Электрический резонанс
Любая электрическая цепь имеет все три вида сопротивления:активное Ro, индуктивное XL и емкостное XC(если не в "чистом" виде, то хотя бы за счёт соединительных проводов). Установим зависимость эффективного значения силы тока Iэфф от эффективного напряжения Uэфф и полного сопротивления (импеданса) электрической цепи. Для этого воспользуемся методом векторных диаграмм на фазовой плоскости: сила тока I эфф, протекающего через все виды сопротивлений, при последовательном соединении
одинакова; изменения напряжения Uoна активном сопротивлении совпадают по фазе с изменениями Iэфф (поэтому векторы Iэфф и Uo выберем сонаправленными); изменения напряжения на конденсаторе UC отстают по фазе от изменений Iэфф на (поэтому вектор UC повёрнут относительно вектора Iэфф на90о по часовой стрелке); изменения напряжения ULна индуктивности L опережают по фазе изменения Iэфф на (поэтому вектор UL повёрнут относительно вектора Iэфф на90о против часовой стрелки). Так как векторы UC и UL изменяются в противофазе, то результирующее напряжение на ёмкости Cи индуктивности Lравно разности UC и UL. Пусть UL>UC, тогда вектор (UL-UC) сонаправлен с вектором UL. Далее, вектор общего напряжения всей цепи Uэфф определяют, складывая векторы (UL-UC) и Uoпо правилу параллелограмма. Из приведенных рассуждений и векторной диаграммы следует, что угол наклона j вектора Uэффпо отношению к вектору Iэффна фазовой плоскости (т.е. разность фаз между изменениями силы тока и напряжения на всей цепи) определяется следующим соотношением: , (*) а модуль эффективного значения общего напряжения электрической цепи Uэфф: откуда получим формулу закона Ома для переменного тока: . (**) Аналогичное выражение справедливо и для амплитудных значений тока и напряжения Imи Um. Величину называют полным сопротивлением или импедансом электрической цепи, а величину - реактивным сопротивлением. На реактивном сопротивлении не происходит необратимого превращения энергии источника тока в тепловую энергию: при замыкании цепи вокруг индуктивности Lсоздаётся магнитное поле, а в конденсаторе С - электрическое поле; при размыкании же цепи энергия этих полей возвращается в цепь. Из формулы (*) следует, что величина и направление сдвига фаз между изменениями I и U зависят от соотношения между индуктивным и ёмкостным сопротивлениями. Если > , то изменения напряжения опережают изменения силы тока. Если < , то изменения напряжения отстают от изменений силы тока. Если же = (т.е. при ), то изменения I и U происходят синфазно (в одинаковой фазе). При выполнении равенства в цепи наступает электрический резонанс, а частоту называют резонансной частотой. Согласно определению Z, полное сопротивление цепи при резонансе будет минимальным и равным омическому сопротивлению ( ), а сила тока в цепи, согласно формуле ( ), - максимальной и равной: . График зависимости Z(w) подобен параболе, вершина которой имеет координаты (wо, Ro), а ветви направлены вверх. При малых частотах в импедансе преобладает емкостная составляющая , а на больших частотах – индуктивная . Средняя мощность, выделяемая в цепи переменным током за период, равна: . Из этой формулы видно, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если , то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора придётся увеличить силу тока Iэфф, что приведёт либо к дополнительному нагреву проводов (а это - потери!), либо придётся увеличить сечение проводов, что повышает стоимость линий электропередачи. Поэтому энергетики всегда стремятся увеличить , наименьшее допустимое значение которого . Поскольку реальные нагрузки имеют преимущественно индуктивный характер (двигатели, дроссели, трансформаторы и т.п.), то на электроподстанциях, для достижения равенства , устанавливают специальные огромные компенсационные конденсаторы, добиваясь соотношения .
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (167)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |