Site Loader

Содержание

Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением.

Индуктивность в цепи переменного тока

 Прохождение электрического тока по проводнику или катушке сопровождается появлением магнитного поля. Рассмотрим электрическую цепь переменного тока (рис. 57, а), в которую включена катушка индуктивности, имеющая небольшое количество витков проволоки сравнительно большого сечения, активное сопротивление которой можно считать практически равным нулю.
Под действием э. д. с. генератора в цепи протекает переменный ток, возбуждающий переменный магнитный поток. Этот поток пересекает «собственные» витки катушки и в ней возникает электродвижущая сила самоиндукции где L — индуктивность катушки;
 — скорость изменения тока в ней.
Электродвижущая сила самоиндукции, согласно правилу Ленца, всегда противодействует причине, вызывающей ее. Так как э. д. с. самоиндукции всегда противодействует изменениям переменного тока, вызываемым э. д. с. генератора, то она препятствует прохождению переменного тока. При расчетах это учитывается по индуктивному сопротивлению, которое обозначается 
XL
 и измеряется в омах.

Таким образом, индуктивное сопротивление катушки XL, зависит от величины э. д. с. самоиндукции, а следовательно, оно, как и э. д. с. самоиндукции, зависит от скорости изменения тока в катушке (от частоты ω) и от индуктивности катушки L

где XL — индуктивное сопротивление, ом;
ω — угловая частота переменного тока, рад/сек;
L — индуктивность катушки, гн.
Так как угловая частота переменного тока ω = 2πf, то индуктивное сопротивление XL = 2πf L,    (59)

где f — частота переменного тока, 

гц.

Пример. Катушка, обладающая индуктивностью L = 0,5 гн, присоединена к источнику переменного тока, частота которого f = 50 гц. Определить:
1) индуктивное сопротивление катушки при частоте f = 50 гц;
2) индуктивное сопротивление этой катушки переменному току, частота которого f = 800 гц.
Решение. Индуктивное сопротивление переменному току при f = 50 гц

XL = 2πf L = 2 · 3,14 · 50 · 0,5 = 157 ом.

При частоте тока f = 800 гц

XL = 2πf L = 2 · 3,14 · 800 · 0,5 = 2512 ом.

Приведенный пример показывает, что индуктивное сопротивление катушки повышается с увеличением частоты переменного тока, протекающего по ней. По мере уменьшения частоты тока индуктивное сопротивление убывает. Для постоянного тока, когда ток в катушке не изменяется и магнитный поток не пересекает ее витки, э. д. с. самоиндукции не возникает, индуктивное сопротивление катушки 
XL
 равно нуло. Катушка индуктивности для постоянного тока представляет собой лишь сопротивление Выясним, как изменяется з. д. с. самоиндукции, когда по катушке индуктивности протекает переменный ток.
Известно, что при неизменной индуктивности катушки э. д. с. самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока и она всегда направлена навстречу причине, вызвавшей ее.
На графике (рис. 57, в) переменный ток показан в виде синусоиды (сплошная линия). В первую четверть периода сила тока возрастает от нулевого до максимального значения. Электродвижущая сила самоиндукции ес, согласно правилу Ленца, препятствует увеличению тока в цепи. Поэтому на графике (пунктирной линией) показано, что ес в это время имеет отрицательное значение. Во вторую четверть периода сила тока в катушке убывает до нуля. В это время э. д. с. самоиндукции изменяет свое направление и увеличивается, препятствуя убыванию силы тока. В третью четверть периода ток изменяет свое направление и постепенно увеличивается до максимального значения; э. д. с. самоиндукции имеет положительное значение и далее, когда сила тока убывает, э. д. с. самоиндукции опять меняет свое направление и вновь препятствует уменьшению силы тока в цепи. Из сказанного следует, что ток в цепи и э. д. с. самоиндукции не совпадают по фазе. Ток опережает э. д. с. самоиндукции по фазе на четверть периода или на угол φ = 90°. Необходимо также иметь в виду, что в цепи с индуктивностью, не содержащей г, в каждый момент времени электродвижущая сила самоиндукции направлена навстречу напряжению генератора 
U
. В связи с этим напряжение и э. д. с. самоиндукции ес также сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180°.
Из изложенного следует, что в цепи переменного тока, содержащей только индуктивность, ток отстает от напряжения, вырабатываемого генератором, на угол φ = 90° (на четверть периода) и опережает э. д. с. самоиндукции на 90°. Можно также сказать, что в индуктивной цепи напряжение опережает по фазе ток на 90°.
Построим векторную диаграмму тока и напряжения для цепи переменного тока с индуктивным сопротивлением. Для этого отложим вектор тока I по горизонтали в выбранном нами масштабе (рис. 57, б.)
Чтобы на векторной диаграмме показать, что напряжение опережает по фазе ток на угол φ = 90°, откладываем вектор напряжения U вверх под углом 90°. Закон Ома для цепи с индуктивностью можно выразить так: Следует подчеркнуть, что имеется существенное отличие между индуктивным и активным сопротивлением переменному току.
Когда к генератору переменного тока подключена активная нагрузка, то энергия безвозвратно потребляется активным сопротивлением.
Если же к источнику переменного тока присоединено индуктивное сопротивление r = 0, то его энергия, пока сила тока возрастает, расходуется на возбуждение магнитного поля. Изменение этого поля вызывает возникновение э. д. с. самоиндукции. При уменьшении силы тока энергия, запасенная в магнитном поле, вследствие возникающей при этом э. д. с. самоиндукции возвращается обратно генератору.
В первую четверть периода сила тока в цепи с индуктивностью возрастает и энергия источника тока накапливается в магнитном поле. В это время э. д. с. самоиндукции направлена против напряжения.
Когда сила тока достигнет максимального значения и начинает во второй четверти периода убывать, то э. д. с. самоиндукции, изменив свое направление, стремится поддержать ток в цепи. Под действием э. д. с. самоиндукции энергия магнитного поля возвращается к источнику энергии — генератору. Генератор в это время работает в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую.
В третью четверть периода сила тока в цепи под действием э. д. с. генератора увеличивается, и при этом ток протекает в противоположном направлении. В это время энергия генератора вновь накапливается в магнитном поле индуктивности.
В четвертую четверть периода сила тока в цепи убывает, а накопленная в магнитном поле энергия при воздействии э. д. с. самоиндукции вновь возвращается генератору.
Таким образом, в первую и третью четверть каждого периода генератор переменного тока расходует свою энергию в цепи с индуктивностью на создание магнитного поля, а во вторую и четвертую четверть каждого периода энергия, запасенная в магнитном поле катушки в результате возникающей э. д. с. самоиндукции, возвращается обратно генератору.
Из этого следует, что индуктивная нагрузка в отличие от активной в среднем не потребляет энергию, которую вырабатывает генератор, а в цепи с индуктивностью происходит «перекачивание» энергии от генератора в индуктивную нагрузку и обратно, т. е. возникают колебания энергии.
Из сказанного следует, что индуктивное сопротивление является реактивным. В цепи, содержащей реактивное сопротивление, происходят колебания энергии от генератора к нагрузке и обратно.

2.4. Цепь переменного тока с ёмкостным сопротивлением.

Как известно из физики, два проводника, разделённых слоем диэлектрика, образуют электрический конденсатор, обладающий определённой электрической емкостью.

Рассмотрим цепь переменного тока, в которую включен конденсатор емкостью С (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Цепь переменного тока с ёмкостной нагрузкой.

К зажимам цепи подведено синусоидальное напряжение, мгновенное значение которого равно (2.14)

Под действием этого напряжения в замкнутой цепи возникает ток, мгновенное значение которого равно:

(2.15)

где q – количество электрических зарядов, измеряемое в кулонах.

Этот ток вызывает падение напряжения между пластинами конденсатора uc. В любой момент времени напряжение между пластинами конденсатора уравновешивает напряжение, приложенное к зажимам цепи, т.е.

(2.16)

Количество электрических зарядов на пластинах конденсатора в любой момент времени определяется по формуле

(2.17)

Подставляя (2.17) и (2.16) в (2.15), получим

(2.18)

Подставляя (2.14) в (2.18), получаем

(2.19)

где — амплитудное значения тока

(2.20)

Разделив обе части уравнения (2.20) на получим, закон Ома для цепи переменного тока с конденсатором.

(2.21)

Рассмотрим размерность знаменателя выражения (2.21)

Обозначим и назовем емкостным сопротивлением конденсатора. Емкостное сопротивление зависит от емкости конденсатора и частоты тока.

Сравнивая между собой выражения (2.14) и (2.19) делаем вывод: в цепи переменного тока с конденсатором напряжение отстаёт от тока по фазе на 90°.

Мгновенная мощность цепи с конденсатором равна

(2.22)

Построим векторную и волновую диаграммы цепи с емкостным сопротивлением (рис. 2.9).

Рис. 2.9 Волновая и векторная диаграммы цепи переменного тока с емкостным сопротивлением.

Из выражения (2.22) и векторной диаграммы видно, что мгновенная мощность в цепи с конденсатором изменяется во времени с удвоенной частотой, по отношению к частоте тока. В течении 1 и 3 четвертей периода при изменении напряжения от нуля до амплитудного значения мощность положительна. Это означает, что энергия посылаемая во внешнюю цепь источником запасается в конденсаторе в виде энергии электрического поля . В течение второй и четвёртой четвертей периода, при изменении напряжения от амплитудного значения до нуля мощность отрицательна. Это означает, что конденсатор возвращает запасенную энергию обратно источнику.

Таким образом в цепи переменного тока с конденсатором происходит периодический обмен энергией между внешним источником и электрическим полем конденсатора. Средняя мощность, потребляемая конденсатором за период, равна нулю, т.е. в такой цепи источник не расходует энергию и, следовательно, в конденсаторе не происходит необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергий.

Мощность цепи с конденсатором оценивается по величине емкостной мощности, измеряемой, как и индуктивная мощность, в вольт-ампер реактивных и характеризующей интенсивность обмена энергией между генератором и электрическим полем конденсатора

[ВАр]

Индуктивная и емкостная мощности называются реактивными мощностями. Емкостная мощность конденсатора не может быть использована в практических целях.

2.2. Цепь переменного тока с активным сопротивлением

Известно, что сопротивление одного и того же проводника преременному току больше чем постоянному току. Это объясняется явлением поверхностного эффекта, сущность которого заключается в следующем. Электрические заряды, обуславливающие постоянный ток, распределяются по сечению проводника равномерно, примерно так, как показано на рис. 2.3, а. При прохождении по проводнику переменного тока, создаваемый им переменный магнитный поток вытесняет электрические заряды из центральной части проводника к его периферийным слоям (рис. 2.3, б).

Рис. 2.3 Распределение электрических зарядов по сечению проводника.

Чем выше частота тока в цепи, тем ближе к поверхности проводника располагаются электрические заряды. При этом плотность зарядов на поверхности проводника увеличивается и его сопротивление возрастает. Сопротивление проводника постоянному току называют омическим сопротивлением, а его сопротивление переменному току – активным сопротивлением.

К активным сопротивлениям относят электрические лампы накаливания, электрические печи сопротивления, различные нагревательные приборы и провода, где электрическая энергия почти целиком превращается в тепловую энергию.

Рассмотрим наиболее простой случай, когда цепь состоит из источника электрической энергии, на зажимах которого поддерживаются синусоидальное напряжение и подключенный к нему активной нагрузки с сопротивлением R. (рис. 2.4). В рассматриваемой цепи мгновенное напряжение источника равно:

(5)

Рис. 2.4 Цепь переменного тока с активной нагрузкой.

Мгновенное значение тока в цепи равно

(6)

Сравнивая между собой выражения (5) и (6), отметим, что в цепи переменного тока с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе друг с другом.

Построим волновую и векторную диаграммы тока и напряжения (рис. 2.5).

Рис. 2.5 Волновая и векторная диаграммы цепи переменного тока с активной нагрузкой.

Из (6) имеем . Разделив обе части уравнения на , получим выражение закона Ома в действующих значениях тока и напряжения.

Мгновенная мощность такой цепи равна произведению мгновенных значений тока и напряжения.

(7)

Как видно из выражения (7), потребление мощности в сети с активной нагрузкой периодически изменяется от нуля до максимального значения и опять до нуля. При этом знак мощности всё время остаётся положительным (рис. 2.5). Это означает, что в активной нагрузке происходит процесс необратимого преобразования электрической энергии в тепловую энергию.

Мощность цепи переменного тока принято оценивать по среднему значению мгновенной мощности за период:

=

Следовательно, в цепи переменного тока с активным сопротивлением активная мощность определяется как произведение действующих значений тока и напряжения.

2.3 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением.

Многие элементы электрических установок состоят из индуктивных катушек, обладающих индуктивностью L. При включении такой катушки в цепь переменного тока, в ней мгновенно появляется действие ЭДС самоиндукции — , препятствующие изменению тока. Величина этой ЭДС настолько значительна, что на ее уравновешивание затрачивается основная часть напряжения, подведенного к катушке, и лишь небольшая часть, приложенного напряжения приходится на резонанс напряжения в активном сопротивлении R катушки. Поэтому часто активное сопротивление катушки приравнивается к нулю, и такую катушку называют идеальной катушкой индуктивности.

Рассмотрим цепь переменного тока с идеальной катушкой индуктивности, т.е. с чисто индуктивной нагрузкой (рис. 2.6).

Рис. 2.6 Цепь переменного тока с индуктивной нагрузкой.

К зажимам цепи подведено синусоидальное напряжение u.Под действием этого напряжения в цепи возникает ток, мгновенное значение которого равно (1)

Ток возбуждает в катушке ЭДС самоиндукции, пропорциональную скорость изменения тока в цепи

(2)

В любой момент времени ЭДС самоиндукции — уравновешивается напряжением на зажимах цепи u

(3)

Подставляя (2) в (3) имеем:

(4)

Подставляя (1) в (4) получим:

(5)

откуда амплитудное значение напряжения:

Разделив обе части уравнения на , получим выражение закона Ома для цепи с идеальной катушкой индуктивности.

(6)

Рассмотрим размерность знаменателя

Обозначим и назовем индуктивным сопротивлением идеальной катушки. Оно зависит от индуктивности катушки, и от частоты питающего тока.

Сравнивая между собой уравнения (1) и (5) делаем вывод: в цепи переменного тока с чистой индуктивностью напряжение опережает ток на угол в 90°.

Построим векторную и волновую диаграммы цепи с индуктивностью (рис. 2.7).

Рис. 2.7 Волновая и векторная диаграммы цепи переменного тока с индуктивной нагрузкой.

Мгновенная мощность цепи определяется как произведение мгновенных значений тока и напряжения, т.е.

(2.22)

Таким образом, мгновенная мощность в цепи переменного тока с индуктивностью изменяется во времени с удвоенной частотой по отношению к частоте тока, что подтверждается волновой диаграммой.

Анализ волновой диаграммы мгновенной мощности позволяет сделать два вывода:

  1. В течение первой и третьей четвертей периода, при изменении тока от нуля до амплитудного значения, мощность положительна. Это значит, что посылаемая источником во внешнюю цепь энергия запасается в катушке индуктивности в форме энергии магнитного поля .

  2. В течении второй и четвёртой четвертей периода, при изменении тока от амплитудного значения до нуля, мощность отрицательна. Это означает, что в указанные интервалы времени катушка индуктивности возвращает запасенную энергию источнику.

Таким образом, в цепи переменного тока с идеальной катушки индуктивности происходит периодический обмен энергией между внешним источником и магнитным полем катушки. Средняя (активная) мощность за период оказывается равной нулю, т.е. источник в такой цепи не расходует энергии, т.к. в индуктивности не происходит необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии.

Индуктивная мощность в отличие от активной мощности не может быть использована в практических целя. Индуктивная мощность характеризует интенсивность обмена энергией между источником (генератором) и магнитным полем катушки.

Мощность цепи с идеальной катушкой оценивают по величине индуктивной мощности, измеряемой в Вар (вольт-ампер реактивный)

(2.23)

Индуктивное сопротивление — цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Индуктивное сопротивление — цепь

Cтраница 2

В реальных электрических сетях индуктивное сопротивление цепи короткого замыкания во многих случаях значительно больше активного, поэтому при расчете токов короткого замыкания активное сопротивление часто не учитывают. При этом условии свободная составляющая переходного тока в момент t О близка к своему наибольшему возможному значению, равному амплитуде периодической составляющей.  [16]

При этом исключается повышение индуктивного сопротивления цепей напряжения и уменьшается разность продольных ЭДС, наводящихся в жилах кабелей токами заземляющего контура и токами нулевой последовательности линий.  [17]

Предполагается, что х — индуктивное сопротивление цепей переменного тока; активные сопротивления этих цепей не учитываются. Для неуправляемого режима или режима с переменными углами вынужденного управления, согласно [ 1, рис. 3.12 ], имеет место режим поочередной работы вентилей группами по четыре.  [18]

В результате проведения двух опытов олределено индуктивное сопротивление цепи, состоящей из двух индуктивно-связанных катушек.  [19]

В результате проведения двух опытов определено индуктивное сопротивление цепи ( рис. 4 — 86), состоящей из двух индуктивно связанных катушек.  [20]

Обычно активное сопротивление учитывается, если общее индуктивное сопротивление цепи к.  [21]

При контактном способе подвода энергии величина индуктивного сопротивления цепи периметра увеличивается с ростом диаметра заготовки.  [22]

Мы видим, что наличие емкостного или индуктивного сопротивления цепи хотя и отражается на силе тока в этой цепи, но не связано с расходом мощности в ней.  [23]

Мы видим, что наличие емкостного или индуктивного сопротивления цепи хотя и отражается на величине тока в этой цепи, но не связано с расходом мощности в ней.  [24]

Величина coZ, имеет размерность сопротивления и называется индуктивным сопротивлением цепи. Индуктивное сопротивление XL L 2nfL пропорционально частоте.  [26]

Величина coL измеряется в единицах сопротивления и называется индуктивным сопротивлением цепи. Индуктивное сопротивление XL aL 2nfL пропорционально частоте.  [28]

Таким образом, с помощью тока / о можно изменять индуктивное сопротивление цепи переменного тока XL l / / / i — Постоянная составляющая результирующего магнитного потока Фн меньше постоянного магнитного потока Ф0, создаваемого током / о, что связано с асимметрией кривой ( Ф) в рабочей точке А. Таким образом, переменный ток в обмотке иь в свою очередь, изменяет постоянную составляющую магнитного потока, оказывая размагничивающее действие.  [29]

Страницы:      1    2    3    4

Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлением

Цепь переменного тока с активным
и индуктивным сопротивлением
Цепь с активным сопротивлением
По данной цепи течет
переменный ток под действием
приложенного
синусоидального напряжения
Цепь с активным сопротивлением
График мгновенных значений тока и напряжения
Цепь с активным сопротивлением
При синусоидальном изменении тока и напряжения
мощность тока в цепи тоже изменяется.
Мгновенное значение мощности
Цепь с активным сопротивлением
Среднее значение мощности с учетом закона Ома
Цепь с активным сопротивлением
На основе формулы р = ui строим график мгновенной
мощности р
Мощность в течение периода остается положительной,
значит, направление потока электрической энергии в
течение периода остается неизменным.
Цепь с активным сопротивлением
Среднюю мощность за период Р называют активной, а
сопротивление R — активным сопротивлением.
Активная мощность характеризует среднюю скорость
преобразования электрической энергии в тепловую,
механическую, химическую и другие виды энергий.
Электрическая энергия для данной схемы:
W = Pt
Цепь с идеальным конденсатором
Цепь, в которой
идеальный
конденсатор (R = 0)
подключен к источнику
синусоидального
напряжения :
u= Um sinɷ t.
Цепь с идеальным конденсатором
При переменном
напряжении конденсатор
периодически заряжается
и разряжается и в цепи
протекает ток, равный
скорости изменения
заряда
Цепь с идеальным конденсатором
Цепь с идеальным конденсатором
Величина хс называется реактивным ёмкостным
сопротивлением (Ом).
Ёмкостное сопротивление отражает противодействие
току в цепи со стороны электрического поля
заряженного конденсатора. Ёмкостное сопротивление
обратно пропорционально частоте f при уменьшении
частоты сопротивление хс растет.
Графики тока, напряжения и мгновенной
мощности для цепи с идеальным
конденсатором
Графики тока, напряжения и мгновенной
мощности для цепи с идеальным
конденсатором
— в I и III четвертях периода напряжение на емкости
растет от нуля до Um, пропорционально растет и
заряд конденсатора (q = Си).
Конденсатор заряжается, т.е. энергия накапливается в
электрическом поле конденсатора за счет источника.
Конденсатор является приемником энергии;
— во II и IV четвертях периода напряжение
уменьшается до нуля, пропорционально уменьшается
заряд. Конденсатор разряжается, т.е. энергия
возвращается в сеть. Конденсатор при этом является
источником энергии.
Цепь с идеальным конденсатором
Скорость обмена энергией между генератором и
конденсатором характеризуется мощностью, которая
называется реактивной мощностью Qс
Максимальная энергия, которая накапливается в
электрическом поле конденсатора
Wcm = CUm2/2 = CU2

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока — справочник студента

 Мы с вами знаем формулировку закона Ома для цепей постоянного тока, которая гласит, что ток в такой цепи прямо пропорционален напряжению на элементе цепи и обратно пропорционален сопротивлению этого элемента постоянному току, протекающему через него.

Однако при изучении цепей переменного тока стало известно, что оказывается кроме элементов цепей с активным сопротивлением, есть элементы цепи с так называемым реактивным сопротивлением, то есть индуктивности и емкости (катушки и конденсаторы).

В цепи, содержащей только активное сопротивление, фаза тока всегда совпадает с фазой напряжения (рис 1.), т. е. сдвиг фаз тока и напряжения в цепи с чисто активным сопротивлением равен нулю.

Рисунок 1. Напряжение и ток в цепи с чисто активным сопротивлением. Сдвиг фаз между током и напряжение в цепи переменного тока с чисто активным сопротивлением всегда равен нулю

Отсюда следует, что угол между радиус-векторами тока и напряжения также равен нулю.

Тогда, падение напряжения на активном сопротивлении определяется по формуле:

  (1)
  • где, U-напряжение на элементе цепи,
  • I – ток через элемент цепи
  • R – активное сопротивление элемента
  • Формула (1) применима как для амплитудных, так и для эффективных значений тока и напряжения:
 (2)
  1. где, Um-амплитудное значение напряжения на элементе цепи,
  2. Im – амплитудное значение тока через элемент цепи
  3. R – активное сопротивление элемента

В цепи, содержащей чисто реактивное сопротивление — индуктивное или емкостное, — фазы тока и напряжения сдвинуты друг относительно друга на четверть периода, причем в чисто индуктивной цепи фаза тока отстает от фазы напряжения (рис. 2), а в чисто емкостной цепи фаза тока опережает фазу напряжения (рис. 3).

Рисунок 2. Напряжение и ток в цепи с чисто индуктивным сопротивлением. Фаза тока отстает от фазы напряжения на 90 градусов.

Рисунок 3. Напряжение и ток в цепи с чисто емкостным сопротивлением. Фаза тока опережает фазу напряжения на угол 90 градусов.

Отсюда следует, что в чисто реактивной цепи угол между радиус-векторами тока и напряжения всегда равен 90°, причем в чисто индуктивной цепи радиус-вектор тока при вращении движется позади радиус-вектора напряжения, а в чисто емкостной цепи он движется впереди радиус-вектора напряжения.

Падения напряжения на индуктивном и емкостном сопротивлениях определяются соответственно по формулам:

  (3)
  (4)
  • где — UL-падение напряжение на чисто индуктивном сопротивлении ;
  • UС—падение напряжения на чисто емкостном сопротивлении;
  • I— значение тока в через реактивное сопротивление;
  • L— индуктивность реактивного элемента;
  • C— емкость реактивного элемента;
  • ω— циклическая частота.

Эти формулы применимы как для амплитудных, так и для эффективных значений тока и напряжения синусоидальной формы. Однако здесь следует отметить, что они ни в коем случае не применимы для мгновенных значений тока и напряжения, а также и для несинусоидальных токов.

Приведенные выше формулы являются частными случаями закона Ома для переменного тока.

Следовательно, полный закон Ома для переменного тока будет иметь вид:

(5)

Где Z – полное сопротивление цепи переменного тока.

Теперь остается только вычистислить полное сопротивление цепи, а оно зависит непосредсвенно от какие активные и реактивные элементы присутсвуют в цепи и как они соединены.

Закон Ома для различных типовых цепей переменного тока

Давайте выясним, как будет выглядеть закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из активного и индуктивного сопротивлений, соединенных последовательно (рис. 4.)

Рисунок 4. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного и индуктивного сопротивления.

Закон Ома для переменного синусоидального тока в случае последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений выражается следующей формулой:

 (6)
  1. где —эффективное значение силы тока в А;
  2. U—эффективное значение напряжения в В;
  3. R—активное сопротивление в Ом;
  4. ωL—индуктивное сопротивление в ом.
  5. Формула (6) будет также действительной, если в нее подставить амплитудные значения тока и напряжения.

В цепи, изображенной на рис. 5, соединены последовательно активное и емкостное сопротивления.

Рисунок 5. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного и емкосного сопротивления.

А закон Ома для такой цепи принимает вид:

В общем случае, когда цепь содержит все три вида сопротивлений (рис. 6),

Рисунок 6. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкосного сопротивления.

Закон Ома при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений будет выглядеть так:

  • где I-сила тока в А;
  • U-напряжение в В;
  • R-активное сопротивление в Ом;
  • ωL-индуктивное сопротивление в Ом;
  • 1/ωС-емкостное сопротивление в Ом.
  • Формула (8) верна только для эффективных и амплитудных значений синусоидального тока и напряжения.
  • Для того, что бы определить ток в цепях с параллельным соединением элементов (рисунок 7), то необходимо так же вычислить полное сопротивление цепи, как это делать можно прсмотреть здесь, зтем подставить значение полного сопротивления в общую формулу для закона Ома (5).

Рисунок 7. Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивных элементов. а) — параллельное соединение R и L; б) — параллельное соединение R и C.

Тоже самое касается и вычисления тока в колебательном контуре изображенном на рисунке 8.

Рисунок 8. Эквивалентная схема колебательного контура.

  1. Таким образом закон Ома для переменного тока можно сформулировать следующим образом.
  2. Значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи (или на участке цепи) и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи (участка цепи)

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник: http://www.sxemotehnika.ru/zakon-oma-dlia-peremennogo-toka.html

Закон Ома для переменного тока

Когда-то люди жили без электричества. Потом научились делать батарейки, и так появился постоянный электрический ток. Есть у электриков шутка: «Что такое переменный ток? Это нет-нет, да шарахнет…» А вот тут возникает логичный вопрос: «Почему не остановились на постоянном токе, раз он безопаснее»? Исключительно с экономической точки зрения. Переменный ток гораздо удобнее и дешевле преобразовывать, то есть повышать или понижать. Точнее не сам ток, а напряжение. Когда протекает ток, он совершает работу, работа сопровождается выделением тепла. Мощность, это произведение тока и напряжения, а значит, повышая напряжение и понижая ток мы передадим ту же мощность, но с меньшим тепловыделением, а значит и с меньшими потерями. А ещё, чем выше напряжение, тем меньше сопротивление проводов, по которым протекает ток, это оказывает влияние на потери напряжения. Как-нибудь поговорим более подробно об этом. А пока обратимся к школьному курсу физики – ток протекает только по замкнутому контуру и возможен только при условии, что к этому контуру будет приложено напряжение и контур будет иметь какое-то сопротивление. Подробно об этом вы можете прочитать в статье Закон Ома для замкнутой цепи. А мы двинемся дальше.

Сейчас вы поймете, почему так важен и что даёт закон Ома для цепи переменного тока. В современной жизни без этого закона никак не обойтись. Поскольку ток, это работа, а работа есть выделение тепла, то существенная задача электротехники в том, чтобы соблюдался термический режим, проще говоря, чтобы не произошло перегрева электроцепей. Итак, закон Ома гласит, что:

Измерить напряжение довольно просто, для этого понадобится вольтметр, в нашем случае для переменного напряжения.

В цепях постоянного тока измерить сопротивление тоже не составляет сложности, для этого потребуется омметр.

Почему же возникают сложности с переменным током? А проблема, именно, в его переменности, а точнее понятиях емкости и индукции, которые ведут себя при переменном токе несколько иначе, нежели при постоянном.

Формула Закона Ома для переменного тока:

Кому-то эта формула может показаться неожиданной, потому что все привыкли видеть другую формулу:

Теперь давайте разберёмся, что такое полное сопротивление цепи и всё сразу встанет на свои места.

В цепях постоянного тока конденсаторы могут только накапливать заряд, а катушки индуктивности становятся обычным проводом, но в цепях переменного тока они становятся сопротивлениями.

Поэтому в переменном токе существует две составляющие: активный ток и реактивный. Как это происходит, сейчас увидите.

Ёмкостное сопротивление. При подаче напряжения на конденсатор сначала возникает сильный ток и потом поднимается напряжение, то есть в идеальных условиях ток опережает напряжение на угол 90.

Другими словами, ток совершает работу из-за наличия сопротивления в цепи, которое можно посчитать по формуле:

Таким образом, чем выше частота переменного тока и чем выше емкость конденсатора, тем меньше ёмкостное сопротивление.

Индуктивное сопротивление. Здесь все происходит наоборот, сначала возникает напряжение, затем запускается индукционный процесс который препятствует возрастанию тока. Подробнее об этом читайте в статьях про индукцию.

Поэтому здесь мы видим уже обратную картину – чем выше частота и чем больше индуктивность катушки, тем больше индуктивное сопротивление переменному току.

Почему эти понятия не встречаются в цепях постоянного тока? Ответ можно узнать, посмотрев на формулы. Если ток постоянный, то f=0.

То есть, емкостное сопротивление станет бесконечно большим, а это значит, что конденсатор в цепи постоянного тока становится похож на выключатель, который размыкает цепь и ток по ней не идёт, но при этом, конденсатор будет пропускать переменный ток.

А индуктивное сопротивление станет равно нулю, значит, у нас останется просто провод, который имеет свое собственное сопротивление, которое еще называется активным, и его можно измерить обычным омметром.

В отличие от конденсатора, у которого нет активного сопротивления, сопротивление катушки, если оно довольно большое, должно приниматься в расчёт. Как правило, активное сопротивление катушки очень маленькое по сравнению с индуктивным, поэтому его в расчёт не берут, но всё же правильно формула сопротивления катушки выглядит так:

  • По такому принципу в электронике изготавливают фильтры, которые должны отсечь переменный ток от постоянного, то есть пропускать только переменный ток или наоборот заглушить переменный ток, оставив только постоянный, или даже заглушить токи какой-то одной или нескольких частот.
  • А сейчас совсем вас запутаю… И катушка может иметь ёмкостные свойства и конденсатор – индуктивные, но как правило они слишком малы и носят паразитический характер.
  • Ну а сейчас мы рассмотрим закон Ома для электрической цепи переменного тока наглядно.

Допустим, у нас есть цепь из последовательно включенных резистора (активное сопротивление), конденсатора (реактивное ёмкостное сопротивление) и катушка (активно-реактивное индуктивное сопротивление). Теперь, чтобы узнать силу тока в цепи нам нужно правильно посчитать полное сопротивление цепи.

Осталось применить всё изложенное выше.

Реактивное сопротивление Х это разница между индуктивным сопротивлением XL и ёмкостным сопротивлением XC. Ну а дальше векторным сложением можем узнать полное реактивное сопротивление

  1. следовательно:
  2. дальнейший расчет:
  3. или:

Что можно сказать в заключении. Как вы можете видеть, закон Ома для переменного тока точно такой же, как и для постоянного. Разница лишь в том, как считать сопротивление. Если в постоянном токе мы имеем только активное сопротивление, то в переменном токе добавляется еще и реактивное, а именно индуктивное и емкостное.

И, кстати говоря, реактивный ток – явление, с которым в электротехнике стараются бороться различными методами, поскольку эти токи паразитные и не несут полезной нагрузки. Об этом мы поговорим в других статьях.

Пока сообщу лишь, что идеальный вариант, к которому пока никто не смог приблизиться, чтобы нагрузка была исключительно активной.

Источник: https://uelektrika.ru/osnovy-yelektrotekhniki/zakon-oma-dlya-peremennogo-toka/

Закон Ома для переменного тока

После открытия в 1831 году Фарадеем электромагнитной индукции, появились первые генераторы постоянного, а после и переменного тока. Преимущество последних заключается в том, что переменный ток передается потребителю с меньшими потерями.

При увеличении напряжения в цепи, ток будет увеличиваться аналогично случаю с постоянным током. Но в цепи переменного тока сопротивление оказывается катушкой индуктивности и конденсатор. Основываясь на этом, запишем закон Ома для переменного тока: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.


где

  • I [А] – сила тока,
  • U [В] – напряжение,
  • Z [Ом] – полное сопротивление цепи.

Полное сопротивление цепи

В общем случае полное сопротивление цепи переменного тока (рис. 1) состоит из активного (R [Ом]), индуктивного, и емкостного сопротивлений. Иными словами, ток в цепи переменного тока зависит не только от активного омического сопротивления, но и от величины емкости (C [Ф]) и индуктивности (L [Гн]). Полное сопротивление цепи переменного тока можно вычислить по формуле:

где

  • — индуктивное сопротивление, оказываемое переменному току, обусловленное индуктивностью электрической цепи, создается катушкой.
  • — емкостное сопротивление, создается конденсатором.

Полное сопротивление цепи переменного тока можно изобразить графически как гипотенузу прямоугольного треугольника, у которого катетами являются активное и индуктивное сопротивления.

Рис.1. Треугольник сопротивлений

Учитывая последние равенства, запишем формулу закона Ома для переменного тока:

– амплитудное значение силы тока.

Рис.2. Последовательная электрическая цепь из R, L, C элементов.

Из опыта можно определить, что в такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе, а разность фаз между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора:

Цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных конденсатора (емкостью С), катушки индуктивности (L) и активного сопротивления (R). На зажимы цепи подается действующее напряжение (U), частота которого ν. Чему равно действующее значение силы тока в цепи?

Дано:
Решение:
  • Запишем закон Ома для переменного тока — где ω=2πν.
  • Амплитудное значение силы тока связано с действующим значением равенством
  • Аналогично для напряжения
  • Подставим в первую формулу

Источник: https://zakon-oma.ru/dlya-peremennogo-toka.php

Закон РћРјР° для цепей постоянного Рё переменного тока — теория Рё практика

  • Онлайн расчёт электрических величин напряжения, тока Рё мощности для: участка цепи, полной цепи СЃ резистивными, ёмкостными Рё индуктивными
  • элементами.

— Рђ любите ли Р’С‹ закон РћРјР° так, как люблю его СЏ? — СЃРїСЂРѕСЃРёР» учитель физики стоящего СЂСЏРґРѕРј СЃ щитком Рё разглядывающего СЃРІРѕР№ обугленный палец электрика, — Всеми силами души Вашей, СЃРѕ всем энтузиазмом Рё исступлением, Рє которому только СЃРїРѕСЃРѕР±РЅР° пылкая молодость, — никак РЅРµ угомонялся РѕРЅ, сверкая РёР·-РїРѕРґ очков пытливым взглядом. — Мужик, ты что, дурак? – вежливо поинтересовался обиженный противоестественным РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРј электрик Рё пошёл, насвистывая «РљР°Р»РёРЅРєСѓ-Малинку» РІ направлении ближайшего супермаркета — РЅРµ ради пьянства окаянного, Р° дабы залечить СЃРІРѕР№ увечный палец.

А тем временем, закон Ома является в электротехнике основным законом, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.

Формулировка закона Ома для участка цепи может быть представлена так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника и записана в следующем виде:

I=U/R, I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А]; U – электрическое напряжение (разность потенциалов), измеряемая в вольтах [В]; R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах [Ом].

Производные РѕС‚ этой формулы приобретают такой же незамысловатый РІРёРґ: R=U/I Рё U=R×I.

Зная любые два из трёх приведённых параметров можно легко произвести расчёт и величины мощности, рассеиваемой на резисторе.

Мощность является функцией протекающего тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам, также являющимся производными от основной формулы закона Ома:

P(Вт) = U(В)×I(А) = I2(А)×R(Ом) = U2(В)/R(Ом) Можно, конечно, описывая закон Ома обойтись и вообще без формул, а вместо них пользоваться словами или картинками: С другой стороны, формулы настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта. Не заслуживают, так не заслуживают. Калькулятор Вам в помощь, дамы и рыцари! Считайте, учитывайте размерность, не стирайте из памяти, что: 1В=1000мВ=1000000мкВ; 1А=1000мА=1000000мкА; 1Ом=0.001кОм=0.000001МОм; 1Вт=1000мВт=100000мкВт. Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатую таблицу, позволяющую в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.

ТАБЛ�ЦА ДЛЯ ПРОВЕРК� РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТОВ ЗАКОНА ОМА.

Вводить РІ таблицу нужно только РґРІР° имеющихся Сѓ Вас параметра, остальные посчитает таблица. Р’СЃРµ наши расчёты проводились РїСЂРё условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр. Если это условие РЅРµ соблюдается, то РїРѕРґ величиной R следует принять СЃСѓРјРјСѓ внешнего Рё внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр , после чего закон приобретает солидное название — закон РћРјР° для полной цепи: I=U/(R+r) . Для многозвенных цепей возникает необходимость преобразования её Рє эквивалентному РІРёРґСѓ:

Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов определяются исходя из формулы: 1/Rll = 1/R4+1/R5.

А онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких проводников можно найти на странице ссылка на страницу.

Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.

Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше, остаётся в силе.

Единственное, что надо иметь РІ РІРёРґСѓ для правильной интерпретации закона РћРјР° для переменного тока — РїРѕРґ значением U следует понимать действующее (эффективное) значение амплитуды переменного сигнала.

Рђ что такое действующее значение Рё как РѕРЅРѕ связано СЃ амплитудой сигнала переменного тока? Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала. Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал СЃРѕ скважностью, равной 2), сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы. Глядя РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРѕРє можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов — это максимальное значение, которого достигает амплитуда РІ пределах положительной, или отрицательной (РІ наших случаях РѕРЅРё равны) полуволны. Рассчитываем действующее значение напряжение интересующей нас формы: Для СЃРёРЅСѓСЃР° U = UРґ = UР°/в€љ2; для треугольника Рё пилы U = UРґ = UР°/в€љ3; для меандра U = UРґ = UР°. РЎ этим разобрались!

Теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока.

В общем случае смотреться это будет так:

А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z, состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений.

Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока РЅРµ одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих трёх элементов обойтись РЅРµ удаётся, Рё формула приобретает РІРёРґ: Реактивные сопротивления конденсаторов Рё индуктивностей РјС‹ СЃ Вами уже рассчитывали РЅР° странице ссылка РЅР° страницу Рё знаем, что величины эти зависят РѕС‚ частоты, протекающего через РЅРёС… тока Рё описываются формулами: XC = 1/(2ПЂЖ’РЎ) ,   XL = 2ПЂЖ’L .

Нарисуем таблицу для расчёта полного сопротивления цепи для переменного тока.

Количество вводимых элементов должно быть РЅРµ менее РѕРґРЅРѕРіРѕ, РїСЂРё наличии индуктивного или емкостного элемента — необходимо указать значение частоты f !

КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ ОНЛАЙН РАСЧЁТА ПОЛНОГО СОПРОТ�ВЛЕН�Я ЦЕП�.

Теперь давайте рассмотрим практический пример применения закона Ома в цепях переменного тока и рассчитаем простенький бестрансформаторный источник питания.

Токозадающими цепями РІ данной схеме являются элементы R1 Рё РЎ1. Допустим, нас интересует выходное напряжение Uвых = 12 вольт РїСЂРё токе нагрузки 100 РјРђ. Выбираем стабилитрон Р”815Р” СЃ напряжением стабилизации 12Р’ Рё максимально допустимым током стабилизации 1,4Рђ. Зададимся током через стабилитрон СЃ некоторым запасом — 200РјРђ. РЎ учётом падения напряжения РЅР° стабилитроне, напряжение РЅР° токозадающей цепи равно 220РІ — 12РІ = 208РІ. Теперь рассчитаем сопротивление этой цепи Z для получения тока, равного 200РјРђ: Z = 208РІ/200РјРђ = 1,04РєРћРј. Резистор R1 является токоограничивающим Рё выбирается РІ пределах 10-100 РћРј РІ зависимости РѕС‚ максимального тока нагрузки. Зададимся номиналами R1 — 30 РћРј, РЎ1 — 1 РњРєС„, частотой сети f — 50 Гц Рё подставим РІСЃС‘ это хозяйство РІ таблицу. Получили полное сопротивление цепи, равное 3,183РєРћРј. Многовато будет — надо увеличивать ёмкость РЎ1. Поигрались туда-СЃСЋРґР°, нашли нужное значение ёмкости — 3,18 РњРєС„, РїСЂРё котором Z = 1,04РєРћРј. Р’СЃС‘ — закон РћРјР° выполнил СЃРІРѕСЋ функцию, расчёт закончен, всем спать полчаса!

Источник: https://vpayaem.ru/information11.html

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. Закон Ома для цепей переменного тока

Определение 1

Пусть источник переменного тока включен в цепь, в которой индуктивностью и емкостью можно пренебречь. Переменный ток изменяется в соответствии с законом:

[Ileft(t
ight)=I_m{sin left(omega t
ight) left(1
ight). }]

  • Рисунок 1.
  • Тогда, если применить к участку цепи ($а R в$) (рис.1) закон Ома получим:

[U=IR=I_m{Rsin left(omega t
ight) left(2
ight), }]

где $U$ — напряжение на концах участка. Разность фаз между током и напряжением равна нулю. Амплитудное значение напряжения ($U_m$) равно:

[U_m=RI_mleft(3
ight),]

где коэффициент $R$ — называется активным сопротивлением. Наличие активного сопротивления в цепи всегда приводит к выделению тепла.

Допустим, что в участок цепи включен конденсатор емкости $С$, а $R=0$ и $L=0$. Будем считать силу тока ($I$) положительной, если она имеет направление, которое указано на рис. 2. Пусть заряд на конденсаторе равен $q$.

  1. Рисунок 2.
  2. Мы можем использовать следующие соотношения:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • Если $I(t)$ определена уравнением (1), то заряд выражен как:
  • где $q_0$ произвольный постоянный заряд конденсатора, который не связан с колебаниями тока, поэтому можем допустить, что $q_0=0.$ Получим напряжение равно:
  • Формула (6) показывает, что на конденсаторе колебания напряжения отстают от колебаний силы тока по фазе на $frac{pi }{2}.$ Амплитуда напряжения на емкости равна:

Величину $X_C=frac{1}{omega C}$ называют реактивным емкостным сопротивлением (емкостным сопротивлением, кажущимся сопротивлением емкости). Если ток постоянный, то $X_C=infty $.

Это значит, что постоянный ток не течет через конденсатор.

Из определения емкостного сопротивления видно, что при больших частотах колебаний, малые емкости являются небольшими сопротивлениями переменного тока.

Индуктивное сопротивление

Пусть участок цепи имеет только индуктивность (рис.3). Будем считать $I>0$, если ток направлен от $а$ к $в$.

  1. Рисунок 3.
  2. Если в катушке течет ток, то в индуктивности появляется ЭДС самоиндукции, следовательно, закон Ома примет вид:
  3. По условию $R=0. mathcal E$ самоиндукции можно выразить как:
  4. Из выражений (8), (9) следует, что:
  5. Амплитуда напряжения в данном случае равна:
  6. где $X_L- $индуктивное сопротивление (кажущееся сопротивление индуктивности).2}(13)]

    называют полным электросопротивлением, или импедансом, иногда называют законом Ома для переменного тока. Однако необходимо помнить, что формула (12) относится к амплитудам тока и напряжения, а не мгновенным их значениям.

    Пример 1

    Задание: Чему равно действующее значение силы тока в цепи. Цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных: конденсатора емкостью $C$, катушки индуктивности $L$, активного сопротивления $R$. На зажимы цепи подается напряжение действующее напряжение $U$ частота которого $
    u$.

    • Решение:
    • Так как все элементы цепи соединены последовательно, то сила тока во всех элементах одинакова.
    • Амплитудное значение силы тока выражается «законом Ома для переменного тока»:
    • оно связано с действующим значением силы тока как:
    • В условиях задачи мы имеем действующее значение напряжения $U$, нам в формуле (1.2}}.]

      Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/aktivnoe_emkostnoe_i_induktivnoe_soprotivlenie_zakon_oma_dlya_cepey_peremennogo_toka/

      Закон Ома для переменного тока: формула

      Закон Ома был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году и с тех пор начал широко применяться в электротехнической области в теории и на практике. Он выражается известной формулой, с посредством которой можно выполнить расчеты практически любой электрической цепи.

      Тем не менее, закон Ома для переменного тока имеет свои особенности и отличия от подключений с постоянным током, определяемые наличием реактивных элементов.

      Чтобы понять суть его работы, нужно пройти по всей цепочке, от простого к сложному, начиная с отдельного участка электрической цепи.

      Закон ома для участка цепи

      Закон Ома считается рабочим для различных вариантов электрических цепей. Более всего он известен по формуле I = U/R, применяемой в отношении отдельного отрезка цепи постоянного или переменного тока.

      В ней присутствуют такие определения, как сила тока (I), измеряемая в амперах, напряжение (U), измеряемое в вольтах и сопротивление (R), измеряемое в Омах. Широко распространенное определение этой формулы выражается известным понятием: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению на конкретном отрезке цепи. Если увеличивается напряжение, то возрастает и сила тока, а рост сопротивления, наоборот, снижает ток. Сопротивление на этом отрезке может состоять не только из одного, но и из нескольких элементов, соединенных между собой последовательно или параллельно.

      Формулу закона Ома для постоянного тока можно легко запомнить с помощью специального треугольника, изображенного на общем рисунке.

      Он разделяется на три секции, в каждой из которых помещен отдельно взятый параметр. Такая подсказка дает возможность легко и быстро найти нужное значение.

      Искомый показатель закрывается пальцем, а действия с оставшимися выполняются в зависимости от их положения относительно друг друга.

      Если они расположены на одном уровне, то их нужно перемножить, а если на разных – верхний параметр делится на нижний. Данный способ поможет избежать путаницы в расчетах начинающим электротехникам.

      Закон ома для полной цепи

      Между отрезком и целой цепью существуют определенные различия. В качестве участка или отрезка рассматривается часть общей схемы, расположенная в самом источнике тока или напряжения. Она состоит из одного или нескольких элементов, соединенных с источником тока разными способами.

      Система полной цепи представляет собой общую схему, состоящую из нескольких цепочек, включающую в себя батареи, разные виды нагрузок и соединяющие их провода. Она также работает по закону Ома и широко используется в практической деятельности, в том числе и для переменного тока.

      Принцип действия закона Ома в полной цепи постоянного тока можно наглядно увидеть при выполнении несложного опыта.

      Как показывает рисунок, для этого потребуется источник тока с напряжением U на его электродах, любое постоянное сопротивление R и соединительные провода. В качестве сопротивления можно взять обычную лампу накаливания.

      Через ее нить будет протекать ток, создаваемый электронами, перемещающимися внутри металлического проводника, в соответствии с формулой I = U/R.

      Система общей цепи будет состоять из внешнего участка, включающего в себя сопротивление, соединительные проводки и контакты батареи, и внутреннего отрезка, расположенного между электродами источника тока.

      По внутреннему участку также будет протекать ток, образованный ионами с положительными и отрицательными зарядами.

      Катод и анод станут накапливать заряды с плюсом и минусом, после чего среди них возникнет разность потенциалов.

      Полноценное движение ионов будет затруднено внутренним сопротивлением батареи r, ограничивающим выход тока в наружную цепь, и понижающим его мощность до определенного предела.

      Следовательно, ток в общей цепи проходит в пределах внутреннего и внешнего контуров, поочередно преодолевая общее сопротивление отрезков (R+r).

      На размеры силы тока влияет такое понятие, как электродвижущая сила – ЭДС, прилагаемая к электродам, обозначенная символом Е.

      Что такое трансформаторы тока

      Значение ЭДС возможно измерить на выводах батареи с использованием вольтметра при отключенном внешнем контуре. После подключения нагрузки на вольтметре появится наличие напряжения U. Таким образом, при отключенной нагрузке U = E, в при подключении внешнего контура U

      ЭДС дает толчок движению зарядов в полной цепи и определяет силу тока I = E/(R+r). Данная формула отражает закон Ома для полной электрической цепи постоянного тока.

      В ней хорошо просматриваются признаки внутреннего и наружного контуров. В случае отключения нагрузки внутри батареи все равно будут двигаться заряженные частицы.

      Это явление называется током саморазряда, приводящее к ненужному расходу металлических частиц катода.

      Под действием внутренней энергии источника питания сопротивление вызывает нагрев и его дальнейшее рассеивание снаружи элемента. Постепенно заряд батареи полностью исчезает без остатка.

      Закон ома для цепи переменного тока

      Для цепей переменного тока закон Ома будет выглядеть иначе. Если взять за основу формулу I = U/R, то кроме активного сопротивления R, в нее добавляются индуктивное XL и емкостное ХС сопротивления, относящиеся к реактивным. Подобные электрические схемы применяются значительно чаще, чем подключения с одним лишь активным сопротивлением и позволяют рассчитать любые варианты.

      Сюда же включается параметр ω, представляющий собой циклическую частоту сети. Ее значение определяется формулой ω = 2πf, в которой f является частотой этой сети (Гц). При постоянном токе эта частота будет равной нулю, а емкость примет бесконечное значение. В данном случае электрическая цепь постоянного тока окажется разорванной, то есть реактивного сопротивления нет.

      Цепь переменного тока ничем не отличается от постоянного, за исключением источника напряжения. Общая формула остается такой же, но при добавлении реактивных элементов ее содержание полностью изменится.

      Параметр f уже не будет нулевым, что указывает на присутствие реактивного сопротивления. Оно тоже оказывает влияние на ток, протекающий в контуре и вызывает резонанс.

      Для обозначения полного сопротивления контура используется символ Z.

      Мощность короткого замыкания

      Отмеченная величина не будет равной активному сопротивлению, то есть Z ≠ R. Закон Ома для переменного тока теперь будет выглядеть в виде формулы I = U/Z. Знание этих особенностей и правильное использование формул, помогут избежать неправильного решения электротехнических задач и предотвратить выход из строя отдельных элементов контура.

      Источник: https://electric-220.ru/news/zakon_oma_dlja_peremennogo_toka/2018-03-02-1465

      Цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями

      По треугольнику сопротивлений можно также определить угол сдвига фаз между током и напряжением:

      Пример.  Активное  сопротивление  катушки  составляет  5 ом,  а  ее  полное сопротивление Z=30 ом. Определить угол сдвига фаз.

      Решение.

      При соs =0,25 угол =75°.

      § 56. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ, ИНДУКТИВНЫМ И ЕМКОСТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

      На рис. 57, а изображена цепь переменного тока, в которую  включены  последовательно  активное  сопротивление r,  индуктивность L, обладающая индуктивным сопротивлением ХL, и емкость С, обладающая емкостным сопротивлением Хс.

      Под действием переменного напряжения в этой цепи протекает переменный ток.

      Выясним, чему равно общее напряжение на за­жимах цепи. Построим векторную диаграмму то­ка и напряжений для рас­сматриваемой цепи (рис. 57, б).

      Так как сопротив­ления соединены последовательно, то в них проте­кает одинаковый ток. Отложим по горизонтали, в  выбранном  масштабе вектор тока I.

      В цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпа­дают  по  фазе,  поэтому вектор напряжения Uа от­кладываем по вектору тока.

      Напряжение на индуктивности опережает ток на угол  = 90°. Поэтому век­тор UL откладываем вверх

      под углом 90° к вектору тока.

      В цепи с емкостью, наоборот, напряжение отстает от тока на угол  = 90°. Поэтому вектор Uc откладываем на диаграмме вниз под углом 90° к вектору тока.

      Для определения общего напряжения, приложенного к зажимам цепи, сложим векторы UL и UС. Для этого отнимем от большего вектора UL вектор UС и получим вектор UL-UC, выражающий вектор­ную сумму этих двух напряжений. Теперь сложим векторы (UL-UC) и Ua. Суммой этих векторов будет диагональ параллелограмма – вектор U, изображающий общее напряжение на за­жимах цепи.

      На основании теоремы Пифагора из треугольника напряжений АО Б следует, что

      отсюда общее напряжение

      Определим полное сопротивление цепи переменного тока, со­держащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления. Для этого разделим стороны треугольника напряжений АОБ на число I выражающее силу тока в цепи, и получим подобный треугольник сопротивлений А’О’Б’ (рис. 57, в). Его сторонами являются сопро­тивления r, (ХL — Хс) и полное сопротивление цепи Z.

      Пользуясь теоремой Пифагора, можно написать, что

      Отсюда полное сопротивление цепи

      Силу тока в цепи с активным, индуктивным и емкостным сопро­тивлениями определяют по закону Ома:

      На векторной диаграмме (рис. 57, б) видно, что в рассматри­ваемой цепи ток и напряжение генератора не совпадают по фазе. Из треугольника напряжений следует, что

      • Из треугольника сопротивлений
      • § 57. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

      На рис. 58 изображена цепь переменного тока, в которую включены параллельно две катушки. Каждая из этих катушек обладает соответственно активным сопротивлением r1 и r2 и индуктивным сопротивлением XL1 и XL2.

      Полное сопротивление первой катушки

      Полное сопротивление второй катушки

      Напряжение на  зажимах  катушек  равно  напряжению генератора.

      1. Сила  тока в каждой  катушке  определяется  согласно  закону Ома:
      2. Из этих равенств можно сделать вывод, что в такой цепи токи раз­ветвляются обратно пропорционально полным сопротивлениям ветвей.
      3. Для определения угла сдвига фаз между напряжением и током
      4. в каждой катушке вычисляют  и    и по таблице тригонометрических функций находят значения углов 1 и 2.
      5. Чем больше угол сдвига фаз между напряжением и током, тем больше реактивный ток и меньше активный, тем хуже используется электрический ток в данной установке, ниже ее коэффициент мощ­ности (cos ).

      Так как первый закон Кирхгофа справедлив для цепей перемен­ного тока, то в рассматриваемой цепи общий ток определяется гео­метрическим сложением векторов (рис. 58,6).

      По горизонтали в выбранном масштабе отложим вектор напря­жения U. Так как ток в цепи с индуктивностью отстает от напря­жения, то вектор тока  I1 выбранном масштабе отложим с по­мощью транспортира под углом 1 к вектору напряжения U, а век­тор тока I2 и отложим под углом 2. Общий ток в цепи будет равен сумме векторов тока I1 и I2, который определяется с учетом выбран­ного масштаба.

      • Чтобы найти общий ток, нужно воспользоваться тем, что актив­ная составляющая общего тока — общий активный ток равен сумме активных токов ветвей:
      • а общий реактивный ток — сумме реактивных токов ветвей (если все эти реактивные токи, отстающие по фазе или все опережаю­щие):
      • После чего определяют общий ток:
      • Угол сдвига фаз между общим током и напряжением ср находят по векторной диаграмме.

      Пример. Три катушки соединены параллельно и к ним подключено перемен­ное напряжение U=100 в. Частота тока 50 гц. Активное сопротивление катушки r1=2 ом; r2=3 ом; r3=4 ом;

      1. Индуктивность катушек L1=0,04 гн; L2=0,03 гн; L3=0, 01 гн.
      2. Вычислить силу тока в каждой катушке и общий ток в цепи, а также угол сдвига фаз между током и напряжением.
      3. Решение. Индуктивное сопротивление катушек:
      4. Полное сопротивление катушек:
      5. Сила тока в катушках:

      Источник: http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/cep-peremennogo-toka-s-aktivnym-induktivnym-i-emkostnym-soprotivleniyami

      Активное сопротивление в цепи переменного тока

      Ток и напряжение. При включении в цепь переменного тока активного сопротивления R (рис. 175, а) напряжение и источника создает в цепи ток i. Если напряжение и изменяется по синусоидальному закону u = Uт sin ?t, то ток i также изменяется синусоидально:

      i = Iт sin ?t При этом Iт = Uт / R

      Таким образом, ток и напряжение изменяются по одному и тому же закону; они одновременно достигают своих максимальных значений и одновременно проходят через нуль (рис. 175,б). Следовательно, при включении в цепь переменного тока активного сопротивления ток и напряжение совпадают по фазе (рис. 175, в).

      Если обе части равенства Iт = Uт / R разделить на ?2, то получим выражение закона Ома для рассматриваемой цепи для действующих значений напряжения и тока:

      I = U / R

      Следовательно, для цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление, этот закон имеет такую же математическую форму, как и для цепи постоянного тока.

      При питании сварочной дуги переменным током полярность электродов, а также условия существования дугового разряда периодически изменяются. (Гаснет 100 раз/сек). Длительность перерывов в горении дуги при прочих равных условиях зависит от параметров сварочной цепи. Напряжение зажигания дуги после перехода тока через ноль носит название напряжения повторного зажигания. В зависимости от условий горения дуги напряжение повторного зажигания может быть в несколько раз выше, чем напряжение на дуге

      Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.

      Это реактивная часть сопротивления, определяемая индуктивностью элементов цепи.

      Считается, что элементы цепи, для которых средняя мощность переменного тока равна нулю, обладают реактивным сопротивлением (в отличие от обычного активного сопротивления R, на котором происходит выделение энергии).

      Катушка индуктивности (соленоид) при отсутствии сопротивления R ее провода обладает только индуктивным сопротивлением.

      Для определения формулы индуктивного сопротивления найдем ЭДС самоиндукции такой катушки в цепи переменного тока, меняющегося по гармоническому синусоидальному закону I = Imsinωt.

      В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.
      Мгновенное значение силы тока:
      Мгновенное значение напряжения можно установить, учиты­вая, что u = — εi, где u – мгновенное значение напряжения, а εi – мгновенное значение эдс самоиндукции, т. е. при изменении тока в цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца равна по величине и противоположна по фазе приложенному напряжению.  
      . Следовательно , где амплитуда напряжения. Напряжение опережает ток по фазе на π/2.
      Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению, то приняв величину ωL за сопротивление катушки переменному току, получим: — закон Ома для цепи с чисто индуктивной нагрузкой.
      Величина — индуктивное сопротивление.
      Т.о. в любое мгновение времени изменению силы тока противодействует ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции — причина индуктивного сопротивления.
      В отличие от активного сопротивления, индуктивное не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка.  
      Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна π/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и индуктивной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.  
      Индуктивное реактивное сопротивление

      — MagLab

      Как и сопротивление, реактивное сопротивление замедляет электрический ток. Согласно закону Ленца, это явление происходит только в цепях переменного тока.

      Когда электрический ток течет по цепи, ему противостоят две вещи: сопротивление и реактивное сопротивление. Сопротивление, обнаруживаемое как в переменном (AC), так и в постоянном (DC) токе, возникает, когда электроны, несущие ток, сталкиваются друг с другом. другое, с самим материалом проводника или с резистором, предназначенным именно для этого в цепи.Реактивное сопротивление связано только с переменным током или другой формой переменного тока. Форма реактивного сопротивления, называемого индуктивным реактивным сопротивлением (с участием индукторов для индукции магнитных полей), объясняется в приведенном ниже руководстве, в котором в качестве иллюстрации используется тип диммера переменного тока. (Между прочим, ваши диммеры переменного тока работают не так, но служат удобным способом объяснения концепции индуктивного реактивного сопротивления).

      В приведенной выше схеме группа маленьких ламп служит резистором, а катушка из медной проволоки — индуктором.Железный сердечник можно перемещать в катушку и извлекать из нее с помощью ползунка Iron Core Position для усиления магнитного поля индуктора катушки. Можно выбрать переменный или постоянный ток, щелкнув соответствующий переключатель. Чтобы включить рубильник в цепи и подать ток, нажмите синюю кнопку Turn On ; нажмите красную кнопку Turn Off , чтобы поднять переключатель и отключить ток.

      Обратите внимание, что когда выбран источник питания постоянного тока и цепь включена, перемещение железного сердечника не влияет на яркость светового банка.Однако это же действие вызывает затемнение ламп или их полное отключение при выборе источника питания переменного тока. Чем дальше внутрь катушки проникает сердечник, тем больше создается магнитное поле и тем больше реактивная индуктивность. Это явление можно объяснить с помощью закона Ленца , который гласит, что направление индуцированного тока таково, что противодействует вызывающему его изменению. Другими словами, вот что происходит:

      • Токопроводящая проволока вокруг себя создает круговое магнитное поле.
      • Когда ток меняет направление (как это происходит десятки раз в секунду с переменным током), создаваемое им магнитное поле также изменяется.
      • Это изменяющееся поле создает напряжение, которое (согласно закону Ленца) противоположно направлению первичного тока.

      Таким образом, переменный ток индуцирует переменное магнитное поле в катушке, которое увеличивает сопротивление потоку тока. Это магнитное поле и возникающее из него индуктивное реактивное сопротивление усиливаются за счет железного сердечника в катушке, так что электрическое реактивное сопротивление (в сочетании с сопротивлением) становится настолько большим, что недостаточный ток достигает ламп.

      ОМSLAWFORAC

      OHMSLAWFORAC ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

      Правила и уравнения для цепей постоянного тока применяются к цепям переменного тока только тогда, когда цепи содержат только сопротивление, как в случае с лампами и обогревом. элементы. Чтобы использовать действующие значения напряжения и тока в переменном токе цепей, влияние индуктивности и емкости с сопротивлением должно быть на рассмотрении.

      Комбинированный эффект сопротивления, индуктивного реактивного сопротивления и емкостной реактивное сопротивление составляет полное противодействие протеканию тока в цепи переменного тока.Это полное сопротивление называется импедансом и обозначается буквой «Z.» Единицей измерения импеданса является ом.

      Цепи переменного тока серии

      Если цепь переменного тока состоит только из сопротивления, значение импеданса совпадает с сопротивлением, а закон Ома для переменного тока Схема I = E / Z точно такая же, как и для цепи постоянного тока. На рисунке 8-188 последовательная цепь, содержащая лампу с сопротивлением 11 Ом, подключенную через источник иллюстрирован.Чтобы узнать, сколько тока будет протекать, если 110 вольт приложен постоянный ток и сколько тока будет протекать, если приложить переменный ток 110 вольт, решены следующие примеры:
      Когда цепи переменного тока содержат сопротивление или индуктивность или емкости, полное сопротивление Z не совпадает с сопротивлением R. Импеданс цепи — это полное сопротивление цепи потоку. тока.В цепи переменного тока это противостояние состоит из сопротивления и реактивное сопротивление, индуктивное или емкостное, либо их элементы.

      Сопротивление и реактивное сопротивление нельзя сложить напрямую, но их можно учитывать. как две силы, действующие под прямым углом друг к другу. Таким образом, соотношение между сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом можно проиллюстрировать правой треугольник, как показано на рисунке 8-189.



      Поскольку эти величины могут быть связаны со сторонами прямоугольного треугольника, формула для нахождения импеданса или полного противодействия току в цепи переменного тока можно найти, используя закон прямоугольных треугольников.Этот Теорема, называемая теоремой Пифагора, применима к любому прямоугольному треугольнику. В нем говорится, что квадрат гипотенузы равен сумме квадраты двух других сторон. Таким образом, ценность любой стороны права треугольник можно найти, если известны две другие стороны. Если цепь переменного тока содержит сопротивление и индуктивность, как показано на рисунке 8-190, соотношение между сторонами можно записать как: Квадратный корень из обеих частей уравнения дает

      Эту формулу можно использовать для определения импеданса, когда значения индуктивного реактивного сопротивления и сопротивления.Его можно изменить на решить для импеданса в цепях, содержащих емкостное реактивное сопротивление и сопротивление заменив XC в формуле на XL. В схемах, содержащих сопротивление с индуктивным и емкостным сопротивлением, реактивные сопротивления можно комбинировать, но поскольку их эффекты в схеме прямо противоположны, они объединяются вычитанием: X = XL — XC или X = XC — XL (меньшее число всегда вычитается из большего). В рисунок 8-190, последовательная цепь, состоящая из сопротивления и индуктивности последовательно подключен к источнику 110 вольт на 60 циклов в секунду.Резистивным элементом является лампа с сопротивлением 6 Ом, а индуктивный элемент представляет собой катушку с индуктивностью 0,021 Генри. Какие это значение импеданса и тока через лампу и катушка?

      Решение:

      Сначала вычисляется индуктивное сопротивление катушки:

      XL = 2 ш x ш x д
      XL = 6,28 x 60 x 0,021
      XL = индуктивное сопротивление 8 Ом.

      Затем вычисляется полное сопротивление:

      Z = квадратный корень из R2 + XL2
      Z = квадратный корень из 62 + 82
      Z = квадратный корень из 36 + 64
      Z = квадратный корень из 100
      Z = сопротивление 10 Ом.

      Тогда текущий поток,

      Падение напряжения на сопротивлении (ER) равно

      ER = I x R
      ER = 11 x 6 = 66 вольт.

      Падение напряжения на индуктивности (EXL) равно

      EXL = I x XL
      EXL = 11 x 8 = 88 вольт.

      Сумма двух напряжений больше приложенного напряжения. Этот возникает из-за того, что два напряжения не совпадают по фазе и, как таковые, представляют максимальное напряжение.Если напряжение в цепи измеряется по вольтметру будет примерно 110 вольт, приложенное напряжение. Это можно доказать уравнением

      На рисунке 8-191 показана последовательная цепь, в которой конденсатор 200 мФ подключен последовательно с лампой на 10 Ом. Какая ценность импеданса, тока и падения напряжения на лампе?


      Решение:

      Сначала емкость изменяется с микрофарад на фарады.С 1 миллион микрофарад равен 1 фараду, тогда

      Чтобы найти импеданс,

      Чтобы найти ток,

      Падение напряжения на лампе (ER) составляет

      ER = 6,7 x 10
      ER = 67 вольт

      Падение напряжения на конденсаторе (EXC) равно

      Сумма этих двух напряжений не равна приложенному напряжению, так как ток опережает напряжение.Чтобы найти приложенное напряжение, формула ET = используется квадратный корень из (ER) 2 + (EXC) 2.

      Когда цепь содержит сопротивление, индуктивность и емкость, уравнение

      Z = квадратный корень из R2 + (XL — XC) 2

      используется для определения импеданса.

      Пример:

      Каково полное сопротивление последовательной цепи (рисунок 8-192), состоящей из конденсатора с реактивным сопротивлением 7 Ом, катушки индуктивности с реактивным сопротивлением 10 Ом, а резистор сопротивлением 4 Ом?

      Решение:

      Предполагая, что реактивное сопротивление конденсатора составляет 10 Ом, а реактивное сопротивление индуктивности 7 Ом, то XC больше XL.Таким образом,


      Параллельные цепи переменного тока

      Методы решения задач параллельных цепей переменного тока в основном такие же, как и те, которые используются для последовательных цепей переменного тока. Не в фазе напряжения и токи можно сложить, используя закон прямоугольных треугольников, но при решении схемных проблем токи через ветви добавлено, так как падение напряжения на разных ветвях одинаковое и равны приложенному напряжению.На рисунке 8-193 параллельная цепь переменного тока схематически показан содержащий индуктивность и сопротивление. Электрический ток протекающая через индуктивность IL составляет 0,0584 ампера, а протекающий ток через сопротивление составляет 0,11 ампер. Каков общий ток в схема?

      Решение:

      Поскольку индуктивное реактивное сопротивление приводит к тому, что напряжение опережает ток, общее ток, который содержит составляющую индуктивного тока, отстает от приложенного Напряжение.Если на графике нанесены ток и напряжения, угол между два, называемые фазовым углом, показывают, насколько ток отстает от Напряжение.

      На рисунке 8-194 генератор на 110 В подключен к нагрузке, состоящей из емкости 2 и параллельное сопротивление 10000 Ом. Какое значение импеданса а общий текущий расход?

      Решение:

      Сначала найдите емкостное сопротивление цепи:

      Замена 2 на фарады и ввод значений в приведенную формулу:

      Для определения импеданса используется формула импеданса в последовательной цепи переменного тока. должны быть изменены, чтобы соответствовать параллельной цепи:

      Чтобы найти ток через емкость:

      Чтобы найти ток, протекающий через сопротивление:

      Чтобы найти ток, протекающий через сопротивление:

      Чтобы найти полный ток в цепи:

      Резонанс

      Было показано, что оба индуктивных реактивного сопротивления (XL = 2 f L) и емкостное сопротивление

      — функции частоты переменного тока.Уменьшение частоты уменьшает омическое значение индуктивного сопротивления, но уменьшает частота увеличивает емкостное реактивное сопротивление. На определенной частоте известная как резонансная частота, реактивные эффекты конденсатора и индуктор будет равен. Поскольку эти эффекты противоположны одному другой, они отменит, оставив только омическое значение сопротивления противодействовать протеканию тока в цепи. Если значение сопротивления невелико или состоит только из сопротивления в проводниках, величина тока расход может стать очень большим.

      В цепи, где катушка индуктивности и конденсатор включены последовательно, а частота — это резонансная частота или частота резонанса, контур называется «резонансным» и называется последовательным резонансным контуром. Обозначение резонансной частоты — Fn.

      Если на частоте резонанса индуктивное сопротивление равно к емкостному сопротивлению, то

      Разделив обе стороны на 2 fL,

      Извлечение квадратного корня из обеих частей дает

      Где Fn — резонансная частота в циклах в секунду, C — емкость в фарадах, а L — индуктивность в генри.По этой формуле частота при котором конденсатор и катушка индуктивности будут резонансными, можно определить.

      Чтобы найти индуктивное сопротивление цепи, используйте

      Формула импеданса, используемая в последовательной цепи переменного тока, должна быть изменена на поместите параллельную схему.

      Для поиска параллельных цепей индуктивных и емкостных реакторов. использовать

      Для поиска параллельных сетей с емкостным сопротивлением и индуктивностью использовать:

      Поскольку на резонансной частоте XL отменяет XC, ток может стать равным очень большой, в зависимости от величины сопротивления.В таких случаях напряжение падение на катушке индуктивности или конденсаторе часто будет выше, чем применяемое Напряжение.

      В параллельном резонансном контуре (рисунок 8-195) реактивные сопротивления равные и равные токи будут течь через катушку и конденсатор.

      Поскольку индуктивное реактивное сопротивление приводит к тому, что ток через катушку отставание напряжения на 90 °, а емкостное реактивное сопротивление вызывает ток через конденсатор, чтобы провести напряжение на 90 °, два тока сдвинуты по фазе на 180 °.Эффект подавления таких токов будет означают, что ток не будет течь от генератора и параллельной комбинации индуктивности и конденсатора будет выглядеть как бесконечный импеданс. На практике такая схема невозможна, так как некоторое значение сопротивления всегда присутствует, и параллельный контур, иногда называемый контуром резервуара, действует как очень высокий импеданс. Его еще называют антирезонансной схемой, поскольку его действие в цепи противоположно действию последовательного резонансного цепь, в которой сопротивление очень низкое.

      Питание в цепях переменного тока

      В цепи постоянного тока мощность определяется по уравнению P = EI (ватт равен вольты на амперы). Таким образом, если в цепи протекает ток 1 ампер при напряжение 200 вольт, мощность 200 ватт. Произведение вольт а амперы — это истинная мощность в цепи.

      В цепи переменного тока вольтметр показывает действующее напряжение и амперметр показывает действующий ток.Произведение этих двух чтений называется кажущейся мощностью. Только когда цепь переменного тока состоит из чистых сопротивление — полная мощность, равная истинной мощности (рисунок 8-196).

      Когда в цепи присутствует емкость или индуктивность, ток и напряжение не точно совпадают по фазе, а истинная мощность меньше, чем полная мощность. Истинная мощность определяется показаниями ваттметра. В отношение истинной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности. и обычно выражается в процентах.В форме уравнения соотношение является:


      Проблема:

      Двигатель переменного тока 220 вольт отнимает от сети 50 ампер, но ваттметр в строке видно, что на двигатель потребляется всего 9350 Вт. Что такое полная мощность и коэффициент мощности?

      Решение:

      Индуктивное реактивное сопротивление — Engineer-Educators.com

      Переменный ток постоянно изменяется; эффекты магнитных полей представляют собой непрерывно индуцированное противодействие напряжению току в цепи.Это сопротивление называется индуктивным реактивным сопротивлением, обозначаемым XL, и измеряется в омах так же, как измеряется сопротивление. Индуктивность — это свойство цепи противодействовать любому изменению тока и измеряется в генри. Индуктивное реактивное сопротивление — это мера того, насколько противодействующая ЭДС в цепи будет противодействовать изменениям тока.

      Индуктивное реактивное сопротивление компонента прямо пропорционально индуктивности компонента и приложенной к цепи частоте. При увеличении индуктивности или приложенной частоты индуктивное реактивное сопротивление также будет увеличиваться и будет оказывать большее сопротивление току в цепи.Это соотношение задается следующим образом:

      На рисунке 123 показана последовательная цепь переменного тока, в которой индуктивность составляет 0,146 Генри, а напряжение составляет 110 вольт при частоте 60 циклов в секунду. Индуктивное реактивное сопротивление определяется следующим методом.

      Рисунок 123. Цепь переменного тока, содержащая индуктивность.

      Чтобы найти ток:

      В любой цепи, где есть только сопротивление, выражение для отношения напряжения и тока дается законом Ома: I = E / R.Точно так же, когда есть индуктивность в цепи переменного тока, соотношение между напряжением и током может быть выражено как:

      В последовательных цепях переменного тока индуктивные реактивные сопротивления добавляются, как последовательно включенные сопротивления в цепи постоянного тока. [Рисунок 124] Таким образом, полное реактивное сопротивление в показанной цепи равно сумме индивидуальных реактивных сопротивлений.

      Рисунок 124. Последовательные индуктивности.

      Общее реактивное сопротивление катушек индуктивности, подключенных параллельно, определяется таким же образом, как полное сопротивление в параллельной цепи.[Рисунок 125] Таким образом, полное реактивное сопротивление индуктивностей, соединенных параллельно, как показано, выражается как

      Рисунок 125. Параллельные индуктивности. Дроссели

      в цепях переменного тока — Справочник по электронике

      Меню курса Модуль 1 Введение в теорию электричества Модуль 2 Фундаментальные концепции Модуль 3 — Цепи постоянного тока Общие сведения о цепях постоянного тока Резисторы и резисторы Цепи резисторов Конденсаторы и схемы конденсаторов Модуль 5 — Полупроводники Модуль 6 — Аналоговые схемы

      Ключевые моменты:

      • Катушки индуктивности накапливают энергию в виде магнитного поля; этот механизм приводит к противодействию переменному току, известному как индуктивное реактивное сопротивление (X L ).
      • Индуктивное реактивное сопротивление (X L ) вносит значительный вклад в импеданс, потому что он вызывает отставание тока от напряжения на 90 °.

      Почему это важно:

      Катушки индуктивности часто используются в цепях переменного тока, чаще всего в качестве фильтров. Индукторы вносят вклад в индуктивное реактивное сопротивление при использовании в цепи переменного тока. Индуктивное реактивное сопротивление зависит от частоты и препятствует протеканию тока. Подобно конденсаторам, но в отличие от резисторов, катушки индуктивности не рассеивают энергию, а накапливают и высвобождают ее.

      Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление

      В таблице ниже представлены основные характеристики конденсаторов и катушек индуктивности в цепях переменного тока. В этом уроке мы подробно обсудим каждую из этих характеристик катушек индуктивности.

      Электрическое поле Емкостное реактивное сопротивление (X C )
      Сохранение энергии в Результат Величина реактивного сопротивления Ток… Ток равен
      X C = 1 / (ωC) Выводы напряжение на π / 2 (90 °) I C = ωC В макс sin (ωt + π / 2)
      Катушки индуктивности Магнитное поле Индуктивное реактивное сопротивление (X L ) X L = ωL Отставание напряжения на π / 2 ( 90 °) I L = ( 1 / ωL ) V max sin (ωt π / 2)

      Обзор импеданса

      Мы видели это сопротивление представляет собой полное противодействие протеканию тока в цепи переменного тока и состоит из сопротивления и реактивного сопротивления:

      Импеданс = Сопротивление + Реактивное сопротивление

      Само реактивное сопротивление состоит из двух компонентов: емкостного реактивного сопротивления (X C ) и индуктивного реактивного сопротивления (X L ).Реактивное сопротивление также отличается от сопротивления умножением его на «j», квадратный корень из отрицательного значения. Математически импеданс (Z) представлен следующим соотношением:

      На последнем уроке мы подробно исследовали тему емкостного реактивного сопротивления. В этом уроке основное внимание будет уделено индуктивному сопротивлению.

      Индуктивность в цепях переменного тока

      Катушка индуктивности состоит из катушки, намотанной на изолятор, и может быть такой же простой, как катушка с проволокой, в середине которой ничего нет. Магнитные материалы, такие как железо, можно использовать в качестве сердечника для усиления индуктора.Индукторы накапливают и выделяют энергию в магнитном поле, генерируя обратную ЭДС, поскольку они создают напряжение, противодействующее изменению тока. Индукторы противодействуют только изменениям тока, но не самому току (например, сопротивлению).

      Катушки индуктивности в цепях переменного тока будут постоянно противодействовать проходящему через них току, потому что ток всегда меняется. Они по-прежнему допускают максимальный ток, но есть задержка, вызванная накоплением и высвобождением энергии в магнитное поле и из него. Когда напряжение на катушке индуктивности достигает максимальной точки ( В макс. ), ток через катушку индуктивности все еще увеличивается из-за задержки срабатывания катушки индуктивности.К тому времени, когда ток увеличился до максимальной точки, напряжение упало до нуля. Это имеет смысл, потому что, когда ток находится на пике, он на мгновение не меняется (наклон 0), поэтому на катушке индуктивности не должно быть падения напряжения. К тому времени, когда напряжение упадет до самой низкой точки (-V макс. ), ток будет равен нулю. Таким образом, ток всегда на 90 градусов ниже напряжения, в результате чего индуктивное сопротивление (X L ).

      Так же, как и в случае емкостного реактивного сопротивления, ток больше не совпадает по фазе с напряжением.Таким образом, он противодействует току из-за интерференции сигналов. Давайте проанализируем схему математически, чтобы получить более подробную информацию.

      Ток в индуктивной цепи переменного тока

      Давайте посмотрим на цепь переменного тока, состоящую из индуктора и источника переменного тока:

      Мы можем применить закон Кирхгофа для анализа напряжения (KVL) для анализа этой цепи. Это влечет за собой сложение вкладов напряжения каждого элемента схемы и установку их равными нулю. Мы следуем соглашению о том, что «падение напряжения» называется положительным, а источник напряжения — отрицательным (обратный подход также будет работать).Наша цель — найти ток в цепи.

      Источник напряжения представляет собой синусоидальное напряжение с частотой f. Мы немного упростим уравнение, используя общее сокращение, ω = 2πf:

       V_ {source} = V_ {max} sin (2 \ pi ft) = V_ {max} sin (\ omega t) 

      Напряжение на индуктивность (V L ) — это значение индуктивности индуктора (в генри), умноженное на временную скорость изменения ( d / dt ) тока в катушке индуктивности, I L . Это соотношение рассматривается в нашем уроке по индукторам.

      Согласно нашему соглашению, полное напряжение в контуре является их суммой, при этом напряжение источника установлено как отрицательное. Согласно KVL, это должно быть равно нулю:

       -V_ {source} + V_L = -V_ {max} sin (\ omega t) + L \ frac {dI_L} {dt} = 0 

      Мы можем решить для dI L , если мы переместим синусоидальный член в другую сторону, разделим на индуктивность (L) и умножим на dt :

       dI_L = \ frac {1} {L} V_ {max} sin (\ omega t) dt 

      Интегрируя каждую сторону, находим:

       I_L = - \ frac {1} {\ omega L} V_ {max} cos (\ omega t) 

      Что является окончательным результатом для частотно-зависимой (ω = 2πf) ток через дроссель в цепи переменного тока.

      Как и в случае с конденсаторами в цепях переменного тока, полезно преобразовать косинус в синус, используя следующее тригонометрическое соотношение:

       cos (\ omega t) = -sin (\ omega t - \ frac {\ pi} {2}) 

      Таким образом, эквивалентный способ записи тока через катушку индуктивности выглядит следующим образом:

       I_L = \ frac {1} {\ omega L} V_ {max} sin (\ omega t - \ frac {\ pi} {2} ) 

      Теперь ток сдвигается на дополнительный член пи / 2. Это математическое описание тока, отстающего от напряжения на 90 градусов, которое мы описали выше.

      Мы также можем использовать наши выводы для получения емкостного сопротивления, которое мы видели на прошлом уроке.

      Расчет индуктивного импеданса

      Ток достигает максимального значения, когда синусоидальный член равен единице (1):

       I_ {max} = \ frac {V_ {max}} {\ omega L} 

      Мы сейчас определить индуктивное реактивное сопротивление (X C ):

      Таким образом, чтобы ток теперь равен напряжению над индуктивным реактивным сопротивлением (X L ):

       I_ {max} = \ frac {V_ {max}} {X_L} 

      Как и в случае с емкостным реактивным сопротивлением, эта формула теперь напоминает закон Ома.Индуктивное реактивное сопротивление теперь также выражается в единицах Ом, поэтому оно совместимо с сопротивлением для вычисления импеданса.

      Модуль 4 — Цепи переменного тока

      Урок 0 : Введение в модуль 4

      Урок 1 : Переменный ток

      Урок 2 : Источники переменного тока

      Урок 3 9 : Конденсаторы в цепях переменного тока

      Урок 5 : Индукторы в цепях переменного тока

      Урок 6 : Трансформаторы

      Индуктивность и индуктивное реактивное сопротивление — Inst Tools

      Индуктивность

      Любое устройство, работающее с помощью магнетизма или магнитных полей, является формой индуктора.Двигатели, генераторы, трансформаторы и катушки — это индукторы. Использование катушки индуктивности в цепи может привести к тому, что ток и напряжение станут не синфазными и неэффективными, если их не исправить.

      Индуктивное реактивное сопротивление

      В индуктивной цепи переменного тока ток постоянно изменяется и постоянно вызывает ЭДС. Поскольку эта ЭДС препятствует непрерывному изменению протекающего тока, ее влияние измеряется в омах. Это противодействие индуктивности потоку переменного тока называется индуктивным реактивным сопротивлением (X L ).

      Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление тока, протекающего в цепи, которая содержит только индуктивное реактивное сопротивление.

      где

      I = эффективный ток (A)
      X L = индуктивное реактивное сопротивление (Ом)
      E = эффективное напряжение на реактивном сопротивлении (В)

      Значение X L в любой цепи зависит от индуктивности цепи и скорости изменения тока в цепи.Скорость изменения зависит от частоты приложенного напряжения.

      Уравнение ниже представляет собой математическое представление для X L .

      X L = 2πfL

      , где
      π = ~ 3,14
      f = частота (Герцы)
      L = индуктивность (Генри)

      Величина наведенной ЭДС в цепи зависит от того, насколько быстро изменяется магнитный поток, соединяющий цепь. В случае самоиндуцированной ЭДС (например, в катушке) в катушке индуцируется противодействующая ЭДС из-за изменения тока и магнитного потока в катушке.Эта CEMF (противодействующая ЭДС) противодействует любому изменению тока, и ее значение в любой момент будет зависеть от скорости, с которой ток и магнитный поток изменяются в это время. В чисто индуктивной цепи сопротивление незначительно по сравнению с индуктивным реактивным сопротивлением. Напряжение, приложенное к цепи, всегда должно быть равным и противоположным ЭДС самоиндукции.

      Индуктивное реактивное сопротивление

      Когда равные значения постоянного и переменного напряжения прикладываются к одной и той же цепи, в которой индуктор включен последовательно с нагрузкой, в цепи постоянного тока будет протекать больше тока, чем в цепи переменного тока.

      Это связано с тем, что только индуцированное напряжение противодействует току в цепи постоянного тока, когда ток приближается к своему максимальному значению, и как только он достигает значения установившегося состояния, индуктивный эффект больше не возникает.

      В цепях переменного тока ток постоянно изменяется, поэтому индуктивный эффект присутствует постоянно. Рассмотрим следующие цепи постоянного и переменного тока, чтобы понять эту концепцию.

      Индуктивная цепь постоянного тока

      На приведенном выше рисунке, если переключатель работает от узла A к узлу B и сразу от узла B к узлу A, изменение тока протекает через цепь.

      Это изменение тока вызывает в катушке индуктивности ЭДС, пропорциональную скорости изменения тока, и эта ЭДС противодействует приложенному напряжению (которое является причиной образования тока). Это называется самоиндукцией.

      Как только ток достигнет установившегося значения, в индукторе не будет самоиндукции и, следовательно, не будет противодействия протеканию тока.

      Индуктивная цепь переменного тока

      Мы знаем, что, когда в цепь подается переменный ток, ток непрерывно изменяется с частотой питающей сети, и, следовательно, обратная ЭДС будет изменяться соответствующим образом.

      Эта обратная ЭДС противодействует напряжению питания и, следовательно, ток ограничен. Следовательно, фактическое противодействие току, создаваемому катушкой индуктивности в цепи переменного тока, называется индуктивным реактивным сопротивлением.

      Индуктивное сопротивление в индукторе

      В индуктивной цепи, наблюдая за самоиндукцией и ее влиянием в цепи, мы можем определить индуктивное реактивное сопротивление. Магнитное поле индуцирует в индукторе напряжение, полярность которого всегда противоположна напряжению, которое его создает, т.е.е., приложенное напряжение.

      Это противоположное напряжение ограничивает ток, протекающий через катушку индуктивности, и называется реактивным сопротивлением (X). Поскольку это реактивное сопротивление обусловлено индуктивностью, оно называется индуктивным реактивным сопротивлением (X L ). Измеряется в Ом.

      Величина индуктивного реактивного сопротивления, обеспечиваемого катушкой индуктивности, пропорциональна индуктивности и частоте приложенного напряжения. Это реактивное сопротивление можно определить по следующей формуле.

      X L = 2 π fL

      Где X L = индуктивное реактивное сопротивление в Ом

      π = 3.14

      f = частота в герцах (Гц)

      L = индуктивность в Генри (Гн)

      Согласно закону Ома индуктивное сопротивление прямо пропорционально приложенному напряжению и обратно пропорционально току. Его можно выразить как

      I = V / X L

      Из приведенного выше уравнения ясно, что увеличение напряжения или уменьшение индуктивного сопротивления вызывает увеличение тока. Точно так же ток уменьшается с увеличением индуктивного сопротивления и уменьшением напряжения.

      Любая практическая катушка индуктивности должна быть сделана из намотанного провода, который состоит из некоторого сопротивления, поэтому невозможно получить чисто индуктивную катушку.

      Следовательно, есть два фактора, которые препятствуют прохождению тока в индуктивности, а именно сопротивление, связанное с катушкой (которое рассматривается как отдельный резистор R, включенный последовательно с катушкой индуктивности), и индуктивное реактивное сопротивление, обеспечиваемое свойством индуктивности.

      Таким образом, свойство катушки индуктивности в цепи переменного тока ограничивать общий ток представляет собой комбинацию сопротивления и реактивного сопротивления, которая называется импедансом Z.

      Это значение импеданса рассчитывается по закону Ома и дается как

      .

      Z = V / I

      Где Z = полное сопротивление индуктора протеканию тока, в Ом

      В = приложенное напряжение

      I = ток, протекающий по цепи

      Импедансный треугольник

      Другой метод определения импеданса — использование метода треугольника импеданса, когда известны значения индуктивного реактивного сопротивления и сопротивления. На диаграмме ниже показан треугольник импеданса, который состоит из векторов сопротивления и реактивного сопротивления.

      На приведенном выше рисунке вектор сопротивления расположен вместе с горизонтальной линией (поскольку сопротивление не дает никакого сдвига по фазе), а вектор индуктивного реактивного сопротивления — вместе с вертикальной линией (поскольку чистая индуктивность обеспечивает сдвиг фазы на 90 0 ).

      Соединением концов этих двух векторов получается импеданс Z. Следовательно, полное сопротивление току или импедансу можно рассчитать по

      .

      Z = √ [(R) 2 + (X L ) 2 ]

      Где

      Z = полное сопротивление в Ом

      R = сопротивление в Ом

      X L = индуктивное реактивное сопротивление в Ом

      Также, на диаграмме выше,

      tan∅ = X L / R

      sin∅ = X L / R

      cos∅ = R / Z

      Влияние частоты или индуктивности на индуктивное сопротивление

      Как обсуждалось выше, индуктивное реактивное сопротивление определяется по формуле:

      X L = 2 π f L

      В данном уравнении значение индуктивного реактивного сопротивления пропорционально индуктивности и частоте.

      Индуктивное реактивное сопротивление увеличивается либо с увеличением индуктивности, либо с увеличением частоты. Следовательно, индуктивное реактивное сопротивление линейно зависит от индуктивности и частоты.

      Таким образом, сопротивление току увеличивается с увеличением индуктивности или частоты. Рассмотрим нижеприведенные графики для четкого понимания этой взаимосвязи.

      Рассмотрим приведенный выше рисунок, на котором показано зависимость индуктивного реактивного сопротивления от частоты при фиксированной индуктивности. При нулевой частоте индуктивное реактивное сопротивление равно нулю, и по мере увеличения частоты индуктивное реактивное сопротивление соответственно увеличивается.

      Рассмотрим приведенный выше рисунок, на котором показано зависимость индуктивного сопротивления от индуктивности при фиксированной частоте. Это может означать, что по мере увеличения индуктивности индуктора индуктивное реактивное сопротивление также увеличивается.

      Пример индуктивного реактивного сопротивления

      Рассмотрим катушку индуктивности с индуктивностью (L) 100 мкГн на рабочей частоте (f) 1 МГц. Тогда индуктивная индуктивность рассчитывается следующим образом:

      X L = 2πfL = 2π × 1 МГц × 100 мкГн

      X L = 628 Ом

      RL Цепи и индуктивное сопротивление

      На рисунке ниже показано соотношение между приложенным напряжением и током в индуктивной цепи.В чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения источника на 900. Это также можно указать, поскольку напряжение источника опережает ток на 90 0 в индуктивной цепи.

      Когда катушка индуктивности включена последовательно с резистором RL, получается последовательная цепь, как показано ниже. Это также можно рассматривать как индуктивность, состоящую из некоторого сопротивления (которое считается последовательным сопротивлением), сделанного из провода.

      Таким образом, ток и напряжение не точно поддерживают фазовый сдвиг 90 0 , но меньше, чем в чисто индуктивном случае, как показано ниже.

      На рисунке ниже показана векторная диаграмма последовательной цепи RL, состоящая из векторов падения напряжения на резисторе и катушке индуктивности. AE представляет текущую опорную линию. AB представляет падение напряжения на сопротивлении, которое находится в фазе с линией тока.

      AD представляет собой индуктивное падение напряжения, опережающее ток на 90 0 . Результат этих векторов дает полное напряжение в цепи.

      Применяя теорему Пифагора к вышеуказанному треугольнику напряжений, получаем

      V всего = √ (V L 2 + V R 2 )

      tan∅ = V L / V R

      Мы знаем, что V R = I × R и V L = I × X L

      С помощью этих уравнений мы можем переписать общее количество V как

      В всего = √ ((I × R) 2 + (I × X L ) 2 )

      I = V / √ ((R) 2 + (X L ) 2 ) = V / Z (Амперы)

      Узнайте об индуктивном реактивном сопротивлении | Чегг.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *