Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Подробности

Просмотров: 348

«Физика — 11 класс»

Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока.
Есть цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания.

При подключении с помощью переключателя цепи к источнику постоянного напряжения или к источнику переменного напряжения постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения будут равны.
Однако лампа светится ярче при постоянном напряжении.
Значит действующее значение силы переменного тока в цепи меньше силы постоянного тока.

Это объясняется явлением самоиндукции.
При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно.
Возникающее при этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов.
По прошествии некоторого времени сила тока достигает наибольшего (установившегося) значения, соответствующего данному постоянному напряжению.

Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигнуть тех значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении.

Максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна быть равна нулю.
Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой.
Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля

i, порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля _к, создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи.

Из равенства _i = —_к следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля.

Так как удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать:

e_i = —u

.

При изменении силы тока по гармоническому закону

i = Im sin ωt

ЭДС самоиндукции равна:

е_i = —Li’ = —LωI_m cos ωt

Так как u = —e_i напряжение на концах катушки оказывается равным

где
U_m = LωI_m — амплитуда напряжения.

Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на , или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Амплитуда силы тока в катушке равна:

Если ввести обозначение

ωL = Х_L

и действующие значения силы тока и напряжения, то получим:

Величину X_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты ω.
Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки.
При ω = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (X_L = 0).
Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока.

Итак,
Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току.
Это сопротивление, называемое индуктивным, равно произведению циклической частоты на индуктивность.
Колебания силы тока в цепи с индуктивностью отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Катушка в цепи переменного тока — Студопедия

Резистор в цепи переменного тока

Сопротивление R называют активным, потому что цепь с таким сопротивлением поглощает энергию.

Активное сопротивление — устройство, в котором энергия электрического тока необратимо преобразуется в другие виды энергии (внутреннюю, механическую)

Пусть напряжение в цепи меняется по закону: u = Umcos ωt ,

тогда сила тока меняется по закону: i = u/R = I_Rcosωt

u – мгновенное значение напряжения;

i – мгновенное значение силы тока;

I_R — амплитуда тока, протекающего через резистор.

Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением RI_R =

U_R

Колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. (т.е. фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю).

Конденсатор в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряжения сила тока равна нулю, а при включении конденсатора в цепь переменного напряжения сила тока не равна нулю. Следовательно, конденсатор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

 

 

Соотношение между амплитудами тока

I_C и напряжения

U_C:

 

Ток опережает по фазе напряжение на угол π/2.

Катушка в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, сила тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для той же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи постоянного напряжения.

 

 

Соотношение между амплитудами тока I_L и напряжения U_L:

ωLI_L = U_L

 

Ток отстает по фазе от напряжения на угол π/2.

Теперь можно построить векторную диаграмму для последовательного RLC-контура, в котором происходят вынужденные колебания на частоте ω. Поскольку ток, протекающий через последовательно соединенные участки цепи, один и тот же, векторную диаграмму удобно строить относительно вектора, изображающего колебания тока в цепи. Амплитуду тока обозначим через I₀. Фаза тока принимается равной нулю. Это вполне допустимо, так как физический интерес представляют не абсолютные значения фаз, а относительные фазовые сдвиги.

Векторная диаграмма на рисунке построена для случая, когда или В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ.

 

 

Векторная диаграмма для последовательной RLC-цепи

Из рисунка видно, что

 

откуда следует

 

Из выражения для I₀ видно, что амплитуда тока принимает максимальное значение при условии

 

или

 

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω₀ электрической цепи называется электрическим резонансом. При резонансе

 

Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений

. Аналогичным образом с помощью векторной диаграммы можно исследовать явление резонанса при параллельном соединении элементов R, L и C (так называемый резонанс токов).

При последовательном резонансе (ω = ω₀) амплитуды U_C и U_L напряжений на конденсаторе и катушке резко возрастают:

 

 

Рисунок иллюстрирует явление резонанса в последовательном электрическом контуре. На рисунке графически изображена зависимость отношения амплитуды U_C напряжения на конденсаторе к амплитуде ₀ напряжения источника от его частоты ω. Кривые на рисунке называются резонансными кривыми.

 

В цепи переменного тока мощность тоже будет менять своё значение. Как правило, нам надо знать среднюю мощность. Для её вычисления удобно пользоваться действующими значениями силы тока и напряжения.

Вольтметр и амперметр переменного тока всегда показывают действующие значения.

Мгновенное значение переменного тока, текущего по активному сопротивлению R, определяется по закону Ома:

где I₀ = ε₀/R – амплитудное значение силы тока.

Ток по фазе совпадает с э.д.с.

Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата мгновенного тока, называется действующим значением переменного тока.

Обозначается I.

Действующее значение переменного напряженияопределяется аналогично действующему значению силы тока:

Действующее(эффективное)значение переменного токаидействующее(эффективное)значение напряженияравно напряжению и силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Пы.Сы. Учебник в помощь господа. Видосов много в этой группе. Пользуйтесь.

 Задание

1) Конспект

2) Ответить на вопросы: 1-10

Решить задачи

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и двух одинаковых конденсаторов , включенных параллельно. Период собственных колебаний контура Т=80мкс. Определите чему будет равен период Т1, если конденсаторы включить последовательно.

 

 

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Мы предполагаем, что катушка индуктивности обладает пренебрежимо малым активным сопротивлением R. Такой элемент включать в цепь постоянного тока нельзя, потому что произойдет короткое замыкание.

В цепи переменного тока мгновенному нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции. При этом для сверхпроводника e_i+u=0.

Используя закон Фарадея для самоиндукции e_i= -Li^/ ,

можно показать, что, если сила тока в цепи изменяется по гармоническому закону

i= I₀cos(ωt),

то колебания напряжения на катушке описываются

уравнением

U = — I₀ Lωsin ωt = I₀ Lω cos(ωt+π/2),

то есть колебания напряжения опережают по фазе колебания силы тока на π/2. Произведение U₀ = I₀ Lω является амплитудой напряжения:

U = U₀ cos(ωt+π/2)

Индуктивное сопротивление

Величину

называют индуктивным сопротивлением.

Связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения формально совпадает с законом Ома для участка цепи

Такое же соотношение выполняется для действующих значений силы тока и напряжения.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты переменного напряжения. С увеличением частоты колебаний напряжения индуктивное сопротивление увеличивается, поэтому амплитуда силы тока уменьшается обратно пропорционально частоте I₀ = U₀ /ωL.

При уменьшении частоты амплитуда силы тока возрастает и при ω=0 стремится к бесконечности. Отметим, что нулевая частота колебаний означает, что в цепи протекает постоянный ток.

Мощность в цепи переменного тока

Рассчитаем тепловую мощность, выделяющуюся на конденсаторе в цепи переменного тока. По закону Джоуля-Ленца, мгновенное значение мощности определяется как произведение мгновенных значений силы тока и напряжения:

P = UI =U₀cos ω t* I₀sin ω t =1/2 I₀U₀sin 2ωt

Среднее значение мощности за период

<P> = <1/2I₀U₀sin 2 ω t> = 1/2I₀U₀<sin 2 ω t>

<sin 2 ω t>= 0

<P> = 0

Аналогичный результат получается и для мощности на катушке индуктивности.

Вывод В цепи переменного тока тепловая мощность выделяется только на участке цепи с резистором, где нет сдвига фаз между током и напряжением.

По этой причине резистор в цепи переменного тока называют активным сопротивлением, а конденсатор и катушку индуктивности – реактивным.

Вопрос: Директор кинотеатра собирается установить систему, которая обеспечивала бы медленное затухание осветительных ламп перед сеансом и медленное их включение – после. Ему предлагают на выбор два способа: 1) – воспользоваться реостатом, чтобы постепенно изменять активное сопротивление цепи и 2) использовать соленоид с большой индуктивностью, чтобы мгновенному изменению силы тока в цепи препятствовала ЭДС индукции. Какой из двух способов выгоднее?

Ответ: Использование реактивного сопротивления не связано с дополнительным выделением Джоулевого тепла, и поэтому всегда экономичнее.

Лекция 7 Полная цепь переменного тока

Любая реальная цепь переменного тока содержит одновременно активное сопротивление (нагревательные приборы, лампы накаливания, соединительные провода и т.п.), емкостное сопротивление (емкости проводников, конденсаторов и т.п.) и индуктивное сопротивление (обмотки электродвигателей, катушки электромагнитных приборов и т.п.).

Пусть все эти элементы соединены последовательно, как показано на рисунке.

В такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе. Фазовый сдвиг между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора.

Во всех последовательно включенных элементах цепи сила тока изменяется практически одновременно, потому что распространение электромагнитных взаимодействий происходит со скоростью света. Поэтому можно считать, что колебания тока во всех элементах последовательной цепи совпадают по фазе и выражаются формулой:

I = I₀·cos ω ·t

Тогда

Напряжение на резисторе U = U₀ cos(ωt)

Напряжение на конденсаторе U = U₀ cos(ωt—π/2) =+ U₀ sin(ωt)

Напряжение на катушке U = U₀ cos(ωt+π/2) =­ — U₀ sin(ωt)

Uc. выходит из нуля, возрастает, первую четветь>0

Разность фаз колебаний напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности в любой момент времени равна π. О таких колебаниях говорят, что они присходят в противофазе.

Uc. выходит из нуля, возрастает, первую четветь>0

U_L выходит из нуля, убывает, первую четветь<0

,

Uc(t) UL(t)

Переменный ток. Резистор, конденсатор и катушка в цепи переменного тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 11Следующая ⇒

Элементы цепи переменного тока

 

 

 

Резистор в цепи постоянного тока

По закону Ома, в замкнутой цепи постоянного тока

напряжение на зажимах источника меньше ЭДС

U = IR; U = E — Ir

 

Резистор в цепи переменного тока

 

Рассмотрим схему, состоящую из источника переменного

тока, резистора и идеальных проводов.

Предположим, что напряжение на резисторе

изменяется по гармоническому закону

U = U₀ cos ω t .

Найдем силу тока, протекающего через резистор.

По закону Ома для участка цепи

I=U/R ==> I = I₀ cos ω t

Амплитуда силы тока I₀ = U₀/R

Ток и напряжение изменяются по одинаковому гармоническому закону (косинуса), то есть совпадают по фазе. Это означает, что, например, в тот момент времени, когда в цепи максимальна сила тока, напряжение на резисторе также максимально.

Конденсатор в цепи переменного тока

Включим конденсатор в цепь постоянного тока. Некоторый заряд перетечет от источника тока на обкладки конденсатора. В цепи возникает кратковременный импульс зарядного тока. Конденсатор заряжается до напряжения источника, после чего ток прекращается. Через конденсатор постоянный ток течь не может!

 

 

Рассмотрим процессы, происходящие при включении конденсатора в цепь переменного тока

зарядный ток

.

 

Через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрический ток протекать, как и прежде, не может. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в цепи появится переменный ток.

 

Если напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону,

U = U₀cos ωt

то заряд на обкладках конденсатора изменяется

также погармоническому закону

q=Cu = CU₀cos ωt

 

и силу тока в цепи можно найти как производную заряда

i = q^/

i= -CU₀ ω sin ωt = CU₀ω cos(ωt+π/2),

i= I₀ω cos(ωt+π/2)

Амплитуда силы тока I₀ = CU₀ω

Из полученной формулы видно, что в любой момент времени

фаза тока больше фазы напряжения на π/2.

В цепи переменного напряжение на конденсаторе тока отстает по фазе от тока на π/2, или на четверть периода.

 

Емкостное сопротивление

 

Величину

называют емкостным сопротивлением.

Связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения формально совпадает с законом Ома для участка цепи

 

 

Такое же соотношение выполняется для действующих значений силы тока и напряжения.

Емкостное сопротивление конденсатора зависит от частоты переменного напряжения. С увеличением частоты колебаний напряжения емкостное сопротивление уменьшается, поэтому амплитуда силы тока увеличивается прямо пропорционально частоте I₀ = CU₀ω.

При уменьшении частоты амплитуда силы тока уменьшается и при ω=0 обращается в 0. Отметим, что нулевая частота колебаний означает, что в цепи протекает постоянный ток.

 

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Мы предполагаем, что катушка индуктивности обладает пренебрежимо малым активным сопротивлением R. Такой элемент включать в цепь постоянного тока нельзя, потому что произойдет короткое замыкание.

В цепи переменного тока мгновенному нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции. При этом для сверхпроводника e_i+u=0.

 

Используя закон Фарадея для самоиндукции e_i= -Li^/ ,

 

можно показать, что, если сила тока в цепи изменяется по гармоническому закону

i= I₀cos(ωt),

 

то колебания напряжения на катушке описываются

уравнением

U = — I₀ Lωsin ωt = I₀ Lω cos(ωt+π/2),

то есть колебания напряжения опережают по фазе колебания силы тока на π/2. Произведение U₀ = I₀Lω является амплитудой напряжения:

U = U₀ cos(ωt+π/2)

 

 

Индуктивное сопротивление

Величину

Трансформатор. Производство, передача и потребление электроэнергии.

Трансформаторы

Переменное напряжение можно преобразовывать — повышать или понижать.

Устройства, с помощью которых можно преобразовывать напряжение называются трансформаторами. Работа трансформаторов основана на явлении электромагнитной индукции.

 

Устройство трансформатора

Трансформатор состоит из ферромагнитного сердечника, на который надеты две катушки.

Первичной обмоткой называется катушка, подключенная к источнику переменного напряжения U₁.

Вторичной обмоткой называется катушка, которую можно подключать к приборам, потребляющим электрическую энергию.

Приборы, потребляющие электрическую энергию, выполняют роль нагрузки, и на них создается переменное напряжение U₂.

Если U₁ > U₂, то трансформатор называется понижающим, а если U₂ > U₁ — то повышающим.

Принцип работы

В первичной обмотке создается переменный ток, следовательно, в ней создается переменный магнитный поток. Этот поток замыкается в ферромагнитном сердечнике и пронизывает каждый виток обеих обмоток. В каждом из витков обеих обмоток появляется одинаковая ЭДС индукции e_i0

Если n₁ и n₂ — число витков в первичной и вторичной обмотках соответственно, то

ЭДС индукции в первичной обмотке e_i1=n₁*e_i0
ЭДС индукции во вторичной обмотке e_i2 = n₁*e_i0

где e_i0 — ЭДС индукции, возникающая в одном витке вторичной и первичной катушки.

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой. Потери энергии (мощности) на нагревание проводов можно рассчитать по формуле

Для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линияхиспользуется переменный ток частотой 50 Гц. На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии



Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Студопедия

Рассмотрим, наконец, третий частный случай, когда участок цепи содержит только индуктивность. Обозначим по-прежнему через U напряжение между точками а и б и будем считать ток I положительным, если он направлен от а к б (рис.6). При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, и поэтому мы должны применить закон Ома для участка цепи, содержащего эту ЭДС:

.

В нашем случае R = 0, а ЭДС самоиндукции

.

Поэтому

. (3)

Если сила тока в цепи изменяется по закону

,

то

. (4)

Рис.6. Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Рис.7. Зависимости тока через катушку индуктивности и напряжения от времени

Видно, что колебания напряжения на индуктивности опережают по фазе колебания тока на p/2. Когда сила тока, возрастая, проходит через нуль, напряжение уже достигает максимума, после чего начинает уменьшаться; когда сила тока становится максимальной, напряжение проходит через нуль, и т.д. (рис.7).

Из (4) следует, что амплитуда напряжения равна

,

и , следовательно, величина

играет ту же роль, что сопротивление участка цепи. Поэтому называют индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление пропорционально частоте переменного тока, и поэтому при очень больших частотах даже малые индуктивности могут представлять значительное сопротивление для переменных токов.

Мгновенная мощность переменного тока

также, как и в случае идеальной емкости, меняется со временем по синусоидальному закону с удвоенной частотой. Очевидно, что средняя за период мощность равна нулю.

Таким образом, при протекании переменного тока через идеальные емкость и индуктивность обнаруживается ряд общих закономерностей:

1. Колебания тока и напряжения происходят в различных фазах — сдвиг по фазе между этими колебаниями равен p/2.

2. Амплитуда переменного напряжения на емкости (индуктивности) пропорциональна амплитуде протекающего через этот элемент переменного тока

где X — реактивное (емкостное или индуктивное сопротивление). Важно иметь в виду, что это сопротивление связывает между собой не мгновенные значения тока и напряжения, а только их максимальные значения. Реактивное сопротивление отличается от омического (резистивного) сопротивления еще и тем, что оно зависит от частоты переменного тока.

3. На реактивном сопротивлении не рассеивается мощность (в среднем за период колебаний), это означает, что, например, через конденсатор может протекать переменный ток очень большой амплитуды, но тепловыделение на конденсаторе будет отсутствовать. Это является следствием фазового сдвига между колебаниями тока и напряжения на реактивных элементах цепи (индуктивности и емкости).

Резистивный элемент, который описывается в рассматриваемом частотном диапазоне законом Ома для мгновенных токов и напряжений

,

называют омическим или активным сопротивлением. На активных сопротивлениях происходит выделение мощности.

Конспект урока Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Цель урока: рассмотреть процесс протекания переменного тока в цепи с катушкой индуктивности; ввести формулу по определению индуктивного сопротивления.

Ход урока.

1.Организационный момент. Приветствие учащихся, проверка отсутствующих, постановка цели урока.

2.Актуализация темы.

3.Изучение нового материала. Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим поведение третьего элемента в электрической цепи. Соответственно аналогично будем сравнить цепь постоянного тока с переменным.

Для начала рассмотрим процессы проходящие в цепи постоянного тока, для этого к батарее подцепим катушку и соответственно пронаблюдаем за процессом протекания электрического тока. Будем считать, что источник тока будет идеальным, т.е. r=0 и катушка соответственно тоже будем считать идеальной. Нас интересует как будет меняться сила тока с течением времени.

Т.о. образом обратите внимание на рисунок, мы с вами наблюдаем 2 участка, которые обладают ЭДС, кроме этого они соединены последовательно. Т.о. сумма ЭДС равна I(R+r), но так как мы с вами рассматриваем идеальные элементы, то сумма равна 0

ɛ+ɛ_i=0(1). Но при этом, т.к. источник тока идеальный, то напряжение на выводах ЭДС ɛ =U.

По закону Фарадея ɛ_i=-L*ΔI/Δt, ΔI/Δt-быстрота изменения силы тока. Подставляем в формулу (1). U-L*ΔI/Δt=0, выразим ΔI/Δt

ΔI/Δt=U/L.U-const, L-const. Т.о. быстрота изменения силы тока постоянно. Следовательно I(t)=U*t/L

Т.о. если рассмотрим процесс протекания силы тока по графику. То мы с вами будем наблюдать следующий график зависимости. При этом обратите внимание сила тока в данном случае будет расти бесконечно. Но на практике этого не происходит. Почему? (Потому что любой элемент обладает каким-то сопротивлением.) Но при этом мы можем подобрать такой источник и катушку с очень маленьким сопротивлением. Но этого делать нельзя. Почему? (В цепи будет протекать большой по величине ток, т.о. в определенный момент произойдет короткое замыкание)

Рассмотрим теперь процесс протекание тока в цепи переменного тока.

Мы с вами знаем, что в цепи переменного тока напряжение в цепи меняется по след закону U(t)=Um*cosωt. В цепи переменного тока так же возникают 2 ЭДС. И эти ЭДС мы можем аналогично определить и соответственно можем прийти одному и тому же выводу, что ΔI/Δt=U(t)/L

ΔI/Δt= Um*cosωt/L. Сделаем следующее ΔI/Δt= Um*cosωt*ω/L*ω.Следовательно ΔI/Δt= Um (ω cosωt)/ L*ω. Обратите внимание на ω cosωt= (Sinωt)^,

I(t)= Um Sinωt/ L*ω Выразим через Cos. Sin α= Cos( )

I(t)= Um Cos()/ L*ω, но т.к. функция Cos четная, то I(t)= Um Cos()/ L*ω

I(t)= Im Cos(), где Im= Um/ L*ω

Но X_L= L*ω-индуктивное сопротивление [Ом]

Теперь рассмотрим график зависимости. При обратите внимание на формулы для силы тока и напряжения U(t)=Um*cosωt и I(t)= Im Cos(), мы можем сказать, что сила тока отстает от напряжения на ,

4.Закрепление материала.

1. Рассчитайте величину индуктивного сопротивления катушки индуктивностью L = = 20 мГн на частоте 50 Гц.[6,28 Ом]

2.Катушка индуктивностью L = 10мГн обладает активным сопротивлением 10 Ом. При каком значении частоты переменного тока индуктивное сопротивление катушки будет в 10 раз больше ее активного сопротивления?

5.Домашнее задание.

Простейшие цепи переменного тока — Электротехника — Учебные материалы — Каталог статей

Список всех статей на технические темы

Простая электротехника все статьи

Сначала читаем статью «Переменный ток — краткие сведения»

 

Все электротехнические устройства состоят из сопротивлений индуктивностей и емкостей

 

 

Соотношение индуктивности емкости в цепи переменного тока принципиально определяют свойства цепи переменного тока.

 

Активное сопротивление R — это такой элемент электрической цепи, который оказывает сопротивление току с выделением тепла. Ведет себя одинаково в цепях постоянного и переменного тока, хотя величина сопротивления несколько отличается, это придется учитывать в точных расчетах.

 

 

Индуктивность L –это такой элемент электрической цепи, который состоит из витков провода и при протекании тока создает магнитное поле, это магнитное поле противодействует изменениям тока.

 

 

При протекании постоянного тока индуктивность ведет себя как проволока и не считается сопротивлением. Сопротивлением она является только для переменного тока, чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление индуктивности.

 

Емкость C – это такой элемент электрической цепи, который накапливает заряд, и проводит ток, только пока заряжается, или разряжается, поэтому в цепях постоянного тока, тока не проводит, а в цепях переменного тока все время заряжается – разряжается и, значит, проводит ток. Сопротивление емкости переменному току тем меньше, чем выше частота переменного тока.

 

 

Емкость и индуктивность взаимно противоположные по свойствам элементы, значит, они могут снижать взаимное влияние в цепях переменного тока или совсем отключать друг друга. Емкость и индуктивность оказывают сопротивление переменному току, но не могут выделить тепла, поэтому на них не происходит прямых потерь мощности.

Активное сопротивление R в цепи переменного тока

 

Что нам интересно знать про простейшую электрическую цепь содержащую R ?

 

  

 

Какой ток протекает в ней, какое напряжение на ней действует? и какая мощность может быть получена.

 

    

 

 

 

 

Здесь изображены две синусоиды, которые нельзя сравнивать и говорить какая больше, какая меньше. Они разные для удобства рассмотрения. Красная синусоида изображает переменное напряжение, а синяя синусоида изображает переменный ток

 

Если через активное R сопротивление протекает переменный синусоидальный ток, то на нем действует переменное синусоидальное напряжение. Ток и напряжение имеют одинаковую частоту и совпадают по фазе.

 

Мощность на активном сопротивлении определяется как произведение тока и напряжения. Действующая мощность будет равна произведению действующего значения тока на действующее значение напряжения.

 

 

Черные полуволны показывают, что мощность выделяемая в цепи на активном сопротивление изменяется также по синусоидальному закону,

Только знак остается все время положительным, это значит, что поток мощности однонаправлен. Мощность получается как произведение каждой точки синусоиды тока на каждую точку синусоиды напряжения в один и тот же момент. Плюс напряжения на плюс тока даст нам плюс мощности. Минус напряжения на минус тока даст нам плюс мощности.

Это значит, что при протекании тока через активное сопротивление R, электрическая мощность приводит к выделению тепла.

 

P=UI U = Uа√2 ; I = Iа√2 P = UаIа/2

 

Средняя мощность за период равна постоянной составляющей мощности

Uа Iа/2

 

Физический смысл этого явления состоит в том, что активное сопротивление потребляет энергию от источника, выделяет энергию в виде тепла. Электрическая мощность, которая превращается в тепло, называется активной мощностью и обозначается, как и в цепях постоянного тока, буквой P

 

Активными сопротивлениями в цепях переменного тока являются нагревательные и осветительные приборы, а также резисторы в сигнальных схемах, кроме того, как активные сопротивления проявляют себя все устройства, на которых выделяется полезная мощность в любом виде. Например, электрический мотор, звуковые динамики и т. п.

 

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

 

X_L = ωL     

 

Чтобы сделать сосредоточенную индуктивность, кусок проволоки сматывают в катушку

Если к цепи с индуктивностью подключить переменное синусоидальное напряжение, то в ней должен протекать переменный синусоидальный ток.

Что же происходит в цепи с индуктивностью при протекании переменного тока.

Оказывается, ток и напряжение действуют не одновременно,

то есть, сдвинуты по фазе

 

На активном сопротивлении R, появление напряжения сразу – в тот же момент,  вызывает появление тока, и они действуют в одной фазе.

На индуктивности так не получается.

Если напряжение от источника начинает нарастать, то ток за ним не успевает.

Почему? В индуктивности изменение тока, приводит к появлению ЭДС самоиндукции, а эта ЭДС направлена на встречу изменения тока. Напряжение растет, и ток хочет расти, но ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию тока. Это примерно также, как сила инерции мешает разогнать тележку, когда мы сдвигаем ее с места.

Ток преодолевает сопротивление направленной навстречу ему ЭДС самоиндукции, и начинает нарастать, но это происходит, когда напряжение уже достигло максимального значения. Ток, наконец, достигает максимального значения, но напряжение в этот момент уже снизилось до нуля. Так и повторяется – ток все время отстает от напряжения на 90⁰ то есть на π/2. Значит, фаза тока отрицательна и составляет  — π/2 

 

Откуда берется эта ЭДС самоиндукции, и почему она не мешает в цепи с сопротивлением  R. Это связано с тем, что катушка индуктивности, в отличие от сопротивления R, создает сильное магнитное поле, благодаря большому количеству витков. Магнитное поле не может мгновенно изменяться, оно и рождает внутри провода ЭДС, которая препятствует изменению тока.

 

Более подробно об ЭДС самоиндукции смотри в статье  Начальные представления об электромагнетизме

 

 

Красная синусоида напряжения пресекает ноль каждый раз раньше зеленой синусоиды тока на π/2 

     

 

 

Вывод: В цепи с индуктивностью напряжение впереди тока на 90°.

 

Любое сопротивление ограничивает ток, но бывает активное сопротивление, бывает реактивное..

R — активное сопротивление — на нем выделяется тепло

X — реактивное сопротивление на нем  не выделятся тепло

 

X_L – сопротивление индуктивности

X_L – сопротивление индуктивности L является реактивным, оно равно X_L = ωL, то есть, оно прямо пропорционально частоте ω и индуктивности L, чем больше индуктивность, тем больше реактивное сопротивление и чем выше частота тем больше реактивное сопротивление.

Индуктивность тем сильнее ограничивает ток, чем выше частота тока.

Индуктивность пропускает переменный ток тем лучше, чем меньше индуктивность и чем меньше частота. Постоянный ток – частный случай переменного тока при частоте равной нулю, поэтому постоянный ток индуктивность пропускает без всякого сопротивления

 

 

Мощность на индуктивности

Мощность определяется как произведение тока на напряжение. Для каждого момента времени точка синусоиды тока умножается на точку синусоиды напряжения и получается точка синусоида мощности. Синусоида мощности получается двунаправленной, положительные полупериоды сменяются отрицательными, значит, мощность пол периода выделяется и пол периода поглощается. Это значит, что индуктивность L полпериода накапливает энергию в магнитном поле, а затем полпериода возвращает ее в источник.

 

 

Частота синусоиды мощности вдвое больше частоты тока и напряжения.

На индуктивности не получается выделение тепла, и никакой полезной мощности получить нельзя. Поэтому мощность, которая получается на индуктивности, называется реактивной и обозначается не Р, а другой буквой – Q_L

 

 

 

Емкость в цепи переменного тока

 

X_C = 1/ ωc  

 

При включении емкости под переменное напряжение во время t=0, конденсатор полностью разряжен, напряжение на конденсаторе равно 0, и он начинает заряжаться. Поэтому мгновенно появляется ток зарядки. По мере зарядки конденсатора на нем начинает расти напряжение, которое тормозит процесс зарядки, а значит, ток зарядки начинает уменьшаться.

 

 

   

 

 

 

Когда U на конденсаторе достигает максимума, это значит, что оно достигло максимума напряжения источника, зарядка продолжаться не может, поэтому ток становится равным 0.

Синусоида тока (синяя) каждый раз пресекает ноль на π/2 раньше, чем (красная) синусоида напряжения.

То есть, максимальному напряжению на емкости соответствует ток, равный 0, а это значит, что ток на емкости С впереди напряжения на 90° или π/2

 

X_C — сопротивление емкости

X_C — сопротивление емкости является реактивным, оно равно X_C = 1/ ωc, то есть оно обратно пропорционально частоте и емкости, чем больше емкость, тем меньше реактивное сопротивление и чем выше частота тем меньше меньше реактивное сопротивление.

Емкость пропускает переменный ток тем лучше, чем больше емкость и чем выше частота. Постоянный ток – частный случай переменного тока при частоте равной нулю, поэтому постоянный ток емкость вообще не пропускает.

Конденсатор часто ставят в участки цепей, в которых не должен проходить постоянный ток

 

 

Мощность в цепи с емкостью

 

Произведение тока и напряжения для емкости дает синусоиду, которая состоит из положительных и отрицательных полуволн, значит, средняя за период мощность равна 0.

 

 

 

Физический смысл состоит в том, что емкость за пол периода получает энергию, а затем пол периода возвращает ее в источник. Энергия накапливается в электрическом поле емкости, а затем возвращается в источник.  Частота синусоиды мощности вдвое больше частоты тока и напряжения.

Таким образом, на емкости не получается выделение тепла и никакой полезной мощности получить нельзя. Поэтому мощность, которая получается на емкости, называется реактивной и обозначается буквой – Qc.

 

Реактивные сопротивления

 

Индуктивность и емкость проявляют себя в электрических цепях как сопротивления.

 

X_C – реактивное сопротивление емкости

X_L — реактивное сопротивление индуктивности

Формулы сопротивлений позволяют их использовать для расчета задач по закону Ома для участка цепи.

 

Формула X_C = 1/ ωc показывает, что сопротивление емкости зависит от частоты ω. Это означает, что емкость по-разному пропускает ток низкой и высокой частоты.

Емкость пропускает переменный ток тем лучше, чем выше частота.

Емкость вообще не пропускает постоянный ток, и это ее важнейшее свойство. Одно из главных применений емкости (конденсатора) состоит в том, что его ставят в те ветви схем, где запрещено протекание постоянного тока.

 

Формула X_L = ωL показывает, что сопротивление индуктивности зависит от частоты. Это означает, что индуктивность по-разному пропускает ток низкой и ток высокой частоты.

Индуктивность хуже пропускает переменный ток высокой частоты

Чем больше частота. Тем труднее проходит переменный ток. Катушка индуктивности используется для ограничения переменного тока.

Конденсатор и катушка являются противоположностями.

Конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный

Катушка пропускает постоянный ток и не пропускает переменный

 

 

 

Такие цепи содержат сопротивление R, индуктивность L, и ёмкость C.

Реальное сопротивление цепи, содержащей одновременно R, L и C, зависит от величины каждого элемента цепи, и от частоты переменного тока, который протекает в этой цепи.

Расчет цепей переменного тока по аналогии с расчетом цепей постоянного тока невозможен, потому, что необходимо учитывать фазовый сдвиг между током и напряжением.

Можно упростить цепи, если какой-то  элемент: R, L или  C пренебрежительно мал.

 

 

Задачи на переменный ток решаются методом векторных диаграмм.

Ток и напряжение являются векторными величинами.Их изображают как вращающиеся радиус -векторы, в этом смысле они отличаются от векторов сил и скоростей в механике, но правила сложения и вычитания векторов аналогичны.

 

 

Метод векторных диаграмм

 

Мы уже пользуемся векторными диаграммами, по которым наблюдаем соотношения токов и напряжения в цепях переменного тока. Векторная диаграмма это стоячее изображение вращающихся векторов.

 

В предыдущих рассуждениях, было сказано, что линейно развернутая диаграмма переменного процесса, (в простом случае синусоидального), точно показывает  изменение мгновенного значения переменной величины, то есть происходит все именно так как показывает синусоида и каждая ее точка и есть переменная величина в данный момент. Но оказывается нам интересно не это, нам нужно знать какое значение тока и напряжения и мощности действует в цепи в течение времени, то есть действует длительное время, пока цепь работает.

 

Анализ синусоид нескольких величин, одновременно действующих в разных фазах, позволяет рассчитать все свойства и режимы работы цепи переменного тока, но гораздо проще это сделать, если отвлечься от синусоид и просто построить соотношение векторов, которые, собственно, и образуют эти синусоиды. Вся информация синусоид заложена в их радиус – векторах. Мы останавливаем эти векторы на рисунке, понимая, что они вращающиеся, но факт их вращения учитываем угловой частотой в расчетных формулах векторной диаграммы.

 

Итак, векторная диаграмма заменяет линейно развернутую синусоидальную диаграмму, потому, что любая информация, заложенная в синусоиду, есть и в соответствующем ей радиус-векторе.

 

Если нам приходится рассматривать несколько действующих одновременно синусоидальных процессов, то они изображаются векторной диаграммой, где длина каждого вектора, соответствует действующему значению синусоидальной величины, направление вектора соответствует начальной фазе, синусоидальной величины.

 

 

Результирующие значения одновременно действующих напряжений рассчитывается как векторная сумма, где угол между векторами определяется сдвигом фаз между ними.

Расчет цепей переменного тока сводится к расчету треугольников, которые состоят из соответствующих векторов.

Например, можно определить суммарное напряжение, частичные напряжения, и сдвиг фаз между ними.

На основании векторных диаграмм можно построить подобные векторным диаграммам треугольники сопротивлений и треугольники мощностей, решением которых можно определить соотношения сопротивлений, и мощности которые действуют в цепях переменного тока.

 

Векторная диаграмма напряжений представляет собой векторный треугольник напряжений

 

Последовательное соединение L R.

 

Любая катушка наматывается проволокой, а проволока обладает сопротивлением, которое приходится учитывать.

 

 

Получается, что реальная цепь, содержащая только L, просто невозможна. В некоторых случаях значением R пренебрегают, и получается, что вроде бы цепь с только L, на самом деле она конечно L R.

Реально, кроме проволоки, в цепи всегда есть и какие – то другие элементы R, поэтому интерес представляют именно цепи L R,

Ток, при последовательном соединении, один и тот же через все сопротивления, а напряжения разные, но общее напряжение не равно просто сумме напряжений на каждом сопротивлении, оно равно векторной сумме, то есть вектор общего напряжения равен сумме векторов напряжений на каждом участке. Для расчетов напряжений надо построить векторную диаграмму.

 

Векторная диаграмма строится так.

 

 

Выберем фазу общего тока равной 0, вектор тока откладывается как горизонтальный вектор слева на право. Далее строим векторную диаграмму напряжений. Сначала откладывается вектор напряжения на сопротивлении R. Этот вектор, пойдет горизонтально, так как его фаза совпадает с фазой тока. Затем строят вектор напряжения на индуктивности L. Его надо откладывать под углом 90⁰ вверх, это потому, что напряжение на индуктивности впереди на 90⁰.

Второй вектор переносится из центра вращения. Прикладываем его к концу вектора напряжения на активном сопротивлении. Таковы правила сложения векторов.

Теперь остается построить вектор полного напряжения на обоих элементах. Это вектор суммы, он, как известно, строится из начала первого вектора  к концу второго.

Получился прямоугольный треугольник. Любую сторону этого треугольника можно найти по теореме Пифагора.

Острый угол этого треугольника и есть реальный сдвиг фаз в этой цепи между током и общим напряжением. Он обязательно меньше 90 градусов, потому что только на идеально индуктивности он составляет 90 градусов. Активное сопротивление обязательно уменьшает сдвиг фаз.

 

Соотношение сопротивлений в такой цепи соответствует треугольнику сопротивлений. Общее сопротивление, обозначается Z, определяется как гипотенуза прямоугольного треугольника, где катеты Rа и X_L

 

Z², = Rа² + X²_L

 

В цепи L R, в отличие от цепи только с L, появляется активная мощность, следовательно она потребляет энергию источника и выделяет тепло.

Соотношение мощностей такой цепи соответствует треугольнику мощностей. Где S – полная мощность, определяется как гипотенуза треугольника, где катеты Р и Q_L

 

S² = Р^{2 +} Q²_L

 

Векторная диаграмма и все треугольники сопротивления и мощностей подобные, значит, угол φ (сдвиг фаз) является общим для всех треугольников.

 

 

Последовательное соединение RC

Конденсаторы очень часто включают последовательно с сопротивлениями, но если даже специального сопротивления нет, любой конденсатор обладает определённой величиной активного сопротивления, которую необходимо учитывать в точных расчетах. Есть понятие «добротность» конденсатора, которая проявляет  активную составляющую его сопротивления

 

 

При последовательном соединении, через все элементы цепи протекает один ток, который называем – общий.

Сначала откладываем вектор тока, фазу которого принимаем равной нулю. Вектор напряжения на активном сопротивлении, откладываем в том же направлении, так как на активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе.

К концу вектора напряжения на активном сопротивлении прикладываем начало вектора напряжения на емкости. Фаза напряжения на емкости отстает от фазы напряжения на активном сопротивлении на 90 градусов, а вектор отстающего напряжения откладывается вниз.

 

Векторная диаграмма напряжений представляет собой прямоугольный треугольник, который позволяет определить все составляющие по теореме Пифагора.

Активное сопротивление R включенное в цепь с катушкой или конденсатором уменьшает угол сдвига фаз.

Соотношение сопротивлений в такой цепи соответствует треугольнику сопротивлений. Общее сопротивление обозначается буквой Z, определяется как гипотенуза прямоугольного треугольника, где катеты Rа и X_С

 

Z ² = Rа² + X²_С

 

В цепи L C, в отличие от цепи только с C, появляется активная мощность, следовательно она потребляет энергию источника и выделяет тепло.

 

Соотношение мощностей такой цепи соответствует треугольнику мощностей. Где S – полная мощность, определяется как гипотенуза треугольника, где катеты Р и Q_С

 

S² = Р^{2 +} Q²_С

 

Векторная диаграмма и все треугольники сопротивления и мощностей подобные, значит, угол φ (сдвиг фаз) является общим для всех треугольников

 

Параллельное соединение RL

 

 

При параллельном соединении RL одинаковое напряжение на всех элементах цепи, а токи разные и сдвинутые по фазе. Ток через сопротивление совпадает по фазе с напряжением, а ток через катушку отстает по фазе от напряжения. на 90⁰. Общий ток отстает от напряжения меньше чем на 90⁰.

Для цепей с параллельным соединением элементов, гораздо удобнее использовать не сопротивления (активные и реактивные) а их обратные величины, которые называются проводимости. Вместо  r используется g, вместо   X_L используется b_L, вместо Xc используется b_c 

 

 

 

 

Параллельное соединение RC

 

При параллельном соединении RС одинаковое напряжение на всех элементах цепи, а токи разные и сдвинутые по фазе. Ток через сопротивление совпадает по фазе с напряжением, а ток через конденсатор опережает по фазе от напряжения. на 90⁰. Общий ток опережает напряжение меньше чем на 90⁰

 

 

 

Значение Cos φ

 

Cos φ в практической электротехнике имеет очень важное значение. Реальные нагрузки, типа электромоторов и трансформаторов, имеют большую индуктивную составляющую сопротивления, то есть, фактически, представляют собой цепи RL. Для таких цепей неизбежно существует сдвиг фаз, который приводит к тому, что полная мощность S значительно превышает активную мощность (P).

 

Из формулы видно, что чем меньше Cos φ (Чем больше угол сдвига фаз), тем меньшую часть активная мощность составляет от полной мощности .

Только активная мощность является полезной, если источник затрачивает полную мощность, а от нагрузки мы можем получить только активную мощность, значит, Cos φ имеет смысл электротехнического КПД или коэффициента мощности.

В идеале источник должен отдавать такую мощность, которую будет потреблять нагрузка. Реальные устройства неизбежно содержат индуктивности (катушки, обмотки, и т.п.), значит, источник вынужден отдавать полную мощность, которая значительно больше, активной.

Проектирование устройств и электрических цепей должно иметь целью получить значение Cos φ как можно ближе к единице, то есть влияние индуктивности надо свести к минимуму. Плохие значения Cos φ приводят к большим неоправданным затратам электроэнергии.

 

Цепи RLC

 

Цепи, которые содержат R, L и C, могут иметь разные варианты соединений. Цепи могут быть последовательными, разветвленными, и имеющие последовательные соединения в ветвях. Рассмотрим простые варианты. RLC последовательно.

В некоторых случаях цепи RL (моторы, трансформаторы и т. п.) имеют слишком маленький Cos φ. То есть в них слишком сильно влияние индуктивной составляющей. В такие цепи специально включают компенсационные конденсаторы, которые уменьшают фазовый сдвиг, Это разгружает источники электроэнергии от избыточной реактивной нагрузки, и обеспечивает значительную экономию электроэнергии.

 

RLC последовательно

 

 

Как будет выглядеть векторная диаграмма в общем случае?

 

 

 

При последовательном соединении сопротивлений на каждом сопротивлении действует своя часть напряжения. На большем сопротивлении будет большая часть напряжения.

На первой векторной диаграмме видно, что напряжение на конденсаторе U_c больше, чем на катушке U_L тогда суммарный вектор общего напряжения направлен вниз, и видно, xnj угол сдвига фаз отрицательный. На второй диаграмме видно, что напряжение на конденсаторе U_c, значительно меньше, чем U_L , и вектор общего напряжения оказался направленным вверх, угол сдвига фаз стал положительным.

В первом случае цепь имеет емкостный характер, во втором индуктивный.

На определенной частоте наступает равенство Uc = Ul, такое явление называется резонанс напряжений

 

Условие резонанса  X_L = X_C

 

При резонансе напряжений Общее сопротивление цепи становится минимально, а ток становится максимальным, что может быть опасно для источника и требует надежной защиты.

 

 

RLC параллельно

 

 

 

 

 

Векторные диаграммы токов при параллельном соединении

 

 

При параллельно соединении элементов RLC напряжение на всех элементах действует одно и то же, а токи разные, чем меньше сопротивление ветви, тем больше ток. В первом случае ток катушки значительно больше тока конденсатора. Вектор общего тока направлен вниз. Во втором случае ток катушки значительно меньше тока конденсатора и вектор тока направлен вверх.

В первом случае цепь имеет индуктивный характер, во втором емкостный

На определенной частоте наступает равенство токов I_c = I_L  такое явление называется резонанс токов.

При резонансе токов сопротивление цепи становится максимальным и ток уменьшается до величины, которая определяется сопротивлением R, которое остается в цепи.

 

 

Условия резонанса

Резонанс широко применяется в радиотехнических и различных электронных схемах.

 

XL = XC

 

 

Устройства для переменного тока и устройства для постоянного тока

 

Устройства. Которые включаются электрические цепи

Лампочки

Нагреватели

Электромоторы

Электроинструмент

Бытовые приборы

Электроника

И т. п.

 

Лампочки и нагреватели работают одинаково в цепях переменного и постоянного тока. В некоторых случаях разница может быть заметной, так как активное сопротивление в цепи постоянного тока (омическое) может отличаться от сопротивления в цепи переменного тока.

Электромоторы и электроинструмент рассчитанный на переменный ток, при подключении в цепь постоянного тока скорее всего сгорят, так как, у них пропадает индуктивное сопротивление и ток сильно возрастает.

Если моторы, и инструмент рассчитанные на постоянный ток, включены на переменный ток, они сильно потеряют мощность, так как появившееся индуктивное сопротивление и сильно ограничит потребляемый ток.

Руководство по стоимости замены змеевика испарителя и конденсатора

переменного тока

Если вам интересно, сколько стоит тепловой насос или змеевик переменного тока, в этом руководстве есть ответы. Он покрывает стоимость змеевика испарителя, стоимость змеевика конденсатора и факторы, которые на них влияют.

С учетом этих затрат на теплообменники переменного тока вы станете информированным потребителем, которым не воспользуются, когда вы получите оценку стоимости теплообменников от местных подрядчиков по ОВК. Мы включили советы о том, лучше ли отремонтировать или заменить устройство.

Детали на гарантии

В таблицах ниже мы перечислили стоимость деталей и стоимость установки, прежде чем дать общую сумму. Гарантия на змеевики варьируется от 5 лет для базовых моделей до 10 лет для большинства змеевиков переменного тока / тепловых насосов до 12 лет для некоторых высокопроизводительных агрегатов.

Однако гарантия на работу может составлять всего 1 год. Они редко превышают 2 года, если вы не купили расширенную гарантию при установке устройства. Обратите внимание, что расширенные гарантии большинства брендов — это гарантии третьих лиц, а не гарантии производителя.Мы даем свое мнение о расширенных гарантиях в нашей сравнительной статье по кондиционерам Trane, Carrier и Lennox.

В большинстве случаев, если ваш кондиционер или тепловой насос все еще находится на гарантии, вы оплачиваете только стоимость установки. Если на ваше устройство не распространяется гарантия, вам придется оплатить весь счет за ремонт или заменить кондиционер или тепловой насос. Поскольку мы хотим перейти к ценам в начале этого поста, мы сохраним детализацию стоимости установки до тех пор, пока она не будет покрыта.

Стоимость змеевика конденсатора

Вам говорили, что вам нужен новый змеевик конденсатора или внешний змеевик, но вы не знаете, что это такое? Вот краткое объяснение, прежде чем мы перейдем к ценам.

Ваш внешний блок — кондиционер или тепловой насос — называется конденсаторным или конденсационным блоком. Он получил свое название потому, что в режиме кондиционирования перегретый хладагент, переносящий тепло изнутри вашего дома, конденсируется в змеевике внутри переменного тока или теплового насоса.

При конденсации тепло «выжимается» из него.Тепло излучается через ребра змеевика и рассеивается с помощью вентилятора конденсаторной установки. Большинство ребер теплообменника напоминают ребра автомобильного радиатора.

Здесь указаны расходы на теплообменник конденсатора для центрального кондиционера или теплового насоса.

долларов США 2 795 $

Емкость змеевика	Только деталь	Стоимость установки	Общая стоимость
1,5–2,0 тонны	575–800 долларов	475–650 долларов	1 050–1450 долларов
2.5 тонн	625–975 долларов	535–750 долларов	1160– 1725 долларов
3,0 тонны	735–1 055 долларов	600–835 долларов	1335– 1890 долларов
3,5 тонны	775–775 долларов США	775–985 долларов	1550–2010 долларов
4,0 тонны	855– 1360 долларов	840–1 075 долларов	1,695– 2435 долларов
5,0 тонны	1000–1595 долларов	950–43 1200

Факторы стоимости замены змеевика конденсатора

Это широкий спектр цен.Где ваша оценка будет зависеть от:

• Гарантия: Вы не будете оплачивать стоимость детали, если на нее распространяется гарантия производителя.
• Домашние гарантии: Если у вас есть домашняя гарантия, которая распространяется на HVAC, то часть затрат на детали и оплату труда, которые вы должны будете оплатить, будет определяться условиями гарантии.
• Тип змеевика: Существует три типа змеевика конденсатора. Мы описали их ниже. С точки зрения стоимости это стандартные катушки ($ — $$), катушки Spine Fin ($$ — $$$) и катушки с микроканалом ($$$).
• Марка или универсальная: Spine fin и micro- Замены катушки канала должны быть произведены брендом.Детали Lennox также являются собственностью компании. Большинство стандартных катушек можно заменить на общие / универсальные детали, хотя могут быть указаны запасные части от известных производителей.
• Размер агрегата: Чем больше емкость агрегата, тем дороже будет стоить ремонт. Это связано с тем, что деталь больше и требует большего количества хладагента, а хладагент стоит дорого.
• Стоимость жизни: Цены на ремонт систем вентиляции и кондиционирования соответствуют прожиточному минимуму в вашем районе. Они высоки на побережьях и вблизи них, а также на Аляске и Гавайях, самые низкие в сельских районах и примерно средние в мегаполисах, а не на побережьях.

Затраты на установку

Замена змеевика конденсатора требует больше, чем просто 3-5 часов труда, необходимых для снятия и замены неисправного змеевика на новый. Стоимость установки включает:

• Удаление оставшегося хладагента из системы и его утилизация
• Отсоединение, удаление и утилизация старого змеевика
• Установка нового змеевика и любых поддерживающих деталей, которые нельзя использовать со старого змеевика и соединения
• Добавление необходимой заправки хладагента и тестирование системы
• Накладные расходы компании, включая заработную плату, страховку, командировки, оборудование и инструменты.
• Справедливая прибыль

Нетрудно увидеть, как быстро складываются затраты.

Типы змеевиков конденсатора

Вот краткое описание каждого из них.

• Ребристый змеевик: Большинство змеевиков имеют большие размеры и имеют медные или алюминиевые трубки для хладагента, проходящие через змеевик, передающие тепло ребрам. Большинство марок, не упомянутых в следующих двух типах катушек, имеют стандартные катушки. Сюда входят Carrier, Bryant, Goodman, Amana, Rheem / Ruud, Heil, Lennox и Armstrong Air.
• Микроканальный змеевик: Эти змеевики имеют тонкие плоские трубки, по которым хладагент проходит через змеевик. Плавники плотно набиты. Цель состоит в том, чтобы максимально увеличить площадь поверхности для более быстрой передачи тепла. Бренды Johnson Controls York, Luxaire и Coleman используют их в некоторых своих моделях. То же самое делают и бренды Nortek Global, включая Maytag, Frigidaire, Westinghouse, Tappan и Broan. Микроканальные змеевики используются в HVAC и автомобильной промышленности. Однако у микроканальных катушек от Johnson Controls есть хорошо задокументированная проблема с утечкой.Фактически, в 2017 году Johnson Controls урегулировала крупный коллективный иск из-за проблемных катушек.
• Катушка с ребристыми ребрами: American Standard и Trane (бренды Ingersoll-Rand) являются единственными производителями катушек с ребристыми ребрами. Катушки имеют крошечные иглы, которые немного похожи на щетину ершика для бутылок, за исключением того, что они сделаны из алюминия. Через них излучается тепло.

Если вы хотите узнать больше о катушках, это видео на YouTube является информативным.Профессиональный специалист по системам вентиляции и кондиционирования Стив Лавимоньер дает краткий обзор этих типов вместе с их плюсами и минусами … и немного смеется.

Стоимость змеевика испарителя

Змеевик испарителя также называется внутренним змеевиком. Хладагент внутри трубки змеевика испаряется при прохождении через клапан. Когда это происходит, он собирает тепло от проходящего над ним воздуха. Охлажденный воздух по воздуховодам поступает в ваш дом. Змеевик испарителя охлаждается по мере отвода тепла от окружающего его воздуха.Влага в воздухе, проходящем над ним, конденсируется на змеевике и стекает в канализацию. Так воздух в вашем доме охлаждается и осушается.

Есть два основных типа змеевика испарителя:

• Без кожуха: Змеевик без кожуха — это змеевик, который устанавливается внутри шкафа печи или, возможно, в воздуховоде. У него нет своего дела. Когда вы заменяете только катушку, скорее всего, будет использоваться устройство без корпуса.
• В кожухе: Змеевик в кожухе поставляется в отдельном шкафу и обычно устанавливается вместе с заменяемой печью или устройством обработки воздуха.Мы включаем затраты на оба типа для тех, кто думает о модернизации всей своей системы HVAC.

долларов США

Емкость змеевика	Без корпуса	Обсаженный	Установка	Общая стоимость *
1,5–2,0 тонны	185–565 долларов США	340–825 долларов США	400–595 долларов США	585 долларов США — 1415 долларов
2,5 тонны	230 долларов — 780 долларов	425 долларов — 985 долларов	445 долларов — 650 долларов	675 долларов — 1635 долларов
3.0 тонн	265–1000 долларов	500–1350 долларов	515– 675 долларов	780–2025 долларов
3,5 тонны	300–1115 долларов	565–1475 долларов	550–725 долларов	850– 2200 долларов
4,0 тонны	410–1240 долларов	695–1 600 долларов	595–750 долларов	1005–2 350 долларов США
5,0 тонны	430–1395 долларов США	875–1725 долларов США	665 649 долларов США
* Если для вашей системы не требуется дорогостоящая запатентованная деталь, ваша общая стоимость будет ближе к нижнему или среднему значению стоимости детали и общей стоимости.

Мы подробно описали факторы стоимости замены змеевика и разбивку затрат на установку выше для затрат на змеевик конденсатора. Они одинаковы для змеевиков испарителя, за исключением типа змеевиков. Фактическая катушка, будь то в корпусе или без корпуса, имеет одну из трех форм:

• Катушки A: Это самые распространенные. Имея форму дома с А-образной рамой, влага конденсируется на змеевике и стекает по склону в канализацию.
• Катушки N: Преимуществом змеевика N-формы является дополнительная «ножка», позволяющая увеличить площадь поверхности для передачи тепла.
• Бухты плиты: Эти блоки более плоские, чем другие. Змеевики плиты используются в горизонтальных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Катушки N стоят на 15–25% больше, чем катушки A и катушки слябов при той же мощности.

Ремонт против замены

Столкнувшись с дорогостоящим счетом за ремонт, следует ли выбрать ремонт или заменить весь блок или систему? Давайте рассмотрим каждый компонент отдельно.

Змеевики конденсации: Мы рекомендуем заменять весь кондиционер или тепловой насос, если срок гарантии не истек и змеевик вышел из строя.Это связано со значительными расходами на замену змеевика конденсатора. В некоторых случаях он настолько высок, что замена всего конденсаторного блока (переменного тока или теплового насоса) обходится дешевле, чем замена только змеевика . Причина в том, что разборка устройства, ремонт и сборка занимают гораздо больше времени, чем сборка нового устройства на заводской сборочной линии. Даже если стоимость детали покрывается, вы можете заменить блок. На новый тепловой насос или кондиционер предоставляется гарантия.Кроме того, у вас есть варианты повышения эффективности для снижения энергопотребления и затрат, а также повышение производительности до уровня, обеспечивающего лучший климат-контроль и комфорт.

Испарительные змеевики: Если печь или воздухообрабатывающий агрегат, используемый с внутренним змеевиком, старше 10 лет и находится в хорошем рабочем состоянии, то замена змеевика испарителя имеет смысл. Это особенно верно, если для снижения затрат можно использовать универсальную сменную катушку. Если заменяемая деталь должна быть запатентованной, вам нужно будет сравнить затраты, чтобы принять решение о ремонте / замене.

Когда печи или воздухообрабатывающему устройству более 10 лет и он уже требует дорогостоящего ремонта, лучшим выбором будет замена всего вашего внутреннего оборудования — печи или воздухообрабатывающего устройства и змеевика испарителя. Замена дает вам новый блок с гарантией и позволяет при желании повысить эффективность и производительность.

Более подробная информация представлена ​​в нашем Руководстве по ремонту и замене Trane. Принципы замены устройства применимы к любому бренду.

Использование нашего бесплатного инструмента оценки для сравнения стоимости ремонта и замены

Используя наш бесплатный инструмент оценки, вы можете получить как минимум 3 предложения (как ремонт, так и замену) от ваших местных подрядчиков за считанные минуты.Затем вы можете сравнить и решить, нужно ли вам заменить весь блок в соответствии с приведенными выше рекомендациями.

Также попробуйте:

Гарантия на HVAC Окончательное руководство

Затраты на ремонт HVAC | Сервис, техобслуживание и почасовая оплата

.Завод по производству катушек переменного тока

, производственная компания OEM / ODM по изготовлению катушек переменного тока

Всего найдено 1324 фабрики и компании по производству катушек переменного тока с 3972 продуктами. Получите высококачественную катушку переменного тока из нашего огромного выбора надежных заводов по производству катушек переменного тока. Золотой член

Тип бизнеса:	Производитель / Завод , Торговая компания
Основные продукты:	Электромагнитный клапан , катушка , электромагнитный клапан, соленоиды, автоматический клапан , катушка
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	ODM, OEM
Расположение:	Нинбо, Чжэцзян
Производственные линии:	5

Бриллиантовый член

Тип бизнеса:	Производитель / Завод , Торговая компания
Основные продукты:	Трансформатор тока с разъемным сердечником, Катушки Роговского , Трансформатор тока
Mgmt.Сертификация:	ISO9001: 2008
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	Собственный бренд, ODM, OEM
Расположение:	Уси, Цзянсу

Золотой член

Тип бизнеса:	Производитель / Завод , Торговая компания
Основные продукты:	Алюминий Катушка , Алюминий с цветным покрытием Катушка
Mgmt.Сертификация:	ISO 9001, ISO 14001, ISO 20000, OHSAS / OHSMS 18001
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	Собственный бренд, ODM, OEM
Расположение:	Линьи, Шаньдун

Золотой член

Тип бизнеса:	Торговая компания
Основные продукты:	Автозапчасти
Mgmt.Сертификация:	ISO 9001
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	ODM
Расположение:	Гуанчжоу, Гуандун

Бриллиантовый член

Тип бизнеса:	Производитель / Завод
Основные продукты:	Пневматический цилиндр, воздушный цилиндр, электромагнитный клапан, пневматический компонент, пневматический
Mgmt.Сертификация:	ISO 9001, ISO 9000, ISO 14001, ISO 14000, ISO 20000 …
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	OEM, ODM, собственный бренд, Smartsolu
Расположение:	Нинбо, Чжэцзян

Бриллиантовый член

Тип бизнеса:	Производитель / Завод , Торговая компания
Основные продукты:	Цветное покрытие Алюминий / Сталь
Mgmt.Сертификация:	ISO9001: 2015, ISO14001: 2015, OHSAS18001: 2007
Собственность завода:	Общество с ограниченной ответственностью
Объем НИОКР:	ODM, OEM
Расположение:	Люань, Аньхой

.