Ланцюг з активним опором і індуктивністю
Ланцюг перемінного струму з елементами активного опору r та індуктивності L, з'єднаними послідовно, зображена на мал. 5.1, а. Сила струму I у такому ланцюзі залежить від прикладеної напруги u,ЕРС самоіндукції eL, що виникає у ланцюзі, й активного опору. Тому рівняння, написане за другим законом Кірхгофа, має вид:
(5.1) |
Якщо по ланцюгу протікає синусоїдальний струм i=Im sin ωt, то, як установлено вище, напруга ит на опорі r збігається за фазою зі струмом, а напруга иL на індуктивності L випереджає струм на л/2. Отже, напруга на затисках усього ланцюга буде дорівнювати:
Геометричне підсумовування векторів показано на векторнійдіаграмі (рис. 5.1, в). Приймаючи вектор сили струму І за вихідний, відкладаємо вектор 1·R=uR по напрямку вектора струму,а вектор иL=1·XL під кутом π/2 убік випередження вектора струму. Геометрична сума цих векторів дорівнює векторові прикладеної напруги u. Таку діаграму називають трикутником напруг, з якого одержуємо розв'язання рівняння щодо сили струму I. Вирази (5.2 та 5.3) подають закон Ома для діючих значень струму та напруги:
(5.2) (5.3) |
Z – називається повним опором нерозгалуженого ланцюга з активним опором та індуктивністю.
а) б) в)
Рис. 5.1. Нерозгалужений ланцюг з елементами R і L
та його діаграми
Якщо всі сторони трикутника напруг зменшити в I раз, то одержимо трикутник опорів (рис. 5.1, г). Кутзрушення між струмом і напругою можна знайти з трикутників напруг або опорів за формулою:
(5.4) |
Зрушення за фазою між напругою й струмом, обумовлено індуктивністю, завжди позитивне.
5.2. Ланцюг із ємністю.
Ланцюг перемінного струму з ємністю С показано на рис. 5.2, а.
а) б) в)
Рис. 5.2. Ланцюг з елементом С і його діаграми
Якщо на затиски такого ланцюга подати синусоїдальну напругу u=Um sin ωt, то при її збільшенні елемент ємності (конденсатор) буде заряджатися, а при зменшенні – розряджатися. У результаті на обкладках конденсатора буде відбуватися зміна заряду зі швидкістю:
(5.5) |
де Uс — напруга на затисках конденсатора, що має назву ємнісна напруга.
Оскільки напруга на затисках конденсатора змінюється за синусоїдальним законом u= Um sin(ωt + ψu) то сила струму у ланцюзі, що містить ємність, буде:
(5.6) |
де Im = ω·C·Ucm—амплітуда сили струму.
Величина хс=1/(ωС) = 1/(2πfС), що має розмірність опору, називається ємнісним опором, а величина, зворотна їй bС = 1/XC , називається ємнісною провідністю.
Ємнісний опір є розрахунковою величиною, за допомогою якої враховується вплив зміни електричного поля конденсатора на струм ланцюга. Зіставлення рівнянь для струму й напруги показує, що в ланцюзі з ємністю напруга відстає від струму на чверть періоду. Це наочно показують часова (рис. 5.1, б) і векторна (рис. 5.2, в)діаграми.
5.3. Ланцюг з активним опором і ємністю.
Ланцюг перемінного струму з елементами активного опору r і ємності С, з'єднаними послідовно, зображений на рис. 5.3, а. Сила струму I у такому ланцюзі залежить від докладеної напруги u, напруги uС = (1/C) ∫ idt, створюваної на ємності С, і опору r. Тому рівняння електричної рівноваги ланцюга відповідно до другого закону Кірхгофа має вид:
(5.7) |
а) б) в)
Рис. 5.3. Нерозгалужений ланцюг з елементами R і С та його діаграми
Якщо по ланцюгу проходить синусоїдальний струм, то напруга иR на опорі r збігається за фазою зі струмом, а напруга uC на ємності C відстає від струму на чверть періоду, то рівняння приймає вид:
Склавши ординати миттєвих значень напруг (мал. 4.9,6), знаходимо:
(5.8) |
тому що початкова фаза ψi = 0 і, отже, ψu = φ.
Таким чином, спадання напруги на ділянках ланцюга й напруга на затисках усього ланцюга змінюються за синусоїдальним законом. Рівняння електричної рівноваги для векторів діючих значень напруг має вигляд:
. | (5.9) |
Геометричне підсумовування векторів показане на діаграмі напруг (мал. 5.3, в).Розв’язання рівняння щодо сили струму в ланцюзі виражає закон Ома для ланцюга з активним опором і ємністю:
, | (5.10) |
де
. | (5.11) |
Z – зветься повним опором нерозгалуженого ланцюга з активним опором і ємністю.
Зменшивши всі сторони трикутника напруг у I раз, одержимо трикутник опорів (рис. 5.3,г), з якого знаходиться кут зрушення між напругою і струмом.
Зрушення за фазою, між напругою й струмом, обумовлене ємністю, завжди негативне.
5.4. Ланцюг з активним опором, індуктивністю і ємністю.
Ланцюг перемінного струму з елементами активного опору r, індуктивності L і ємності З, з'єднаними послідовно, зображена на рис. 5.4, а. Рівняння електричної рівноваги діючих значень напруги на затисках ланцюга у відповідності з другим законом Кірхгофа визначається геометричною сумою векторів:
На рис. 5.4. б зображені векторні діаграми при UL>UC і UL<UC відповідно. При UL= UC вектори напруги й струму збігаються за фазою:
.
Діюча реактивна напруга Uр визначиться алгебраїчною сумою векторів UL і UC.
Опір х = (ωL – 1/ωC) називається реактивним опором; Х>0 при ХL>XC; X<0 при XL<Хс; Хх=0 при ХL =XC.
а) б) в)
Рис. 5.4. Нерозгалужений ланцюг з елементами r, I і С та його векторна діаграма
З векторних діаграм напруг (див. рис. 5.4 б, в) знаходимо силу струму у ланцюзі:
, | (5.12) |
яка являє собою закон Ома, а величина:
(5.13) |
є повним опором ланцюга.
Зрушення по фазі між струмом і напругою визначиться (див. рис. 4.10 6, в) виразом:
. | (5.14) |
У залежності від співвідношення індуктивного і ємнісного опорів різниця фаз напруги й струму може бути позитивною, негативною або рівною нулеві.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 447;