Урок 9. конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного электрического тока — Физика — 11 класс
Физика, 11 класс
Урок 9. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного электрического тока
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
Процессы, происходящие в цепи переменного электрического тока при наличии конденсатора и катушки индуктивности;
Устройство и принцип действия генератора переменного тока и трансформатора;
Автоколебания;
Проблемы передачи электроэнергии и способы повышения эффективности её использования.
Глоссарий по теме
Автоколебания – незатухающие колебания в системе, поддерживаемые за счет постоянного источника энергии.
Электрические машины преобразующие механическую энергию в электрическую называются генераторами.
Трансформатор – устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения.
Коэффициент трансформации – величина равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 86 – 95.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2014. – С. 128 – 132.
Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.
Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004
Основное содержание урока
Переменный ток, которым мы пользуемся, вырабатывается с помощью генераторов переменного тока на электростанциях. Для передачи произведенной электроэнергии строятся линии электропередачи. В каждом населенном пункте имеются трансформаторы. Какую роль играют трансформаторы при передаче электроэнергии? Об этом мы поговорим на данном уроке.
В июле 1832 года Фарадей получил анонимное письмо, в котором автор описывал устройство созданного им генератора постоянного тока. Ознакомившись с содержанием письма Фарадей тут же отослал его в редакцию научного журнала. Автор этого письма не назвал себя, его фамилия осталась неизвестной.
Электрические машины преобразующие механическую энергию в электрическую называются генераторами. Впоследствии генераторы постоянного тока непрерывно совершенствовались. Потом, когда начали использовать переменный ток они уступили место генераторам переменного тока. Переменный ток в основном вырабатывается генераторами переменного тока. Простой моделью генератора может служить прямоугольная рамка, вращающаяся в магнитном поле. При вращении рамки, магнитный поток пронизывающий площадь поверхности, ограниченную рамкой, меняется по гармоническому закону:
N- число витков.
Возникает ЭДС индукции который меняется по гармоническому закону.
ЭДС индукции в рамке равна:
Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щёток соединить концы рамки с электрической цепью, то в цепи возникнет переменный ток.
В современной энергетике для производства электроэнергии используются электромеханические индукционные генераторы. Принцип действия таких генераторов основан на явлении электромагнитной индукции. Основными частями генератора являются статор и ротор. Неподвижная часть генератора называется статором, а вращающаяся – ротором.
Постоянный ток не может идти по цепи содержащей конденсатор, т. к. цепь оказывается разомкнутой. При включении конденсатора в цепь переменного тока конденсатор будет периодически заряжаться и разряжаться с частотой равной частоте приложенного напряжения. В результате периодически меняющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в цепи течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная в цепь переменного тока последовательно с конденсатором кажется горящей непрерывно, т.к. при высокой частоте колебаний силы тока человеческий глаз не способен заметить периодического ослабления нити накала. Конденсатор оказывает сопротивление прохождению тока. Это сопротивление называют ёмкостным.
Величину ХC, обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора называют ёмкостным сопротивлением.
Ёмкостное сопротивление не является постоянной величиной. Мы видим, что конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление постоянному току. Чем больше ёмкость конденсатора и частота колебаний, тем больше ток перезарядки. При наличии в цепи переменного тока конденсатора колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения конденсаторе на 90º. Сдвиг фазы колебаний силы тока на 90º относительно фазы колебания напряжения на конденсаторе приводит к тому, что мощность переменного тока в течение одной четверти периода имеет положительный знак, а в течение второй четверти – отрицательный. Поэтому среднее значение мощности за период равно нулю.
Индуктивность в цепи, так же, как и ёмкость, влияет на силу переменного тока. Объясняется это явлением самоиндукции. В любом проводнике, по которому протекает переменный ток, возникает ЭДС самоиндукции. При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно. Возникающее при этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Лишь спустя некоторое время сила тока достигает максимального значения, соответствующего данному постоянному напряжению. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигать тех значений, которые она приобрела бы при постоянном напряжении. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока ограничивается индуктивностью цепи и его частотой колебаний.
Величину ХL, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.
Если частота равна нулю, то индуктивное сопротивление тоже равно нулю. Поэтому постоянный ток как бы не «замечает» катушку индуктивности в цепи.
Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на 90º.
Сдвиг фазы колебаний приводит к тому, что средняя мощность за период колебаний равна нулю.
Генератор на транзисторе используется для создания высокочастотных электромагнитных колебаний.
Для потребления электрической энергии нужно доставить его от источника к потребителю. Для этого строят линии электропередачи. При передаче электроэнергии на расстояние возникают потери энергии вследствие нагревания проводов. Тепловые потери можно определить используя закон Джоуля – Ленца:
Из этой формулы следует, что для уменьшения потерь энергиинужно уменьшить сопротивление или повысить напряжение. Уменьшения сопротивления проводов ЛЭП требует увеличения их площади поперечного сечения, что приведет к увеличению массы проводов. Увеличение массы проводов связано с большими расходами на укрепление столбов линии электропередачи, для их удержания и на производство металла для них. Наиболее эффективным является увеличение напряжения.
Для изменения напряжения в сети используют трансформаторы. Трансформатор был изобретен в 1876 году Яблочковым и в 1882 году усовершенствован Усагиным. Простейший трансформатор состоит из двух катушек, надетых на общий замкнутый стальной сердечник. Эти катушки называются обмотками трансформатора. Обмотка трансформатора, подключаемая к источнику переменного напряжения, называют первичной, а другая к которой присоединяют нагрузку – вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в трансформаторе возникает переменное магнитное поле. Это поле пронизывает обе обмотки и в них возникает вихревое электрическое поле, которое действуя на заряженные частицы во вторичной обмотке способствует возникновению в ней переменного напряжения.
Величина равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора называют коэффициентом трансформации. Его обозначают буквой «k».
k– коэффициент трансформации.
U1 и U2 – напряжения на первичной и на вторичной обмотке.
N1 и N2— число витков на первичной и на вторичной обмотке.
Если k < 1 — трансформатор повышающий,
k > 1 — трансформатор понижающий.
КПД трансформатора равен отношению мощности в нагрузке к мощности, подаваемой из сети на первичную обмотку:
Для передачи электроэнергии на расстояние напряжение повышают с помощью трансформатора, а для потребления — понижают. В массивных проводниках при изменении магнитного поля возникают индукционные токи (токи Фуко), которые нагревают проводник. Чтобы эти индукционные токи не нагревали сердечник трансформатора его делают не сплошным, а из отдельных пластин, скрепленных вместе.
Закон Ома гласит: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.
Из формулы закона Ома для переменного тока мы видим, что при постоянной амплитуде напряжения, амплитуда силы тока зависит от частоты. Амплитуда силы тока будет максимальной, если полное сопротивление минимально. Полное сопротивление цепи минимально при равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивления. В этом заключается условие возникновения резонанса в электрической цепи.
Резонанс в электрической цепи – это явление резкого возрастания амплитуды колебаний силы тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний контура.
Явление резонанса широко используется в радиотехнике, в схемах настройки радиоприемников. Меняя электроемкость конденсатора в колебательном контуре можно настроить его на нужную волну, т.е. выделить частоту на которой работает передающая станция
Разбор тренировочных заданий
1. Каково амплитудное значение ЭДС, возникающей в рамке из 50 витков, если она вращается с циклической частотой 180 рад/с в магнитном поле индукцией 0,4 Тл? Площадь рамки 0,02 м2.
Дано:
N=50
ω=180 рад/с
B=0,4 Тл
S=0,02 м2
_________
Ԑm=?
Решение:
Ответ: 72 В.
2. Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи. Ответ округлить до десятых.
Дано:
L=0,08 Гн
ν= 1000 Гц
U=100 В
__________
Im=?
Решение:
Напишем закон Ома для переменного тока
Т.к. ХC и R равны нулю, то
Учитывая, что 
, получаем:
Найдем амплитудное значение напряжения:
Подставим числовые данные в формулу для расчета амплитуды силы тока:
Ответ: Im = 0,3 А.
Презентация по физике на тему «Конденсатор и катушка в цепи переменного тока» (11 класс)
Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация по физике на тему «Конденсатор и катушка в цепи переменного тока» (11 класс)
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:Резистор, конденсатор, катушка индуктивности в цепи переменного тока Презентацию подготовил Трубачев Валерий Иванович, учитель физики МБОУ «Александровская школа»
2 слайд
Описание слайда: 3 слайд 
Описание слайда:Резистор в цепи переменного тока Схема включения ~ R Umcosωt u=Umcosωt R – активное сопротивление Y O X Im Um T/2 T u i Um -Um -Im Im O T= 2π/ω Напряжение и сила тока в резисторе совпадают по фазе в любой момент времени t
4 слайд
Описание слайда: 5 слайд 
Описание слайда:3. Конденсатор в цепи переменного тока Схема включения ~ С Umcosωt u=Umcosωt Ёмкостное сопротивление u i T/2 T T= 2π/ω Um Im O -Im -Um t Im Сила тока через конденсатор опережает напряжение на нем на π/2 O X Um
6 слайд
Описание слайда: 7 слайд 
Описание слайда: 8 слайд 
Описание слайда:5. катушка индуктивности в цепи переменного тока Схема включения ~ L Umcosωt u=Umcosωt Индуктивное сопротивление u i T/2 T T= 2π/ω Um Im O -Im t Im Колебания силы тока в катушке индуктивности отстают по фазе на π/2 от колебаний напряжения на ней O X Um
9 слайд
Описание слайда: 10 слайд 
Описание слайда: 11 слайд 
Описание слайда: 12 слайд 
Описание слайда:По указанным графикам определите что включено в цепь переменного тока
13 слайд
Описание слайда: 14 слайд 
Описание слайда:Задача
15 слайд
Описание слайда: 16 слайд 
Описание слайда:I вариант Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Сила тока в цепи 2 А. Определить напряжение на катушке, если её индуктивность 0,2Гн. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если частота тока увеличится в 2 раза? II вариант Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение на катушке 120В. Определить силу тока в катушке, если её индуктивность 0,3Гн. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если емкость конденсатора увеличить в 2 раза?
17 слайд
Описание слайда: 18 слайд 
Описание слайда: 19 слайд 
Описание слайда:Д/З §32-34
Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое
Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс
Выберите учебник: Все учебники
Выберите тему: Все темы
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала: ДБ-035958
Похожие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Тест катушка индуктивности и конденсатор в цепи переменного тока
Электротехника
Разработчики:
Северина А.Н. – преподаватель специальных дисциплин ГАПОУ «БТЭиР» имени Героя Советского Союза М.А.Афанасьева
1.Что происходит с катушкой в цепи переменного тока
А) Создает магнитное поле и генерирует ЭДС самоиндукции
Б) Под действием суммы индукций сгорает
В) Накапливает заряд
Г) Меняет направление течения тока
2. Расставьте соответствие
1. Мгновенные значения а) Iм Uм Eм
2. Действующие значения б) I(t) U(t) E(t)
3. Амплитудные значения в) I U E
3.Какие величины показывают измерительные приборы
А) амплитудные
Б) мгновенные
В) действующие
4. Что происходит с конденсатором в цепи постоянного тока
А) Сгорает
Б) Создает переменный магнитный поток
В) После зарядки не пропускает ток
Г) Создает ЭДС
5. Чему равна угловая скорость если линейная частота колебаний равна 50 ГЦ
А) 50
Б) 31,4
В) 314
Г) 100
6. Чему равно действующее значение тока если амплитудное значение равно 28 А
А) 28 А
Б) 14 А
В) 39,2 А
Г) 20 А
7. Выберите правильное высказывание. При подключении конденсатора к источнику переменного тока
А) Напряжение опережает ток на
Б) Ток опережает напряжение на
8. Выберите правильное высказывание. При подключении катушки индуктивности к источнику переменного тока
А) Напряжение отстает от тока на —
Б) Ток отстает от напряжение на —
9. Определите емкостное сопротивление конденсатора емкостью 2мкФ в цепи переменного тока с линейной частотой 50 ГЦ
А) 120 мкОм
Б) 1000 Ом
В) 628 мкОм
Г) 159 Ом
10. Определите индуктивность катушки с индуктивным сопротивление 2 ОМ в цепи переменного тока частотой 50 ГЦ
А) 6,4 мГн В) 12 мГн
Б) 100 Гн Г) 1,2 Гн
Таблица «Резистор, конденсатор и катушка в цепи переменного тока» (11 класс)
Инфоурок › Физика ›Другие методич. материалы›Таблица «Резистор, конденсатор и катушка в цепи переменного тока» (11 класс)Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое
Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс
Выберите учебник: Все учебники
Выберите тему: Все темы
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала: 589075
Похожие материалы
Оставьте свой комментарий
Конденсаторв последовательной, параллельной и цепи переменного тока
Конденсатор — один из наиболее часто используемых электронных компонентов. Он имеет способность накапливать энергию внутри себя в виде электрического заряда, создающего статическое напряжение (разность потенциалов) на его пластинах. Проще говоря, конденсатор похож на небольшую перезаряжаемую батарею. Конденсатор представляет собой комбинацию двух параллельных проводящих или металлических пластин, которые электрически разделены хорошим изолирующим слоем (также называемым диэлектриком ) , состоящим из вощеной бумаги, слюды, керамики, пластика и т. Д.
Существует множество применений конденсатора в электронике, некоторые из них перечислены ниже:
- Накопитель энергии
- Кондиционирование питания
- Коррекция коэффициента мощности
- Фильтрация
- Осцилляторы
Теперь дело в , как конденсатор работает ? Когда вы подключаете источник питания к конденсатору, он блокирует постоянный ток из-за изолирующего слоя и позволяет напряжению присутствовать на пластинах в виде электрического заряда.Итак, вы знаете, как работает конденсатор и каково его использование или применение, но вы должны научиться этому, как использовать конденсатор в электронных схемах.
Как подключить конденсатор в электронную схему?
Здесь мы собираемся продемонстрировать вам подключение конденсатора и связанный с ним эффект на примерах.
- Конденсатор серии
- Параллельный конденсатор
- Конденсатор в цепи переменного тока
Конденсатор в последовательной цепи
В схеме, когда вы соединяете конденсаторы последовательно, как показано на изображении выше, общая емкость уменьшается.Ток, проходящий через последовательно соединенные конденсаторы, равен (т.е. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n ). Следовательно, заряд, накопленный конденсаторами, также одинаков (то есть Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3 ), потому что заряд, накопленный пластиной любого конденсатора, исходит от пластины соседнего конденсатор в цепи.
Применяя Закон Кирхгофа (KVL) по напряжению в цепи, мы получаем
V T = V C1 + V C2 + V C3 … уравнение (1)
Как известно,
Q = CV Итак, V = Q / C
Где, V C1 = Q / C 1 ; V C2 = Q / C 2 ; V C3 = Q / C 3
Теперь, подставив вышеуказанные значения в уравнение (1)
(1 / C T ) = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 )
Для n последовательно подключенных конденсаторов уравнение будет
.(1 / C T ) = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 ) +….+ (1 / Cn)
Следовательно, приведенное выше уравнение является уравнением конденсаторов серии .
Где, C T = Общая емкость цепи
C 1 … n = емкость конденсаторов
Уравнение емкости для двух особых случаев определено ниже:
Случай I: , если два конденсатора соединены последовательно, с разными значениями емкость будет выражена как:
(1 / C T ) = (C 1 + C 2 ) / (C 1 * C 2 ) Или, C T = (C 1 * C 2 ) / (C 1 + C 2 )… уравнение (2)
Случай II: , если два конденсатора включены последовательно, с одинаковым значением емкость будет выражаться как:
(1 / C T ) = 2 / C 2 = 2 / C Или, C T = C / 2
Пример цепи последовательного конденсатора:
Теперь в приведенном ниже примере мы покажем вам, как рассчитать общую емкость и индивидуальное среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе.
Как и на приведенной выше принципиальной схеме, есть два конденсатора , соединенных последовательно с разными номиналами. Значит, падение напряжения на конденсаторах также неодинаково. Если мы подключим два конденсатора с одинаковым значением, падение напряжения также будет одинаковым.
Теперь для определения общего значения емкости воспользуемся формулой из уравнения (2)
Итак, C T = (C 1 * C 2 ) / (C 1 + C 2 ) Здесь C 1 = 4.7 мкФ и C 2 = 1 мкФ C T = (4,7 мкФ * 1 мкФ) / (4,7 мкФ + 1 мкФ) C T = 4,7 мкФ / 5,7 мкФ C T = 0,824 мкФ
Теперь падение напряжения на конденсаторе C 1 составляет:
VC 1 = (C T / C 1 ) * V T VC 1 = (0,824 мкФ / 4,7 мкФ) * 12 VC 1 = 2,103V
Теперь падение напряжения на конденсаторе C 2 составляет:
VC 2 = (C T / C 2 ) * V T VC 2 = (0.824 мкФ / 1 мкФ) * 12 VC 2 = 9,88 В
Конденсатор в параллельной цепи
При параллельном подключении конденсаторов общая емкость будет равна сумме емкостей всех конденсаторов. Потому что верхняя пластина всех конденсаторов соединена вместе, как и нижняя пластина. Таким образом, при соприкосновении друг с другом эффективная площадь пластин также увеличивается. Следовательно, емкость пропорциональна отношению площади и расстояния.
Применяя Текущий закон Кирхгофа (KCL) в вышеуказанной схеме,
i T = i 1 + i 2 + i 3
Как известно, ток через конденсатор выражается как;
i = C (dV / dt ) So, i T = C 1 (dV / dt ) + C 2 (dV / dt ) + C 3 (dV / dt ) А, i T = (C 1 + C 2 + C 3 ) * (dV / dt ) i T = C T (dV / dt )… уравнение (3)
Из уравнения (3) уравнение параллельной емкости:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Для числа n конденсаторов, подключенных параллельно, уравнение выше выражается как:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Пример параллельной цепи конденсатора
На приведенной ниже принципиальной схеме три конденсатора подключены параллельно .Поскольку эти конденсаторы подключены параллельно, эквивалентная или общая емкость будет равна сумме индивидуальных емкостей.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Где, C 1 = 4,7 мкФ; C 2 = 1 мкФ и C 3 = 0,1 мкФ Так, C T = (4,7 +1 + 0,1) мкФ C T = 5,8 мкФ
Конденсатор в цепях переменного тока
Когда конденсатор подключен к источнику постоянного тока, конденсатор начинает медленно заряжаться.И когда напряжение зарядного тока конденсатора равно напряжению питания, это считается полностью заряженным. Здесь в этом состоянии конденсатор работает как источник энергии, пока подается напряжение. Кроме того, конденсаторы не позволяют току проходить через него после полной зарядки.
Когда на конденсатор подается переменное напряжение, как показано на чисто емкостной схеме выше. Затем конденсатор непрерывно заряжается и разряжается до каждого нового уровня напряжения (заряжается при положительном уровне напряжения и разряжается при отрицательном уровне напряжения).Емкость конденсатора в цепях переменного тока зависит от частоты входного напряжения, подаваемого в цепь. Сила тока прямо пропорциональна скорости изменения напряжения, приложенного к цепи.
i = dQ / dt = C (dV / dt )
Векторная диаграмма конденсатора в цепи переменного тока
Как вы видите на векторной диаграмме конденсатора переменного тока на изображении ниже, ток и напряжение представлены в виде синусоидальной волны.При наблюдении при 0 ° зарядный ток достигает своего пикового значения из-за постоянного увеличения напряжения в положительном направлении.
Теперь при 90 ° ток через конденсатор не протекает, поскольку напряжение питания достигает максимального значения. При 180 ° напряжение начинает медленно снижаться до нуля, а ток достигает максимального значения в отрицательном направлении. И снова заряд достигает своего пикового значения на 360 °, потому что напряжение питания находится на минимальном значении.
Таким образом, из приведенного выше сигнала мы можем видеть, что ток опережает напряжение на 90 °.Итак, мы можем сказать, что напряжение переменного тока отстает от тока на 90⁰ в идеальной конденсаторной цепи .
Реактивное сопротивление конденсатора (Xc) в цепи переменного тока
Рассмотрим приведенную выше принципиальную схему, поскольку мы знаем, что входное напряжение переменного тока выражается как
V = V м Sin wt
А, заряд конденсатора Q = CV,
Итак, Q = CV м Sin wt
А, ток через конденсатор, i = dQ / dt
Итак,
i = d (CV м Sin wt ) / dt i = C * d (V м Sin wt ) / dt i = C * V м Cos wt * w i = w * C * V м Sin (wt + π / 2) ат, wt = 0 sin (вес + π / 2) = 1 , следовательно, i м = wCV м V м / i м = 1 / туалет
Как известно, w = 2πf
Итак,
Емкостное реактивное сопротивление (Xc) = V м / i м = 1 / 2πfC
Пример емкостного реактивного сопротивления в цепи переменного тока
диаграмма
Рассмотрим значение C = 2.2uf и напряжение питания V = 230 В, 50 Гц
Теперь емкостное реактивное сопротивление (Xc) = V м / i м = 1 / 2πfC Здесь C = 2,2 мкФ и f = 50 Гц Итак, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 Ом.
Разница между конденсатором и индуктором
Разница между конденсатором и индуктором объясняется с учетом различных факторов, таких как базовое определение, расчет накопленной энергии, протекание тока, их поведение в цепях переменного и постоянного тока. Соотношение между напряжением и током, его единица измерения, типы катушки индуктивности и конденсатора, их устойчивость к изменению и применение.
Различия между конденсатором и индуктором приведены ниже в виде таблицы.
| ОСНОВАНИЕ | КОНДЕНСАТОР | ИНДУКТОР |
|---|---|---|
| Определение | Конденсатор накапливает энергию в виде электрического поля. | В индукторе накапливается энергия в виде магнитного поля. |
| Расчет энергии | Накопленная энергия рассчитывается в виде напряжения. т.е. ½ CV2 | Запасенная энергия рассчитывается в единицах тока. т.е. ½ LI2 |
| Протекание тока | Нет протекания тока через пластины конденсатора. | В индукторе через катушку проходит ток. |
| Поведение в цепи постоянного тока | Конденсатор действует как изолятор для цепи постоянного тока. | Индуктор действует как проводник для цепи постоянного тока. |
| Зависимость напряжения от тока | В цепи переменного тока ток опережает напряжение на 90 градусов. | В цепи переменного тока ток отстает от напряжения на 90 градусов. |
| Поведение тока в цепи постоянного тока | В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавлен последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но позже падает до нуля. | В цепи постоянного тока, когда катушка индуктивности добавлена последовательно с резистором, значение тока невелико и впоследствии со временем увеличивается. |
| Единица | Единица — Фарад | Единица — Генри |
| Керамический, электролитический и танталовый конденсаторы. | Спаренный индуктор, многослойный индуктор с керамическим сердечником, литой индуктор — это типы индукторов. | |
| Короткое замыкание | Конденсатор действует как короткое замыкание для переменного тока. | Приравнивается к короткому замыканию на постоянный ток. |
| Состояние устойчивого состояния | Конденсатор действует как разомкнутая цепь до состояния установившегося состояния в цепях постоянного тока. | Катушка индуктивности ведет себя как короткое замыкание на установившееся состояние постоянного тока. |
| Сопротивление изменению | Конденсатор сопротивляется изменению напряжения. | Индуктор сопротивляется изменению тока. |
| Применения | Электролитический конденсатор в источниках питания высокого напряжения и там, где требуются высокие значения емкости. | Катушки индуктивности используются в радио, телевидении, дросселях, автомобильных свечах зажигания, трансформаторах и т. Д. |
Конденсатор и индуктор являются пассивными компонентами электрической цепи. Конденсатор состоит из двух металлических пластин или проводников, разделенных диэлектрической средой. Электрическое поле создается из-за разницы потенциалов между двумя проводниками или, можно сказать, между двумя пластинами.
Индуктор — это катушка, накапливающая энергию в виде магнитного потока.Когда электрический ток проходит через катушку, на катушке возникает напряжение из-за изменения магнитного поля.
Различия между конденсатором и индуктором заключаются в следующем: —
- Конденсатор хранит энергию в виде электрического поля, тогда как индуктор хранит энергию в виде магнитного поля.
- Энергия, запасенная в конденсаторе, рассчитывается в виде напряжения, то есть ½ CV 2 . Накопленная энергия рассчитывается по току, т. Е. ½ LI 2
- Нет тока через пластины конденсатора, но в индукторе ток проходит через катушку.
- Конденсаторы действуют как изолятор для цепи постоянного тока, тогда как индуктор действует как проводник для цепи постоянного тока.
- В цепи переменного тока для конденсатора ток опережает напряжение на 90 градусов, а в случае тока индуктора отстает от напряжения на 90 градусов.
- В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавлен последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но позже он падает до нуля. В случае индуктора, когда он добавлен последовательно с резистором, значение тока при пуске невелико, но постепенно увеличивается со временем.
- Емкость измеряется в Фарадах, а индуктивность — в Генри.
- Керамический, электролитический и танталовый — вот некоторые из типов конденсаторов. Спаренный индуктор, многослойный индуктор с керамическим сердечником, литой индуктор — вот некоторые из типов индукторов.
- Конденсатор действует как короткое замыкание в переменном токе. Индуктор эквивалентен короткому замыканию на постоянный ток.
- Конденсатор действует как разомкнутая цепь в установившееся состояние в цепях постоянного тока, тогда как индуктор ведет себя как короткое замыкание в установившееся состояние в постоянном токе.
- Конденсатор сопротивляется изменению напряжения, тогда как индуктор сопротивляется изменению тока.
- Электролитические конденсаторы используются в источниках питания высокого напряжения. Осевой электролитический конденсатор используется при более низком напряжении и меньшего размера для общих целей, где требуются высокие значения емкости. Индукторы находят применение в радио, телевидении, дросселях, автомобильных свечах зажигания, трансформаторах и т. Д.
Какова роль конденсатора в потолочном вентиляторе? Электротехника
Почему конденсатор используется в потолочном вентиляторе?
Самый часто задаваемый вопрос среди вопросов собеседований по электротехнике о основной функции конденсатора в потолочном вентиляторе . Во время лекций и экзаменов viva они в основном спрашивали о роли конденсатора в потолочном вентиляторе. Если вы один из них, ищите точную причину появления , почему у потолочного вентилятора есть конденсатор? Вы находитесь на правильном форуме, и мы ответим на вопрос очень простыми словами, чтобы избежать путаницы, почему у потолочных вентиляторов есть конденсаторы?
Схема цепи двигателя потолочного вентилятора
Обычно двигатели потолочных вентиляторов представляют собой однофазные электродвигатели переменного тока с разделением фаз.Внутри потолочного вентилятора есть две обмотки, известные как пусковая обмотка и ходовая обмотка . пусковая обмотка также известна как вспомогательная обмотка , а ходовая обмотка известна как основная обмотка .
Ниже представлена принципиальная схема асинхронного двигателя с расщепленной фазой в потолочном вентиляторе, на которой четко показан конденсатор, подключенный последовательно с пусковой обмоткой (вспомогательной обмоткой). Прежде чем подробно рассказывать, почему конденсатор подключается последовательно со вспомогательной обмоткой, расскажите, что произойдет, если в потолочном вентиляторе нет конденсатора.
Потолочный вентилятор без конденсатора
Предположим, что в цепь двигателя потолочного вентилятора не подключен конденсатор. Таким образом, пусковая и рабочая обмотки подключаются параллельно к однофазному источнику переменного напряжения (120 В в США и 230 В в ЕС). В этом случае, когда ток течет через индукторы обмотки, он будет создавать пульсирующее магнитное поле (от 0 до 180 °) вместо вращающегося магнитного поля, которое необходимо для крутящего момента и вращения.
Из-за однофазного питания имеется только один вращающийся поток, который вращается одновременно по часовой стрелке и затем против часовой стрелки. Другими словами, направление вращения двигателя изменяется после каждого полупериода (синусоидальная волна переменного тока), что приводит к непрерывному вращению ротора по и против часовой стрелки. Согласно теории вращения двойного поля, оба момента компенсируют друг друга после полупериода. Результирующее (чистое) вращающееся магнитное поле будет равно нулю i.е. нулевой пусковой момент. Вот почему потолочный вентилятор, а также однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически.
Какова функция конденсатора в потолочном вентиляторе?
Мы знаем, что потолочный вентилятор не может быть запущен от однофазного источника переменного тока, но какое волшебство делает конденсатор в этих двигателях, чтобы он запускался самостоятельно.
Согласно теории вращения двойного поля, переменный поток можно разделить на два потока, которые сначала вращаются в противоположном направлении.Давайте опишем сложный сценарий более простыми словами, то есть однофазный асинхронный двигатель можно запустить, добавив вспомогательную обмотку и последовательно подключенный к нему конденсатор. Давайте узнаем, как это работает с помощью конденсатора.
Для запуска однофазного асинхронного двигателя переменного тока необходимы две фазы для создания вращающейся магнитодвижущей силы (MMF), но у нас есть только одна фаза из-за однофазного источника переменного тока в наших домах. Следовательно, нам нужна дополнительная фаза для запуска таких двигателей.Мы получаем вторую фазу, добавляя конденсатор последовательно с пусковым ветром двигателя потолочного вентилятора.
Мы также знаем, что ток и напряжение совпадают по фазе (одна и та же фаза) в случае чисто резистивной цепи. Но это не так в случае емкостных или индуктивных цепей. Другими словами, в случае чисто индуктивной цепи ток отстает на 90 ° от напряжения (или напряжение опережает на 90 ° от тока), в то время как в случае чисто емкостной цепи ток опережает на 90 ° от напряжения (или напряжение отставание на 90 ° от тока).Таким образом, задействуя конденсатор и катушку индуктивности, мы можем произвести фазовый сдвиг в цепи.
Для этого мы добавляем конденсатор последовательно с встречным ветром. Когда мы включаем цепь из-за катушек индуктивности и конденсаторов в этой цепи:
- Токоподводы на 45 ° от напряжения (или напряжение отстает на 45 градусов от тока ) в пусковой обмотке из-за индуктивности .
- Ток отстает на 45 ° от тока (или напряжения на 45 градусов от тока ) в рабочей обмотке из-за емкости.
Ходовая обмотка имеет достаточное сопротивление, которое позволяет сделать цепь резистивно-индуктивной цепью и результирующее сопротивление переменному току, известное как индуктивное реактивное сопротивление (X L ). Пусковая обмотка имеет высокое сопротивление и низкое индуктивное сопротивление, а результирующее сопротивление переменному току равно емкостному реактивному сопротивлению (X C ).
Таким образом, результирующий ток, протекающий в цепи, сдвинут по фазе на 90 °. Это означает, что у нас есть две разные чередующиеся фазы, которые приводят к созданию вращающегося магнитного поля, и создаваемый крутящий момент начинает вращать ротор.
Когда двигатель достигает скорости 70% +, используется центробежный выключатель для отключения питания пусковой обмотки (вспомогательной обмотки). Двигатели такого типа называются двигателями с конденсаторным пуском.
Из-за высокой стоимости и надлежащего обслуживания двигателей с конденсаторным пуском, для решения этой проблемы в двигателе постоянно используется конденсатор с фиксированным номиналом (обычно от 2,5 мкФ до 3,5 мкФ ) (который известен как двигатели с пусковым конденсатором).
Так как пусковой ветер имеет небольшие размеры, что помогает только произвести фазовый сдвиг (низкий крутящий момент) для запуска двигателя, поэтому конденсаторные пусковые двигатели не доступны в больших размерах.
Имейте в виду, что если вы подключите конденсатор последовательно с основной обмоткой вместо запуска ветра, лопасти вентилятора будут вращаться в противоположном направлении.
Теперь вы знаете точную причину , по которой в потолочном вентиляторе используется конденсатор. Если вы все еще не уверены или хотите оставить отзыв, сообщите нам об этом в поле для комментариев ниже.
Похожие сообщения:
.Конденсатор, компрессор, двигатель вентилятора и другие детали 2020
Это руководство по стоимости ремонта кондиционера даст вам четкое представление о том, сколько будет стоить ремонт, прежде чем вы обратитесь к специалисту по HVAC. Рассматриваются следующие конкретные вопросы:
Если вы решите, что пришло время заменить ваше устройство, наше Руководство покупателя центрального кондиционера представляет собой исчерпывающий ресурс, который поможет вам принять решение о покупке, соответствующее вашему дому и образу жизни.
Мы также подготовили исчерпывающие руководства по закупкам для ведущих сегодня брендов кондиционеров, включая Lennox, Carrier, Bryant, Trane, Amana и Goodman.Они помогут вам сравнить модели, качество и стоимость центрального кондиционера.
Вам также может понравиться:
Устранение неполадок переменного тока
Эта тема настолько важна, что мы создали полное руководство по поиску и устранению неполадок центрального кондиционера. Это руководство поможет вам определить, что не так с вашим устройством, и является ли это проблемой самостоятельного ремонта, или вам потребуется специалист по кондиционированию воздуха для ремонта.
Возможно, это хорошее место для начала, прежде чем вернуться сюда и узнать больше о затратах на ремонт и о том, следует ли отремонтировать или заменить устройство.
Список общих проблем и затрат на ремонт
Вот общие проблемы ремонта центральных кондиционеров с кратким объяснением и стоимостью для каждой.
Предметы | Работа | Стоимость |
| Сервисный звонок — Мы также можем начать здесь, так как любой ремонт выполняется профессиональным специалистом по HVAC потребует посещения вашего дома.Сервисный вызов представляет собой минимальную плату, и ее стоимость обычно идет на ремонт, а не на отдельную плату. Перед тем, как технический специалист приедет к вам домой, рекомендуется спросить об этой комиссии и об отказе от нее, если стоимость ремонта выше. | За звонок | 75–200 долларов |
| Замена термостата / регулятора — Иногда термостат выходит из строя, но чаще домовладельцы заменяют термостат, потому что они хотят повысить его производительность до программируемого или Wi-Fi. -Fi модель.Качество и эффективность контроля являются основным фактором стоимости. Прочтите наше Руководство по покупке термостата для получения дополнительной информации. | 1 час | 75–575 долларов |
| Замена автоматических выключателей, предохранителей и реле: — Возраст и перегрев являются основными причинами износа или быстрого сгорания этих деталей. | 1 час | 75-325 долларов |
| Замена конденсатора и контактора переменного тока: — Возраст и перегрев — тоже проблемы. | 1 час | 125–375 долл. США |
| Замена плат переменного тока: — В вашей системе HVAC есть печатные платы в конденсаторном блоке и в печи или устройстве обработки воздуха. Обычно они выходят из строя из-за возраста, скачка напряжения или неисправности. | 1 час | 125–625 долларов |
| Устранение утечки хладагента переменного тока: — Мелкий ремонт конденсаторного агрегата, такой как замена фитинга, стоит недорого; когда необходимо заменить линейный комплект, ремонт может быть дорогостоящим из-за дополнительных затрат времени и материалов. | 2–3 часа | 175–1000 долларов |
| Заправка хладагента переменного тока: — После ремонта систему необходимо зарядить. Размер системы и длина линии хладагента являются ключевыми факторами в том, сколько хладагента требуется системе, а это влияет на стоимость. | 1-2 часа | 200- 475 долларов |
| Замена двигателя вентилятора конденсаторного агрегата переменного тока: — Отказ подшипника и перегрев являются основными причинами этого ремонта, который может быть дорогостоящим. | 2 часа | 225-700 долларов |
| Замена компрессора кондиционера: — На большинство центральных кондиционеров предоставляется 10-летняя гарантия на компрессор. Амана и Гудман предлагают пожизненную гарантию на компрессор. Если компрессор не находится на гарантии, замена всего блока может быть более экономичным способом потратить деньги. Прочтите наше руководство по замене компрессора кондиционера для получения более подробной информации. | 1–3 часа | 1,250–2,500 долларов |
| Замена катушки переменного тока на открытом воздухе или в помещении: — Это еще одна катастрофическая механическая неисправность, которая часто означает, что на новую систему лучше потратить деньги.Лучший способ избежать этого дорогостоящего ремонта — содержать змеевики в чистоте с помощью самостоятельной очистки или плана обслуживания с помощью HVAC pro. Прочтите наше руководство по замене змеевиков испарителя и конденсатора для получения дополнительной информации о стоимости. | 1–3 часа | 2000–3000 долларов |
| Очистка и промывка дренажа переменного тока / печи: — Катушка переменного тока в помещении в вашей печи или кондиционере конденсирует влагу из воздуха для воздух более комфортный.Если слив конденсата забьется шламом или плесенью, вы увидите лужу воды поблизости. | 1-2 часа | 85–225 долларов |
| Замена конденсатного насоса переменного тока: — Некоторые печи / устройства обработки воздуха имеют насосы для обработки конденсата, а не самотечный слив. Они выгорают из-за возраста или при засорении линии. | 1-2 часа | 270-500 долларов |
| Замена сливного поддона: — Сливные поддоны иногда трескаются или ржавеют, и их необходимо заменять.Сковорода дешевая, но ремонт занимает несколько часов, поэтому трудозатраты высоки. | 1-2 часа | 225-600 долларов |
Что делать с более низкими и более высокими оценками затрат
Если полученная вами оценка значительно ниже той, которую вы ожидаете из нашего списка, есть несколько вопросы, которые следует задать техническому специалисту:
- Вы сертифицированы, лицензированы и застрахованы? Этот вопрос лучше задать по телефону, прежде чем пригласить их к себе домой, а если они не соответствуют требованиям, позвоните кому-нибудь еще.
- Это новые детали и соответствуют ли они требованиям производителя кондиционера в отношении качественных запасных частей?
- Предоставляется ли гарантия на детали и работу и каков срок ее действия? Оба должны быть не менее 12 месяцев.
Если затраты намного выше, чем мы указали, тогда, возможно, стоит заплатить плату за обслуживание и сообщить техническому специалисту, что вы получите вторую оценку от другого профессионала. Техник может снизить смету, чтобы быть более конкурентоспособным.Нет причин не договариваться о цене, если технический специалист имеет на это полномочия и желание.
Планы технического обслуживания HVAC — это трата денег?
Большинство компаний, занимающихся отоплением и кондиционированием воздуха, теперь предлагают несколько планов технического обслуживания HVAC, которые обеспечивают обслуживание вашей системы один или два раза в год. Более дорогие планы включают приоритетный ремонт в пиковые сезоны, скидку на ремонт и круглосуточную аварийную службу. Чем больше услуг предлагается в плане, тем дороже он будет стоить.
Хорошая ли идея — контракты на обслуживание HVAC? Хотя многие из них имеют завышенные цены и являются пустой тратой денег, контракт на отопление и кондиционирование воздуха может окупиться, если:
- Вашей системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или любому из ее компонентов не менее 10 лет
- Вы собираетесь жить в своем нынешнем доме в долгосрочной перспективе и желаете поддерживать систему в отличном состоянии
- Вы понимаете, что ваша система теряет эффективность и ее необходимо очищать и настраивать, потому что ваши счета за электроэнергию растут, несмотря на то, что погодные условия не становятся более экстремальными или стоимость энергии растет
- План предлагает круглосуточную службу экстренной помощи, а в месте вашего проживания погода может быть экстремальной.
Сделайте покупки перед покупкой.Ознакомьтесь с планами технического обслуживания от нескольких подрядчиков HVAC и прочитайте мелким шрифтом, что покрывается, а что нет. Работайте только с подрядчиками, имеющими репутацию честных и надежных. Сравнивая плановые затраты, спросите цену настройки HVAC без плана. Если план более дорогой, то просто оплатить стоимость без подписки на план обслуживания имеет смысл для новых систем, потому что вам с меньшей вероятностью понадобится скидка на ремонт, который предоставляется вместе с планом обслуживания.Мы создали статью о стоимости настройки AC, проверьте ее, чтобы получить больше полезной информации.
Знание, ремонтировать или заменять ваш кондиционер
Некоторые предлагают что-то простое, например, умножение стоимости ремонта на срок службы центрального кондиционера, и, если это число превышает 5000, замените его. Например, если вашему кондиционеру 10 лет, и вам необходимо заменить печатную плату за 600 долларов (10 x 600 = 6000), замените весь блок.
Хотя эти уравнения могут быть полезны, мы считаем, что это еще не все.Эти советы по ремонту и замене переменного тока содержат дополнительные рекомендации:
- Чем дольше вы планируете оставаться в своем доме, тем больше смысла в замене блока; если вы скоро переезжаете, произведите ремонт и, возможно, вы захотите предложить покупателям годовую гарантию на дом для их душевного спокойствия
- Если вы хотите снизить счета за электроэнергию или привержены экологичному охлаждению, замените старый установка в пользу более эффективного центрального кондиционера — правильный выбор и возможность снизить энергопотребление на 50 и более процентов
- Если у блока уже было два ремонта на сумму более 500 долларов, то замените его на «третьем ударе». ”- хорошая идея, если вы не планируете переехать в ближайшее время.
- Чем старше центральный кондиционер, тем экономичнее его заменить, особенно если вы не планируете переезд.
Важность выбора Опытный подрядчик по ремонту
Опыт и навыки человека, ремонтирующего ваш кондиционер, являются наиболее важным фактором в том, как долго продлится ремонт.Важно найти лучшего специалиста по ремонту, которого вы можете, и, как вы знаете, это не всегда компания с самым большим маркетинговым бюджетом на теле- и радиорекламу.
Проблема, однако, в том, что когда ваш кондиционер не работает, температура на улице более 90 градусов и ваш дом нагревается, вам не захочется тратить несколько дней на то, чтобы изучить лучшие компании и связаться с ними по телефону, надеясь, что они свяжутся с вами быстро. Более быстрый способ получить оценки от некоторых из лучших специалистов по ремонту центрального кондиционирования воздуха в вашем районе — воспользоваться услугой Free Local Quote на этой странице.Подрядчики проходят предварительную проверку на качество и опыт, имеют лицензии и застрахованы для вашей защиты. Когда вы заполните быструю и удобную форму, вскоре с вами свяжутся, чтобы договориться о встрече. При использовании сервиса у вас нет никаких обязательств.
Представленные посетителями расходы на ремонт кондиционера / теплового насоса
Ремонт или запчасти | Местоположение | Стоимость ремонта | |
| Двигатель вентилятора Trane XR13 | Хьюстон, Техас | 550 долларов США | |
| Электродвигатель вентилятора ECM Goodman | Лос-Анджелес, Калифорния | $ 575 | |
| Замена печатной платы Lennox XC13 | Чикаго, Иллинойс | $ 380 | 36 | New York | 65 долларов США (DIY) |
| Змеевик испарителя Trane XR12 | Даллас, Техас | $ 750 | |
| Сливной поддон змеевика Heil | Philadelphia | ||
| Payne TXV | Атланта, Джорджия | $ 190 | |
| Реле давления Trane XE1000 | Вашингтон | $ 200 | |
| Конденсатор Trane XR15 | Charlotte, NC | $ 150 | |
| Rheem Одноступенчатый компрессор Or | 1600 долл. США | ||
| Змеевики конденсатора Рууда | Сан-Хосе, Калифорния | 625 долл. США | |
| Замена контактора Брайанта | Сан-Диего, Калифорния | долл. США 270 | |
| Amana Lineset | , FL | $ 690 | |
| Реверсивный клапан York | Phoenix, AZ | $ 180 | |
| Trane XE1200 Замена слива конденсата | Сан-Антонио, Техас | ||
| San F Rancisco, CA | $ 200 | ||
| Змеевик испарителя серии Carrier Comfort | Seattle, WA | $ 790 | |
| Замена компрессора Lennox | Канада | $ 1,850 | 9 Общайтесь и делитесь!
