск» или горячей клавишей F5.

    3.4. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF. который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввода — вывода.

    На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA2) и записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

     

    Таблица 1

     

    Включено Измерено Вычислено
    U, В I, А Р, Вт j, град Z, Ом R, Ом Х, Ом
    R              
    Zk              
    С              

     

    Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление — Стоп» или горячей клавишей F6.

    3.5. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только реальную индуктивность (рис. 7). Представить схему для проверки преподавателю.

    3.6. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи — мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 — 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с индуктивностью»

    На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

    Рис. 7

     

    Запустить программа в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление — Пуск».

    Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стол» ▀ или командой главного меню «Управление — Стоп».

    3.7. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только конденсатор (рис. 8). Представить схему для проверки преподавателю.

    Рис.8

     

    3.8. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи — мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 — 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с емкостью».

    На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

    Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление — Пуск» или горячей клавишей F5.

    Записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

    Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀.

    Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление — Стоп» или горячей клавишей F6.

    Выключить источник переменного напряжения (55A1+SA2).

    В конце лабораторной работы выключить питание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания).

    3.9. По результатам измерений рассчитать, используя закон Ома, полное сопротивление каждого потребителя, его активное и реактивное сопротивления. Результаты занести в табл. 1.

    3.10. Считая, что частота переменного напряжения f = 50 Гц, определись величину индуктивности индуктивного потребителя L и емкости конденсатора.

     

    Содержание отчета

    Отчет по работе должен содержать:

    а) наименование работы и цель работы;

    б) электрические схемы опытов;

    в) таблицы с результатами опытов и вычислений;

    г) расчетные соотношения;

    д) векторные диаграммы для резистора, реальной катушки и конденсатора;

    е) выводы по работе.

     

    5. Контрольные вопросы

    1. В каких единицах измеряется ток, напряжение, сопротивление?

    2. Что такое Ом, Ампер, Вольт?

    3. Что такое «полное сопротивление»?

    4. Что такое «активное сопротивление»?

    5. Что такое «реактивное индуктивное сопротивление» и как оно определяется?

    6. Что такое «реактивное емкостное сопротивление» и как оно определяется?

    7. Какая связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями цепи переменного тока?

    8. Как формулируется закон Ома для цепи переменного тока?

    9. Может ли через конденсатор протекать постоянный ток?

     

     

    Работа № 2 – 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
    ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

     

    Цель работы

    Приобретение навыков сборки простых электрических цепей и измерения напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.

     

    Перечень минимодулей

     

    Наименование минимодулей Количество
    Дроссель
    Батарея конденсаторов
    Резистор 2 Вт 68 Ом

     

     

    Пояснения к работе

    Электрическая цепь синусоидального переменного тока с последовательным соединением резистора с активным сопротивлением R. реальной катушки индуктивности с полным сопротивлением Zk(Rk,Xk) и конденсатора с емкостным сопротивлением Xc (рис. 1) описывается уравнением, записанным по второму закону Кирхгофа для мгновенных значений напряжений на этих элементах:

     

     

    или в геометрической форме для векторов действующих значений этих напряжений

     

     

    Последнее соотношение говорит о том, что вектор действующего значения напряжения, приложенного к такой цепи, равен геометрической сумме векторов напряжений на отдельных её участках (рис. 2).

     

     

    Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3

     

    Из анализа векторной диаграммы для такой цепи следует, что величина входного напряжения U

     

    где URK , ULK – соответственно активная и реактивная составляющие напряжения на катушке, RK, XL – активное и реактивное индуктивное сопротивление катушки индуктивности (рис. 3)

    Следовательно, действующее значение тока в этой цепи на основании закона Ома можно определит как где

    – полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и индуктивности и конденсатора, которое легко определяется из многоугольника сопротивлений (рис. 3).

    Угол сдвига фаз между входным синусоидальным напряжением U и потребляемым такой цепью током I определяется из треугольника сопротивлений

     

     

    Если ωL > 1/ωC и угол φ > 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и идеальной индуктивностью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно-индуктивный характер.

    Если ωL < 1/ωC и угол φ < 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и емкостью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно — емкостной характер.

    Если в цепи реактивное сопротивления равны (ωL = 1/ωC), то угол φ = 0. При этом реактивная составляющая напряжения на индуктивности и напряжение на конденсаторе полностью себя компенсируют. Цепь ведет себя, как будто реактивные сопротивления в ней отсутствуют и ток достигает наибольшего значения, поскольку ток ограничивается только эквивалентным активным сопротивлением цепи

    Это означает, что в цепи имеет место резонанс, называемый в данном случае резонансом напряжений.Резонанс напряжений можно получить изменением частоты источника питания, изменением параметров реактивных элементов, например, подбором значения величины емкости , где – резонансная частота цепи.

     

    Порядок выполнения работы

    3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, набор минимодулей, наборное поле).

    3.2.Собрать электрическую цепь с последовательным соединением элементов, установив минимодули резистора, батареи конденсаторов и дросселя L1 используемого в качестве индуктивного потребителя Zk (рис.4) Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания). Для измерения тока использовать вход 5 модуля ввода-вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжений UR UK UC и U использовать входы 1, 2, 3, 4 модуля ввода-вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и Х10, X11 и Х12, X13 и Х14, XI5 и Х16, соответственно). Представить схему для проверки преподавателю.

    3.3.Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

    В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи — мини».

    В появившемся списке работ выбрать «Работа 2-2. Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов». На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

     

     

    Рис. 4

     

    Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление — Пуск» или горячей клавишей F5.

    3.4.Подсоединить параллельно конденсатору дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.

    3.5.Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания, который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввод-вывод.

    На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA3).

    Произвести измерения указанных в таблице величин в цепи с последовательным соединением резистора R и катушки ZK. Результаты измерений занести в табл. 1.

    Таблица 1

    Схема U, B I, мA UR, В UK, В UC, В P, Вт
    R, Zk         −−−−−  
    R, Xc       −−−−−    
    R, Zk, Xc1            
    R, Zk, Xc2            
    R, Zk, Xc3            

     

    Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3), убрать дополнительный проводник, подключенный к конденсатору. Подсоединить параллельно индуктивному потребителю дополнительный проводник (исключив этим его из цепи). Установить заданное преподавателем значение емкости батареи конденсаторов. Предъявить схему для проверки преподавателю.

    3.6. Произвести измерения указанных в таблице величин для цепи с последовательным соединением резистора R и конденсатора Хс. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3), убрать дополнительный проводник.

    3.7. Включить источник переменного напряжения (SA1+SA3). Изменяя величину емкости батареи конденсаторов, добиться наибольшего показания амперметра, т.е. обеспечить состояние цепи близкое к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в табл. 1.

    3.8.Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов (от резонансного значения емкости) провести измерения указанных в таблице величин для двух состояний цепи. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3).

    3.9.Для цепи с последовательным соединением трех элементов ( R, ZK, С) по результатам измерений рассчитать:

    полную мощность цепи S, активные мощности отдельных участков PR. Рк и всей цепи Р. реактивную мощность цепи Q, коэффициент мощности цепи cosφ и угол сдвига фаз φ между напряжением на входе цепи и током, а также полное Zэ— активное Rэ и реактивное Хэ сопротивления всей цепи, величину емкостного сопротивления Хс. При определении активной мощности индуктивного потребителя учесть полученное в предшествующей лабораторной работе значение активного сопротивления индуктивного потребителя RK. Результаты занести в табл.2.

    Таблица 2

    S=UI BA PR=URI Вт PR=RKI² Вт P=RR+PK Вт Q= ВАр cosφ= P/S φ Zэ Ом Rэ Ом Хэ Ом Хс= Uс/I Ом
                         
                         
                         

     

    3.10.По результатам измерений построить для исследованных цепей в масштабе векторные диаграммы и сделать вывод о характере каждой исследованной цепи.

    3.11.Построить зависимости потребляемого тока I, сопротивления цепи Zэ, реактивного сопротивления цепи Хэ коэффициента мощности цепи от величины емкостного сопротивления Хс.

    3.12.Сделать вывод о применении 2-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

     

    4. Содержание отчета

    Отчет по работе должен содержать:

    а) наименование работы и цель работы;

    б) схему исследуемой цепи;

    в) таблицы с результатами опытов и вычислений;

    г) расчетные соотношения;

    д) векторные диаграммы; с) выводы по работе.

    5. Контрольные вопросы

    1. Что такое активная, реактивная и полная мощности в цепи переменного

    тока?

    2. Какая взаимосвязь между полной, активной и реактивной мощностями?

    3. Что такое «коэффициент мощности»?

    4. Как вычислить полное сопротивление катушки, если известны её активное сопротивление, индуктивность и частота сети?

    5. Как вычислить полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и конденсатора?

    6. От чего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током на участке электрической цепи переменного тока?

    7. Что такое «треугольник сопротивлений»?

    8. Чему равны реактивное сопротивление цепи и реактивная мощность цепи при резонансе?

    9. В каком случае исследуемая цепь будет носить активно-индуктивный характер, и в каком — активно-емкостной характер?

     

     

    Работа № 2-3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ.

    ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

     

    1. Цель работы

    Ознакомиться с особенностями режимов работы цепи с параллельным соединения активных и реактивных элементов, явлением резонанса токов, повышением коэффициента мощности, применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

     

    Перечень минимодулей

     

    Наименование минимодулей Количество
    Дроссель
    Батарея конденсаторов
    Резистор 2 Вт 100 Ом
    Тумблер

     

    Пояснения к работе

    При параллельном соединении элементов получают разветвленную цепь (рис. 1). При параллельном соединении элементов токи r отдельных ветвях зависят от величины приложенного напряжения и полного сопротивления каждой ветви. При этом ток в ветви с резистором IR совпадает по фазе с напряжением, ток в ветви с индуктивной катушкой IK отстает по фазе от напряжения на угол φ, зависящий от активного и реактивного сопротивления реальной катушки индуктивности. Ток в ветви с конденсатором IC опережает напряжение на 900 (рис. 2). В соответствии с первым законом Кирхгофа общий ток I, потребляемый такой цепью от источника питания, определяется геометрической суммой токов отдельных ветвей:

     

    Рис. 1

     

    Геометрическое построение для определения величины и фазы общего тока представлено на рис. 2, где обозначено:

    IKA, IA — активные составляющие тока в ветви с индуктивной катушкой и общего тока;

    IKP, IP — реактивные составляющие тока в ветви с индуктивной катушкой и общего тока.

    Рис. 2

     

    Под активной составляющей тока понимают составляющую тока, совпадающую по фазе с приложенным напряжением. Под реактивной

    составляющей тока — составляющую, расположенную под 90° к приложенному напряжению. Следует помнить, что активная и реактивная составляющие тока – это условие величины, не имеющие физического смысла в последовательной схеме замещения, но удобные для расчетов.

    Из векторной диаграммы следует, что ,

    Следовательно, величина общего тока I = ,

    а угол сдвига фаз между общим током и приложенным напряжением

     

    tgφ= / ( )/( ).

     

    Данная векторная диаграмма построена в предположении, что емкостной ток меньше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке . Поэтому общий ток отстает по фазе от напряжения. Такая цепь носит активно- индуктивный характер. Если бы емкостной ток был больше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке , то ток, потребляемый цепью из сети опережал по фазе приложенное напряжение и цепь носила бы активно- емкостной характер.

    При равенстве реактивной индуктивной составляющей тока в катушке и емкостного тока вектор общего тока совпадает по фазе с вектором приложенного напряжения, а его величина определяется только активными составляющими токов , При этом в цепи наступает явление резонанса токов, так как цепь, содержащая реактивные элементы, ведет себя как цепь с чисто активным сопротивлением. При резонансе токов токи в ветвях с реактивными элементами могут значительно превышать ток, потребляемый от источника питания.

    3. Порядок выполнения работы

    3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, набор минимодулей ).

    3.2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R, индуктивного потребителя ZK и батареи конденсаторов С (рис. 3).

    Рис. 3

     

    Установить в заданную преподавателем позицию переключатель батареи конденсаторов С. В качестве индуктивного потребителя ZK использовать дроссель L1. Для измерения тока использовать входы 5, 6, 7, 8 модуля ввода-вывода (гнезда Х25 и Х26. Х27 и Х28, Х29 и Х30, Х31 и Х32, соответственно). Для измерения напряжения U использовать вход I модуля ввода-вывода на пределе 30В (гнезда Х9 и Х10). Представить схему для проверки преподавателю.

    3.3. Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

    В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи и основы электроники».

    В появившемся списке работ выбрать «Работа № 2-3. Электрическая цепь переменного тока с параллельным соединением элементов». На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

    Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление — Пуск» или горячей клавишей F5.

    3.4. Изучить работу электрической цепи при параллельном соединении потребителей.

    Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания, который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввод-вывод.

    На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA2).

    Поочередно подключая тумблерами соответствующие ветви, измерить напряжение и токи во включенных ветвях, а также ток, потребляемый от источника питания. Подключить с помощью тумблеров все ветви и измерить напряжение и токи в ветвях, а также ток, потребляемый от источника питания. Результаты измерений занести в табл. 1.

    Таблица 1

    Включены ветви Измерено Вычислено
    U, В I, мА , мА , мА , мА φ, град cosφ
    R       —— ——    
    C     ——   ——    
    ZK     —— ——      
    R, С, ZK              
    ZK, С1     ——        
    ZK, С1     ——        
    ZK, С1     ——        
                         

     

     

    3.5. Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индуктивному потребителю ZK, на коэффициент мощности цепи и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого разомкнуть ветвь с резистором R и установить такое значение емкости батареи конденсаторов, при которой от источника потребляется минимальный ток (состояние, близ


    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

    Reactance

    http://en.wikipedia.org  Wikipedia, свободная энциклопедия

    Реактивное сопротивление — это мнимая часть импеданса (импедансом называется полное (комплексное) сопротивление цепи переменного тока), которая показывает меру противодействия синусоидальному переменному току. Реактивное сопротивление возникает в присутствии индуктивности и ёмкости в цепи, и обозначается символом X; единица СИ — Ом.

     

    (В этом разделе знак тильда (~) будет использован для обозначения векторов или комплексных величин, а буквы без дополнительных знаков обозначают модули векторов соответствующих величин, а также скалярные величины.)

    Для определения импеданса   требуется как реактивное сопротивление X, так и резистивное (активное) сопротивление R. Несмотря на то, что в некоторых обстоятельствах реактивное сопротивление может доминировать, требуется хотя-бы приблизительное знание активного сопротивления  для определения импеданса. 

    Как модуль, так и фаза  импеданса зависят от обоих сопротивлений – и от активного и от реактивного:

    Модуль импеданса — это отношение амплитуд напряжения и тока, тогда как фаза - это разница между фазами напряжения и тока. 

    • Если X>0 говорят, что реактивное сопротивление является индуктивным
    • Если X=0 говорят, что импеданс чисто резистивный (активный)
    • Если X<0 говорят, что реактивное сопротивление является ёмкостным

    Физическое значение

    Определение соотношений между током и напряжением требует знания, как активного, так и реактивного сопротивлений. Реактивное сопротивление само по себе даёт только ограниченную физическую информацию об электрическом устройстве или электрической цепи:

    1. Величина реактивного сопротивления показывает меру противодействия цепи только переменному току, и зависит от частоты переменного тока. 
    2. Положительное реактивное сопротивление подразумевает, что фаза напряжения опережает фазу тока, в то время как отрицательное реактивное сопротивление подразумевает, что фаза напряжения отстаёт от фазы тока.
    3. Нулевое реактивное сопротивление подразумевает, что ток и напряжение совпадают по фазе и наоборот, если реактивное сопротивление не равно нулю, тогда существует разность фаз между напряжением и током.         

    Есть случаи, когда  в цепи есть реактивные элементы, но результируюшее реактивное сопротивление цепи равно нулю, для примера: резонанс в RLC-цепи случается, когда реактивные импедансы ZC и ZL взаимоуничтожаются. Это значит, что импеданс имеет фазу, равную нулю (специфический пример нулевого реактивного сопротивления для случая 3. выше).

    Ёмкостное реактивное сопротивление

    Ёмкостное реактивное сопротивление Xc обратнопропорционально частоте сигнала  и ёмкости C.

    Ёмкостной элемент называется конденсатором. Конденсатор состоит из двух проводников, отделённых друг от друга изолятором, тоесть диэлектриком.

    При низких частотах или в цепи постоянного тока конденсатор разрывает (размыкает) цепь, так как ток не может течь через диэлектрик. Если к изначально разряженному конденсатору прикладывают постоянное напряжение – в начальный момент на обкладках конденсатора индуцируются заряды, электрическое поле котрых противоположно полю внешнего источника напряжения. Поэтому ток в этот начальный момент в цепи максимален. Затем потенциалы источника питания и конденсатора точно уравниваются, и ток в цепи прекращается.

    Конденсатор, включённый в цепь переменного тока, будет успевать накапливать только ограниченный заряд перед тем, как разность потенциалов изменит знак на противоположный. Тоесть ток не будет успевать упасть до нуля, как в случае цепи постоянного тока. Чем выше частота, тем меньший заряд будет аккумулироваться в конденсаторе, и тем меньше конденсатор будет противодействовать внешнему току (сопротивление уменьшается).

    Индуктивное реактивное сопротивление

    Индуктивное реактивное сопротивление XLпрямопропорционально частоте сигнала и индуктивности L.

    Индуктивный элемент представляет собой катушку индуктивности, тоесть длинный проводник, например проволока, намотанный в виде катушки. Изнутри катушка может быть пустая или содержать магнетик. Закон электромагнитной индукции Фарадея устанавливает, что ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Эта ЭДС часто называется противо-ЭДС.

    Если индуктивность представляет собой катушку содержащую N витков.

    В общем случае ЭДС является следствием изменения магнитного потока в контуре. Но это изменение магнитного потока может иметь разные причины: движение магнита, движение другой катушки с током, изменение собственного тока контура. Последний случай носит название – явление самоиндукции, которое и лежит в основе индуктивного реактивного сопротивления.

    В свою очередь противо-ЭДС вызывает в контуре индукционный ток, который направлен противоположно току источника питания. Точная форма правила Ленца: индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток, через контур, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

    Если к изначально неподключенной катушке индуктивности подключают источник постоянного тока – в начальный момент в катушке начинает течь ток от внешнего источника. Он вызывает изменение магнитного потока. Изменение магнитного потока порождает противо-ЭДС. Противо-ЭДС вызывает противоток. Этот противоток в начальный момент равен току источника.

    При низких частотах или в цепи постоянного тока катушка индуктивности проводит электрический ток беспрепятственно, и может рассматриваться как короткозамкнутый участок цепи, тоесть проводник с низким сопротивлением. Если к изначально неподключенной катушке индуктивности подключают источник постоянного тока – в начальный момент в катушке возникает противоток, равный току внешнего источника. Поэтому для идуктивного элемента в этот начальный момент результирующий ток равен нулю, а напряжение максимально. Затем токи источника и индуктивного элемента уравниваются и напряжение на индуктивном элементе становится равным нулю.

    Ток в катушке индуктивности, включённой в цепь переменного тока, будет успевать возрасти только до определённого значения перед тем, как ток источника питания изменит знак на противоположный. Тоесть напряжение (на выводах катушки индуктивности) не будет успевать упасть до нуля, как в случае цепи постоянного тока. Чем выше частота, тем выше напряжение на выводах катушки индуктивности (сопротивление увеличивается).

    Фазные соотношения

    Фаза напряжения приложенного к чисто реактивному устройству (устройству с нулевым активным сопротивлением) отстаёт от фазы тока на Pi/2 для ёмкости и опережает фазу тока на Pi/2 для индуктивности. Необходимо отметить, что для определения соотношений между током и напряжением необходимо знать как активное, так и реактивное сопротивление.

    Причина различных знаков ёмкостного и индуктивного сопротивлений заключается в определении фазной переменной импеданса.

    Для реактивного элемента цепи синусоидальное напряжение на элементе сдвинуто по фазе на 90 градусов (Pi/2 радиан) относительно тока. Элемент поочерёдно то поглащает энергию из сети, то затем возвращает энергию обратно в сеть, поэтому чисто реактивное сопротивление не поглащает энергию.

     

    Реактивные электронные компоненты и фазовый угол

    Если вы щепетильны в отношении электричества или не заботитесь об электричестве, вы можете пропустить этот пункт. Но мы собираемся поговорить о некоторых вещах, которые довольно изящны, занимают центральное место в мире электроники и совершенно круты, если вы хотите остаться.

    В недавних блогах говорилось о резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности, которые, наряду с диодами различных описаний, являются строительными блоками электронных схем. В тех блогах описывалось поведение устройств при их использовании совместно с источником напряжения постоянного тока.В этом блоге мы исследуем, что происходит, когда источником напряжения является переменный ток, а не постоянный.

    Примечание. На рисунках ниже показаны примеры «установившегося состояния». Уникальные условия, возникающие при первом включении или отключении переменного тока или напряжения, не рассматриваются, поскольку они, хотя и интересны, в настоящее время не относятся к данной теме.

    Резистор –

     

    Резисторы являются «пассивными» устройствами.Это приятные и простые вещи — через них проходит ток, и возникает падение напряжения из-за их сопротивления потоку электричества. Они идеально соответствуют закону Ома: напряжение = сила тока, умноженная на сопротивление (E = IR). Течение тока точно соответствует напряжению. Резисторы не накапливают энергию. Пока вы используете среднеквадратичные значения для измерения напряжения и силы тока, они работают точно так же с постоянным током, как и с переменным током. Энергия, которую они потребляют, рассеивается в виде тепла. Резисторы используются в основном в качестве делителей напряжения и ограничителей тока в электронных схемах.Тостер — это просто большой резистор.

    Реактивные компоненты –

    Конденсаторы и катушки индуктивности являются «реактивными» компонентами, которые реагируют на изменения. В отличие от резисторов, конденсаторы и катушки индуктивности накапливают и выделяют энергию в зависимости от изменений приложенного напряжения или тока и не подчиняются закону Ома.

     

    Конденсатор –

    В случае конденсаторов электроны накапливаются на проводящих пластинах по мере увеличения напряжения. Они высвобождаются, когда приложенное напряжение уменьшается или снимается, а также прикладывается нагрузка («нагрузка» — это токопроводящий путь для электричества).Внутреннее сопротивление идеального конденсатора бесконечно, поскольку пластины изолированы друг от друга, поэтому в этом процессе не выделяется тепло. На самом деле конденсаторы имеют некоторое внутреннее сопротивление, поэтому неизбежно выделяется некоторое количество тепла, но, как правило, оно очень мало.

     

    Конденсаторы хранят электроны так же, как батарея. В то время как батарея хранит электроны, создавая химические изменения внутри батареи, конденсатор хранит электроны непосредственно на проводящих пластинах и может делать это очень быстро по сравнению с батареей.Накопленные электроны высвобождаются, когда приложенное напряжение уменьшается или снимается, а нагрузка подключается к заряженному конденсатору. Обратите внимание на приведенную выше иллюстрацию с источником переменного напряжения, когда напряжение равно нулю, ток является самым высоким (или самым низким). Электрики сказали бы, что ток опережает напряжение. Среднее общее потребление энергии равно нулю во время цикла зарядки и разрядки. Конденсаторы в основном используются для поддержания постоянного напряжения в цепях, питаемых переменным напряжением, как в случае переменного тока.Конденсаторы также можно использовать для умножения напряжения, если они правильно настроены для хранения напряжения, а затем высвобождают его в последовательной конфигурации (например, несколько батарей, соединенных последовательно в фонарике, производят большее напряжение, чем одна батарея).

     

    Индуктор –

    В случае катушек индуктивности энергия запасается в виде магнитного поля, создаваемого протеканием тока через катушку индуктивности. В отличие от идеального конденсатора с бесконечным сопротивлением, идеальный индуктор не имеет внутреннего сопротивления, поэтому тепло не выделяется.На самом деле катушки индуктивности имеют некоторое сопротивление, поэтому рассеивают небольшое количество тепла.

     

     

    Катушки индуктивности хранят энергию в магнитном поле. Когда накопленное магнитное поле разрушается из-за изменения приложенного тока, энергия высвобождается в виде тока в попытке противостоять изменению. В этом случае ток отстает от напряжения. Индуктор фактически возвращает энергию источнику, чтобы обеспечить нулевое среднее энергопотребление (по крайней мере, в случае синусоидального возбуждения).Это немного сложно представить (по крайней мере, для меня), но если вы думаете о трансформаторе, то это действительно индуктор со второй катушкой провода, отводящей магнитное поле, создаваемое первичной катушкой устройства. Без нагрузки на вторичной катушке трансформатор представляет собой просто индуктор и (теоретически) не потребляет никакой энергии из линии электропередачи, пока нагрузка не будет подключена ко второй катушке для отвода магнитного поля.

    Значение вышеизложенного состоит в том, что фазовый угол (выравнивание между напряжением и током во времени) электрического потока изменяется этими реактивными устройствами.Изменение фазового угла делает недействительным использование закона Ома в условиях переменного тока, переводя анализ цепи в совершенно новую область математики, включающую «мнимые числа» для согласования обратного потока мощности к источнику. Некоторые из вас, возможно, слышали о терминах «прямая мощность» и «отраженная мощность». Именно здесь все начинается и может стать важным фактором при оценке производительности высокочастотного электронного оборудования, включая ультразвуковые устройства.

     –  JF –

     

     

    элементов схемы

    элементов схемы
    Далее: Волновые цифровые элементы и Up: Классическая теория сетей Предыдущий: Законы Кирхгофа


    Элементы схемы Наиболее часто встречающиеся линейные однопортовые — это катушка индуктивности индуктивности, резистор сопротивления и конденсатор емкости; их схематические изображения показаны на рис. 2.3.
    Рисунок 2.3: Однополюсные элементы — (a) индуктор индуктивности, (b) резистор сопротивления и (c) конденсатор емкости .

    Уравнения, связывающие напряжение и ток в трех однопортовых портах, а также связанные с ними импедансы, следующие:


    Каждый из этих элементов схемы является пассивным, пока его значение элемента (, или ) положительное ; легко показать, что катушка индуктивности и конденсатор также не имеют потерь.Катушка индуктивности и конденсатор являются примерами реактивных элементов цепи — вся мощность, мгновенно поглощаемая одним из них, будет накапливаться и в конечном итоге возвращаться в сеть, к которой он подключен. Резистор пассивный, но не без потерь.

    В дополнение к однопортовым, упомянутым выше, мы также можем определить короткое замыкание , разомкнутую цепь , источник тока и источник напряжения (см. рис. 2.4) с помощью


    Рис. 2.4: Прочие однопортовые: (a) короткозамкнутые, (b) разомкнутые, (c) источник напряжения и (d) источник тока. Точки рядом с источниками указывают на полярность.
    Импедансы короткого и разомкнутого однопортовых портов равны нулю и бесконечности соответственно. Оба без потерь.

    Двухпортовые устройства , которые чаще всего встречаются в этой диссертации, представляют собой трансформатор и гиратор , оба показаны на рисунке 2.5. Каждый из этих двухпортов имеет две пары напряжение/ток, по одной на каждый порт. С трансформатором связан один свободный параметр , называемый коэффициентом витков , а гиратор определяется параметром , а также направлением, представленным графически стрелкой. Связь между переменными порта в каждом случае определяется выражением

    Легко проверить, что и трансформатор, и гиратор являются двухпортовыми без потерь. Вращатель — это первый виденный нами пример невзаимного элемента , т. е. его матрица импеданса не является эрмитовой; хотя мы не будем использовать его здесь так часто, как другие элементы, он найдет место в некоторых частях этой работы, особенно при рассмотрении физических систем, которые имеют определенный тип асимметричной связи (см. главу 5), в оптимизация некоторых волновых цифровых структур для моделирования (см. §3.12) и будет играть ключевую роль в соединении цифровых волноводных сетей с волновыми цифровыми сетями (см. §4.10).

    Рисунок 2.5: Двухпортовый — (а) трансформатор с коэффициентом вращения и (b) гиратор с коэффициентом вращения .

    Есть и другие области интереса в теории сетей, многие из которых были успешно применены в конструкциях волновых цифровых фильтров, таких как циркуляторы, а также изменяющиеся во времени [178] и нелинейные элементы [36,39,64,151]. использовались для изучения распространения нелинейных волн в цепях с сосредоточенными параметрами [126].Однако для целей численного интегрирования приведенный выше набор элементов оказывается вполне достаточным набором основных инструментов. Исключением будут нелинейные распределенные элементы, которые появляются в схемном подходе к задачам гидродинамики; мы кратко упомянем эти элементы в Приложении B.



    Далее: Волновые цифровые элементы и Up: Классическая теория сетей Предыдущий: Законы Кирхгофа
    Стефан Бильбао 22 января 2002 г.

    Reactive Component — обзор

    Операционный усилитель интегратора (фильтр «Полюс в нуле»)

    Прежде чем мы перейдем к пассивным сетям, включающим два реактивных компонента , давайте рассмотрим интересный активный RC- основанный фильтр (первого порядка).Для обсуждения здесь выбран «интегратор», потому что он является фундаментальным строительным блоком любой «компенсационной сети».

    Инвертирующий операционный усилитель, представленный на рис. 12.5, имеет только конденсатор в цепи обратной связи. Мы знаем, что при постоянном постоянном токе все конденсаторы практически «выпадают из поля зрения». Таким образом, в нашем случае у нас остается без отрицательной обратной связи вообще при постоянном токе — и, следовательно, бесконечное усиление по постоянному току (хотя на практике настоящие операционные усилители будут ограничивать это до очень высокого, но конечного значения).Но, что еще более удивительно, это не мешает нам знать точное усиление на более высоких частотах. Если мы посчитаем передаточную функцию этой цепи, то увидим, что в точке f =1/(2 π ×RC) снова происходит что-то «особенное». Однако, в отличие от пассивного RC-фильтра, эта точка не является ни точкой разрыва, ни полюсом, ни нулевым положением. Это точка, в которой коэффициент усиления равен единице y (0 дБ). Обозначим эту частоту как «fp0».

    Рисунок 12.5. Интегратор (полюс на нуле) операционный усилитель и некоторые связанные с ним математические расчеты.

    Обратите внимание, что до сих пор, как показано на рис. 12.5, интегратором является только этап . Итак, в данном конкретном случае «fp0» совпадает с наблюдаемой частотой кроссовера «fcross». Но в целом так не будет. В общем, в этой главе «fp0» будет относиться к частоте кроссовера, которую каскад интегратора выдал бы , если бы он присутствовал отдельно .

    Обратите внимание, что интегратор имеет один полюс на «нулевой частоте», хотя 0 не может отображаться на логарифмической шкале. Мы всегда стремимся ввести этот полюс на нуле, потому что без него система имела бы довольно плохое усиление по постоянному (низкочастотному) току. Интегратор — это самый простой способ получить как можно более высокий коэффициент усиления по постоянному току. Наличие высокого коэффициента усиления по постоянному току — это способ добиться хорошей стабилизации в установившемся режиме в любом силовом преобразователе. Это показано на рисунке 12.3 тоже (помечено как «сдвиг постоянного тока»). Высокий коэффициент усиления по постоянному току уменьшит сдвиг по постоянному току.

    В правой части рисунка 12.4 мы намеренно сделали график геометрически квадратным в форме. С этой целью мы назначили равное количество делений сетки по двум осям, то есть оси масштабируются и пропорциональны одинаково. Кроме того, мы отложили 20×log( f ) по оси y (вместо просто log( f )). Сделав таким образом оси x — и y одинаковыми во всех отношениях, мы понимаем, почему наклон называется «-1» — он действительно падает ровно на 45° (теперь мы видим это и визуально).

    Мы пользуемся этой возможностью, чтобы показать, как сделать некоторые простые математические операции на логарифмической плоскости. Это показано в нижней части рисунка 12.5. Мы получили одно конкретное полезное соотношение между произвольной точкой «А» и частотой кроссовера «fcross». Числовой пример также включен.

    fcross=GainA×fA

    Обратите внимание, что в общем случае передаточная функция любой функции «полюс-в-нуле» всегда будет иметь следующую форму ( X — обычное действительное число)

    1s×(X )(полюс-на-нуле передаточная функция)

    Тогда частота кроссовера равна

    fcross=12π(X)(частота кроссовера)

    В нашем случае ( X ) – это постоянная времени RC.

    Что такое реактивная мощность? — Определение из Техопедии

    Что означает реактивная мощность?

    В системах электросетей реактивная мощность — это мощность, которая возвращается от пункта назначения к сети в сценарии с переменным током.

    В системе постоянного тока напряжение и нагрузка статичны, и, проще говоря, направление энергии «одностороннее», но в системе переменного тока существуют разные фазы, относящиеся к элементам системы, таким как конденсаторы. и индукторы.

    Реактивная мощность возвращает энергию обратно в сеть во время пассивных фаз.

    Реактивная мощность также известна как фантомная мощность.

    Techopedia объясняет реактивную мощность

    Другой способ объяснить это состоит в том, что реактивная мощность — это результирующая мощность в ваттах цепи переменного тока, когда форма волны тока не совпадает по фазе с формой волны напряжения, обычно на 90 градусов, если нагрузка чисто реактивная, и является результатом емкостной или индуктивной нагрузки.

    Фактическая работа выполняется только тогда, когда ток совпадает по фазе с напряжением, например, при резистивных нагрузках. Примером является питание лампы накаливания; в реактивной нагрузке энергия течет к нагрузке половину времени, тогда как в другой половине мощность течет от нее, что создает иллюзию того, что нагрузка не рассеивает и не потребляет мощность.

    Три вида мощности

    Реактивная мощность — это один из трех типов мощности, присутствующих в цепях с нагрузкой.

    Истинная мощность

    Фактическая мощность в ваттах, рассеиваемая цепью

    Реактивная мощность

    Рассеиваемая мощность в результате индуктивных и емкостных нагрузок, измеренная в реактивных вольтамперах (ВАР)

    Полная мощность

    9026 Комбинация измерения реактивной и истинной мощности в вольт-амперах (ВА)

    Реактивная мощность также называется «фантомной мощностью», поскольку неизвестно, куда она уходит.Общеизвестно, что реактивные нагрузки, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, на самом деле не рассеивают мощность в том смысле, что она не используется для их питания, но измерение напряжения и тока вокруг них показывает тот факт, что они падают напряжение и потребляют ток.

    Мощность, рассеиваемая при этом падении напряжения и потребляемом токе, представляет собой тепло или ненужную энергию и не выполняется как реальная работа; поэтому инженеры искали способы уменьшить это. Из-за этой фантомной мощности проводники и генераторы должны быть рассчитаны и рассчитаны соответственно, чтобы нести общий ток, включая отходы, а не только ток, который выполняет фактическую работу.

    Маятник часов

    Некоторые эксперты в области энергетики говорят о реактивной мощности как о части движения конденсатора, которое напоминает движение маятника часов от зенита до надира. В этой аналогии, когда маятник качается вверх, переменный ток подает активную мощность на целевое устройство. Когда маятник качается обратно вниз, реактивная мощность возвращается в сеть для поглощения.

    При таком типе определений эксперты сказали бы, что реактивная энергия — это энергия, циркулирующая туда и обратно между источником и нагрузкой, в частности, что реактивная мощность «затухает» обратно к источнику.В некотором смысле это связано с задержкой между током и напряжением. В дополнение к конденсаторам для регулирования реактивной мощности в системе можно использовать статические компенсаторы реактивной мощности и синхронные конденсаторы.

    Ключевым моментом является размещение оборудования реактивного тока вблизи силовых нагрузок. Это уменьшает количество реактивного тока, который система доставки должна переносить на определенное расстояние.

    Реактивная мощность в сети

    Чтобы иметь дело с реальностью переменного тока и меняющихся энергетических путей, проектировщики обязательно принимают меры по контролю напряжения.Эксперты по энергетике отмечают, что даже 5-процентное изменение напряжения в данной системе может вызвать отключения электроэнергии и другие проблемы.

    С этой целью многие элементы электрической системы, такие как трансформаторы, могут переключаться с подачи на поглощение реактивной мощности по фазам. Но люди, близкие к отрасли, подчеркивают, что это станет еще более важным, поскольку мы переключаем части американской электросети на возобновляемые источники энергии.

    Реактивная мощность и возобновляемые источники энергии

    Реактивная мощность также очень важна в контексте наших меняющихся энергосистем.

    По многим важным причинам возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, заменяют традиционные источники энергии, такие как уголь и природный газ. Но это может иметь последствия для электросети в целом.

    «Всплеск возобновляемых источников энергии в сеть без достаточной вращающейся массы может вызвать серьезные проблемы: отключение электроэнергии в определенных областях, чтобы привести спрос в соответствие с предложением; и большие электростанции отключаются от сети, чтобы предотвратить их перегрузку», — пишет Арчи Робб в Renewable Energy World, описывая принцип «инерции сети» и то, как это применимо к управлению реактивной мощностью в системе, которая переходит на возобновляемую энергию. строить.

    Поскольку возобновляемые источники энергии по-разному доставляют энергию в сеть, будет возрастать потребность в микроуправлении активной и реактивной мощностью соответственно.

    Некоторые свойства электрической цепи кортиева органа. I. Анализ без реактивных элементов

    Анализируется упрощенная сетевая модель кортиева органа в предположении параметрического возбуждения через изменение сопротивления апикальной мембраны волосковых клеток.Соответствующие сетевые переменные (внутриклеточные покоящиеся и рецепторные потенциалы, клеточное входное сопротивление, внеклеточные потенциалы) зависят от соотношений базального (перилимфатическая поверхность) и апикального (эндолимфатическая поверхность) сопротивления рецепторных клеток, обозначаемых как факторы формы. В Приложении предлагаются два метода вычисления коэффициентов формы; оба основаны на геометрических свойствах волосковых клеток. Различные электрические величины, рассчитанные на основе коэффициентов формы, согласуются с недавними записями внутренних и наружных волосковых клеток третьего витка (Dallos et al.(1982): Наука 218, 582-584). Модель обеспечивает правдоподобное объяснение экспериментально наблюдаемого несоответствия между внутренними и внешними волосковыми клетками в состоянии покоя и потенциалами рецепторов. Одним из потенциально значимых результатов анализа является демонстрация того, что, поскольку факторы формы для наружных волосковых клеток, вероятно, градуированы в продольном направлении, то же должны быть и все клеточные электрические характеристики. Другое интересное открытие заключается в том, что электрическое взаимодействие между соседними волосковыми клетками маловероятно. Анализ схемы с большим сигналом показывает, что даже при отсутствии нелинейного входа сама схема с параметрическим возбуждением генерирует выраженные искажения.Наиболее важным следствием этой нелинейности является асимметрия ответа, при которой деполяризующая фаза больше, чем гиперполяризующая. Таким образом, нелинейность схемы может, по крайней мере частично, объяснять большой положительный постоянный ток. ответ, наблюдаемый в обоих типах рецепторных клеток (Dallos et al. (1982): Science 218, 582-584; Russell and Sellick (1978): J. Physiol. Lond. 284, 261-290).

    10.3: Сети преобразования импеданса — Engineering LibreTexts

    Трансформаторы и реактивные элементы, рассматриваемые в этом разделе, могут использоваться для преобразования уровней импеданса без потерь.это основной аспект проектирования сети.

    10.3.1 Идеальный трансформатор

    Идеальный трансформатор, показанный на рис. 10.2.2, может использоваться для согласования нагрузки с источником, если импедансы источника и нагрузки являются сопротивлениями. Это будет показано, начиная с определяющих соотношений преобразователя:

    \[\label{eq:1}V_{1}=nV_{2}\quad\text{and}\quad I_{1}=-I_{2}/n\]

    Здесь \(n\) — коэффициент трансформации. Для трансформатора с проволочной обмоткой \(n\) — это отношение количества обмоток на первичной стороне, Port \(1\), к количеству обмоток на вторичной стороне, Port \(2\).{2}R_{L}\]

    Проблема согласования с чисто резистивной нагрузкой и импедансами источника решается путем выбора соответствующего коэффициента обмотки \(n\). Однако проблемы, связанные только с резистивным сопротивлением, в радиочастотах встречаются редко, поэтому необходимо использовать другие согласующие схемы.

    10.3.2 Реактивный элемент серии A

    Согласование с использованием сосредоточенных элементов основано на свойствах преобразования импеданса и полной проводимости последовательных и шунтирующих реактивных элементов. Даже один реактивный элемент может обеспечить ограниченное согласование импеданса.Рассмотрим последовательный реактивный элемент, показанный на рис. 10.2.3 (а). Здесь реактивный элемент \(X_{S}\) включен последовательно с сопротивлением \(R\). Шунтирующий эквивалент этой сети показан на рисунке 10.2.3(b) с шунтирующей проводимостью \(B\). В этом преобразовании сопротивление \(R\) было преобразовано в сопротивление \(R_{P}=1/G\). Математика, описывающая это преобразование, выглядит следующим образом. Входная проводимость последовательного соединения (рис. 10.2.3(а)) составляет

    .

    \[\label{eq:3}Y_{\text{in}}(\omega)=\frac{1}{Z_{\text{in}}(\omega)}=\frac{1}{R+ \jmath X_{S}}=\frac{R}{R^{2}+X_{S}^{2}}-\jmath\frac{X_{S}}{R^{2}+X_{S }^{2}}\]

    Таким образом, элементы эквивалентной шунтирующей сети, рисунок 10.{2}}{R}>R\]

    Это важное начало сопоставления, так как \(X_{S}\) можно выбрать для преобразования \(R\) (например, нагрузки) в любое желаемое значение сопротивления (например, сопротивление источника). Однако все еще остается остаточное реактивное сопротивление, которое необходимо удалить для завершения проектирования соответствующей сети. Прежде чем перейти к решению этой задачи, рассмотрим следующий пример.

    Пример \(\PageIndex{1}\): преобразование емкостного импеданса

    Рассмотрим свойства преобразования импеданса элемента емкостной серии на рисунке \(\PageIndex{1}\)(a).{2}}\]

    Для завершения схемы согласования используйте шунтирующий индуктор \(L\), как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\)(c), где \(\omega_{d}C_{P} = 1/( \omega_{d}L)\). Эквивалентный импеданс на рисунке \(\PageIndex{1}\)(c) представляет собой резистор со значением \(R_{P}\), значение которого можно настроить, выбрав значение \(C_{S}\), которое затем требует настройки \(L\).

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Резистор с (a) шунтирующим параллельным реактивным элементом, где \(B\) — это проводимость, и (b) его эквивалентной последовательной цепью.{2}}\]

    Обратите внимание, что \(R_{S} < R\).{2}C_{s}}\]

    Основы реактивной мощности в энергосистемах переменного тока

    ‘) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.Цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») form.setAttribute(«действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart»)) document.querySelector(«#ecommerce-scripts»).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.селектор запросов(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный переключать.setAttribute(«расширенная ария», !расширенная) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart?messageOnly=1») ) form.addEventListener( «представить», Буйбокс.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), консоль.лог, ), ложный ) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener(«keydown», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })() .

    0 comments on “Реактивные элементы электрической цепи: Активные и реактивные элементы цепей переменного тока

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.