Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Переменный электрический ток





Переменный электрический ток также представляет собой вынужденные колебания силы тока, напряжения, происходящие в электрической цепи под действием напряжения, вырабатываемого генератором переменного тока на электростанциях. Электрическая цепь в этом случае представляет собой колебательный контур (см. рис. 5.3, ) и поэтому здесь применимы формулы, которые были получены в § 5.10.1 – § 5.10.4.

Простейшей моделью генератора переменного тока является рамка площади S, содержащая N витков, которая вращается равномерно в магнитном поле с угловой частотой (рис. 5.22). Для максимальной ЭДС индукции , наводимой в такой рамке, можно получить следующее выражение:

Рис. 5 22

 

, . (5.83)

Отметим, что линейная частота переменного тока в России составляет 50 Гц.

Перечислим вопросы и понятия, которые вводят для описания переменного тока в электрической цепи.

1. Разность фаз колебаний между силой тока и напряжениями на конденсаторе, индуктивности и активном сопротивлении электрической цепи.

Как уже было отмечено раньше (см. § 5.10.4), фаза колебаний напряжения на конденсаторе отстает по фазе от колебаний тока в цепи на π/2, а фаза колебаний напряжения на катушке опережает фазу колебаний силы тока на π/2. Фазы колебаний напряжения на активном сопротивлении R и силы тока в цепи совпадают.

2. Емкостное XC, индуктивное XL, активное R, реактивное X и полное Z сопротивления цепи. В соответствии с законом Ома для однородного участка цепи по формулам (5.67) можно ввести емкостное XC и индуктивное XL сопротивления

, ,

,

, . (5.84)

Они характеризуют способность катушки и конденсатора оказывать препятствие протеканию переменного электрического тока. Как видно из формул (5.84), при возрастании частоты переменного тока емкостное сопротивление XC будет уменьшаться, т.е. конденсатор оказывает меньшее препятствие протеканию тока, а индуктивное сопротивление XL будет возрастать - катушка оказывает большее препятствие протеканию переменного тока. Постоянный ток через участок цепи, содержащий конденсатор, не протекает ( =0: ). Индуктивное сопротивление катушки в этом случае будет равно нулю ( =0: ), т.е. катушка не оказывает препятствия протеканию постоянного тока. Сопротивление R, которое было введено ранее в разделе постоянный ток, называется здесь активным сопротивлением.

Учитывая введенные сопротивления, перепишем формулу (5.68) для резонансной кривой амплитуды силы тока в контуре следующим образом:

,

где введены реактивное X и полное Z сопротивления цепи

, . (5.85)

3. Мощность, потребляемая электрической цепью. Учитывая разность фаз колебаний силы тока и внешнего напряжения в электрической цепи

,

для мгновенной мощности, потребляемой электрической цепью, получим

.

Ввиду малого периода колебаний переменного тока ( ) многие приборы измеряют усредненные по времени значения мощности

. (5.86)

Согласно векторной диаграмме (см. Рис. 5.21,а,б,в)

, (5.87)

что приводит к следующему выражению для усредненной мощности

. (5.88)

4. Эффективные (действующие) значения силы тока и напряжения. Эти величины для гармонических колебаний вводятся по формулам

. (5.89)

Их введение позволяет переписать формулу (5.88) без коэффициента ½, что является удобным при записи формул для средней мощности и количества теплоты в случаях переменного и постоянного тока

, .

Отметим, что многие амперметры и вольтметры измеряют эффективные (действующие) значения силы тока и напряжения.

5. Коэффициент мощности. Входящий в формулу (5.86) коэффициент называют коэффициентом мощности. В соответствии с выражениями (5.85) и (5.87) для него можно записать

,(5.90)

т.е. он равен отношению активного R и полного Z сопротивлений электрической цепи.

Коэффициент мощности показывает зависимость мощности, выделяемой в электрической цепи переменного тока, от разности фаз колебаний силы тока в ней и внешнего напряжения, поступающего в цепь. Так, если реактивное сопротивление цепи будет равно нулю ( , ), то тогда и электрическая цепь полностью потребляет поступающую в нее энергию. При отсутствии же в цепи активного сопротивления (R=0, =0) электрическая цепь энергии не потребляет. Это приводит к тому, что энергия, поступающая в цепь, передается по проводам обратно к источнику энергии, что приводит к ее потерям в подводящих проводах за счет выделения джоулевого тепла. На практике стремятся увеличить до максимально возможных значений (обычно >0,85).






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 159. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.005 сек.) русская версия | украинская версия