20 Măsurarea puterii în monofazat și circuite trifazate

Valoarea puterii active într-un circuit de curent alternativ monofazat este determinată de formula P \u003d UI cos phi, unde U este tensiunea receptorului, V, I este curentul receptorului, A, phi este defazajul dintre tensiune și curent .

Din formulă se poate observa că puterea din circuit curent alternativ poate fi determinat indirect prin pornirea a trei instrumente: un ampermetru, un voltmetru și un contor de fază. Cu toate acestea, în acest caz, nu se poate conta pe o precizie mai mare de măsurare, deoarece eroarea de măsurare a puterii va depinde nu numai de suma erorilor tuturor celor trei dispozitive, ci și de eroarea metodei de măsurare cauzată de modul în care sunt ampermetrul și voltmetrul. aprins. De aceea aceasta metoda poate fi utilizat numai atunci când nu este necesară o precizie ridicată de măsurare.

Dacă puterea activă trebuie măsurată cu precizie, atunci cel mai bine este să utilizați watmetre de sistem electrodinamic sau watmetre electronice. Pentru măsurători grosiere, pot fi utilizate wattmetre ferodinamice.

Dacă tensiunea din circuit este mai mică decât limita de măsurare a tensiunii a wattmetrului, curentul de sarcină este mai mic decât curentul admisibil al dispozitivului de măsurare, atunci circuitul pentru conectarea wattmetrului la circuitul AC este similar schema de includere a unui wattmetru într-un circuit DC. Adică, bobina de curent este conectată în serie cu sarcina, iar înfășurarea de tensiune este conectată în paralel cu sarcina.

Când conectați wattmetre electrodinamice, trebuie avut în vedere faptul că acestea sunt polare nu numai în circuitul DC, ci și în circuitul AC. Pentru a asigura abaterea corectă (spre scară) a săgeții instrumentului de la zero, începutul înfășurărilor de pe tabloul de bord este indicat printr-un punct sau un asterisc. Clemele marcate în acest fel se numesc cleme de generator, deoarece sunt conectate la o sursă de alimentare.

Bobina fixă ​​a wattmetrului poate fi conectată în serie cu sarcina numai la curenți de sarcină de 10 - 20 A. Dacă curentul de sarcină este mai mare, atunci bobina de curent a wattmetrului este pornită printr-un transformator de curent de măsurare.

Pentru măsurarea puterii într-un circuit AC cu cote mici putere, ar trebui utilizate wattmetre speciale cu cosinus scăzut. Scara lor indică ce valori de cos phi sunt destinate.

Când cos fi

Includerea unui wattmetru într-un circuit de curent alternativ, cu un curent de sarcină mai mare decât cel permis

Dacă curentul de sarcină este mai mare decât curentul admisibil al wattmetrului, atunci bobina de curent a wattmetrului este pornită printr-un transformator de curent de măsurare (Fig. 1, a).

Orez. 1. Scheme de conectare a unui wattmetru la un circuit de curent alternativ cu un curent mare (a) și la o rețea de înaltă tensiune (b).

Atunci când alegeți un transformator de curent, este necesar să vă asigurați că curentul primar nominal al transformatorului I 1 și este egal sau mai mare decât curentul măsurat în rețea.

De exemplu, dacă valoarea curentului în sarcină ajunge la 20 A, atunci puteți lua un transformator de curent proiectat pentru un curent nominal primar de 20 A cu un raport de transformare a curentului nominal Kn1 \u003d I 1 și / I 2 și \u003d 20/5 \u003d 4.

Dacă, în acest caz, tensiunea din circuitul de măsurare este mai mică decât cea permisă de wattmetru, atunci bobina de tensiune este conectată direct la tensiunea de sarcină. Începutul bobinei de tensiune cu un jumper / este conectat la începutul bobinei curente. De asemenea, este necesar să instalați jumperul 2 (începutul bobinei este conectat la rețea). Capătul bobinei de tensiune este conectat la un alt terminal de rețea.

Pentru a determina puterea reală în circuitul măsurat, este necesar să se înmulțească citirea wattmetrului cu raportul de transformare nominal al transformatorului de curent: P = Pw x Kn 1 = Pw x 4

Dacă curentul din rețea poate depăși 20 A, atunci ar trebui să alegeți un transformator de curent cu un curent nominal primar de 50 A, în timp ce Kn 1 \u003d 50/5 \u003d 10.

În acest caz, pentru a determina valoarea puterii, citirile wattmetrului trebuie înmulțite cu 10.

Măsurarea puterii în circuite trifazate poate fi efectuată folosind unul (Fig. 3.8),

două (Fig. 3.9) sau trei instrumente de măsură.

Puterea activă a unei sarcini simetrice în circuite trifazate poate fi măsurată cu un wattmetru (Fig. 3.8). Apoi iar puterea totală este:

Dacă sarcina este dezechilibrată, atunci este necesar să includeți un wattmetru în fiecare fază, iar suma citirilor acestora va da puterea totală a întregului circuit. În cazul unui circuit trifazat fără zero

fire, este suficient să folosiți două wattmetre (Fig. 3.9), apoi suma citirilor lor va da puterea totală a sarcinilor:

Să demonstrăm că suma a două citiri ale wattmetrelor este puterea consumată de trifazat

Pentru a porni wattmetrul, bornele generatorului acestuia (bornele marcate *I și *V) sunt scurtcircuitate cu un conductor. Pentru o citire corectă a wattmetrului, ambele cleme ale generatorului trebuie să fie conectate la același fir pe partea generatorului a sursei de curent, nu la sarcină. Apoi, cu un alt fir, o bobină fixă ​​este conectată în serie la circuit; în același timp, în funcție de limita de curent, acest fir este conectat la borna de 1A - cu un curent măsurat care nu depășește 1A, sau 5A cu un curent care nu depășește 5A.

Apoi este pornit în paralel cu circuitul cadru; pentru a face acest lucru, una dintre rezistențele suplimentare este conectată mai întâi la clemă (în funcție de limita de tensiune: 30V - până la 30V, 150V - până la 150V și 300V - 300V).

Cântarul de operare este instalat în canelura frontală a capacului instrumentului astfel încât partea frontală a dispozitivului a fost rotit la scara cu o limită de măsurare egală cu produsul dintre limita de curent și limita de tensiune.

Experimente cu un wattmetru

Mai jos sunt descrise doar experimente individuale care caracterizează capacitățile wattmetrului demonstrativ.

Experiență 1. Măsurarea puterii într-un circuit de curent alternativ monofazat cu sarcină activă.

Pentru a efectua acest experiment, un circuit electric este asamblat conform schemei prezentate în Figura 3.

Când efectuați un experiment, este recomandabil să puteți schimba fără probleme tensiunea, prin urmare, firele A, B ar trebui conectate la bornele de tensiune reglată ale tabloului de distribuție al școlii sau să utilizați un regulator de tensiune al școlii (sau alt transformator) care permite reglarea tensiunii în trepte.

Orez. 6 Diagrama circuit electric in experienta 1.

Ca sarcină, ar trebui să fie inclus un reostat glisant cu o rezistență de până la 20 ohmi (cu un curent admisibil de 5A).

Wattmetrul este conectat la circuit printr-o rezistență suplimentară de 150V și printr-o clemă de 5A (vezi diagrama).

După oprirea cursorului reostatului, astfel încât toate rezistențele reostatului să fie incluse în circuit, tensiunea este setată la sarcina de 50V și se observă citirile wattmetrului, voltmetrului și ampermetrului. Apoi cresc tensiunea la sarcină, setând 60, 80, 100V în serie, observând de fiecare dată citirile tuturor dispozitivelor.

Rezultatele acestui experiment confirmă faptul că puterea este egală cu produsul dintre tensiune și curent.

Experimentul 2. Măsurarea puterii într-un circuit de curent trifazat cu sarcină simetrică activă.

Cu ajutorul unui wattmetru demonstrativ, este posibil să se facă un experiment privind măsurarea puterii active a unui curent trifazat cu o sarcină uniformă a tuturor fazelor (adică atunci când sunt incluse sarcini identice în fiecare fază).

Pentru a realiza acest experiment, este asamblat un circuit electric, așa cum se arată în Figura 7.

În fiecare fază, o lampă electrică de aceeași rezistență este inclusă ca sarcină.

Instrumentele de măsurare utilizate sunt aceleași ca în experimentul anterior.

Limitele wattmetrului (pentru curent și tensiune) sunt stabilite în funcție de tensiunea și puterea lămpilor electrice.

este. 7 Diagrama circuitului electric din experimentul 2.

Conform citirilor instrumentelor, se stabilește că puterea unei faze este egală cu produsul dintre tensiunea de fază și curentul din fază.

Având în vedere simetria completă a circuitului de curent trifazat prezentat în Figura 4, calculați puterea întregului circuit prin înmulțirea citirii wattmetrului cu 3.

8.4.1 Setări multimetru

Această secțiune descrie detaliile modului de configurare a multimetrului.

Opțiuni de măsurare

Pentru a selecta un tip de măsurare:

1. Faceți clic pe unul dintre următoarele butoane:

Ampermetru- măsoară curentul care circulă printr-un circuit într-o ramură între două noduri. Conectați un multimetru în serie cu circuitul pentru a măsura curentul care curge, la fel ca un ampermetru real (așa cum se arată în diagrama de mai jos).

Pentru a măsura curentul unui alt nod dintr-un circuit, conectați un alt multimetru în serie cu acel circuit și activați din nou circuitul. Când se folosește un ampermetru, rezistența internă este foarte scăzută (1 ohm). Pentru a schimba rezistența, faceți clic pe a stabilit. Consultați „Setări interne - Caseta de dialog Setări multimetru”.

Voltmetru- măsurarea tensiunii între două noduri. Selectați V și conectați bornele voltmetrului în paralel cu sarcina (așa cum se arată în diagrama de mai jos).

Când este folosit ca voltmetru, multimetrul are o rezistență mare de intrare de 1 Gohm, care poate fi schimbată făcând clic pe a stabilit. Consultați „Setări interne - Caseta de dialog Setări multimetru”.

Ohmmetru- această opțiune este de a măsura rezistența dintre două noduri. Nodurile și tot ce se află între ele este denumită „rețea de componente”. Pentru a măsura rezistența, selectați această opțiune și conectați bornele multimetrului în paralel cu componentele rețelei (așa cum se arată în diagrama de mai jos).

Pentru o măsurare precisă, asigurați-vă că:

Nicio sursă în rețeaua componente

Componenta sau rețeaua de componente este împământată

Nu există nimic în paralel cu o componentă sau o rețea de componente.

Ohmmetrul generează un curent de 10 nA, care poate fi modificat făcând clic pe a stabilit. Consultați „Setări interne - Caseta de dialog Setări multimetru” . Dacă schimbați conexiunea ohmmetrului, activați din nou circuitul pentru a citi rezultatul.

Decibeli- măsoară căderea de tensiune în decibeli între două noduri de circuit. Pentru a măsura în decibeli, selectați această opțiune și conectați bornele multimetrului în paralel cu sarcina (așa cum se arată în diagrama de mai jos).

Standardul pentru calculele decibeli este setat la 774,597 mV, dar acesta poate fi modificat făcând clic pe a stabilit. Consultați „Setări interne - Caseta de dialog Setări multimetru”. Pierderile în decibeli se calculează după cum urmează:

Mod de funcționare (AC sau DC)

Buton de undă sinusoidală pentru măsurarea tensiunilor sau curenților RMS pe semnalele de tensiune AC. Semnalul oricărei componente DC va fi eliminat, astfel încât doar semnalul componentei AC va fi măsurat.

Buton de măsurare a curentului și tensiunii DC pentru semnal DC.

Notă: Pentru a măsura tensiunea RMS a unui circuit cu componente CA și CC, conectați un voltmetru CA și un voltmetru CC la nodurile corespunzătoare și măsurați tensiunile CA și CC.

Următoarea formulă poate fi folosit pentru a calcula tensiunea RMS atunci când ambele componente AC și DC sunt prezente în circuit. Aceasta nu este o formulă universală și ar trebui utilizată numai împreună cu Multisim.

Caseta de dialog Setări interne - Setări multimetru

Instrumentele ideale nu modifică circuitele măsurate. Un voltmetru ideal ar trebui să aibă o rezistență infinită, astfel încât să nu circule curent prin el atunci când este conectat la un circuit. Un ampermetru ideal nu ar trebui să introducă rezistență în circuit. Instrumentele reale nu se ridică la nivelul acestui ideal, așa că citirile lor vor fi foarte apropiate de valorile teoretice, calculate pentru circuit, dar nu vor fi niciodată absolut exacte.

Multimetrul din Multisim folosește foarte mic și foarte numere mari, care se apropie de zero și infinit pentru a calcula valori non-ideale în circuit. Pentru cazuri speciale, însă, comportamentul contorului poate fi modificat prin modificarea acestor valori pentru a simula efectul asupra circuitului (valorile trebuie să fie mai mari decât 0).

De exemplu, dacă măsurați tensiunea într-un circuit cu o rezistență foarte mare, creșteți rezistența voltmetrului. Dacă curentul măsurat este într-un circuit cu rezistență foarte mică, reduceți și mai mult rezistența ampermetrului.

Notă: O rezistență foarte mică a ampermetrului într-un circuit cu rezistență ridicată poate provoca o eroare de rotunjire matematică.

A afișa instalatii interioare Mod implicit:

1. Faceți clic a stabilit. Va apărea o casetă de dialog setările multimetrului.

2. Modificați opțiunile dorite.

3. Pentru a salva modificările, faceți clic pe O.K. Pentru a anula, faceți clic pe Anulare.

8.5 Generator de funcții

Generatorul de funcții este o sursă de tensiune de forme de undă sinusoidale, triunghiulare și dreptunghiulare. Aceasta oferă o modalitate convenabilă și realistă de a introduce semnale de stimul în circuit. Forma de undă poate fi modificată și pot fi controlate frecvența, amplitudinea, ciclul de lucru și offset-ul DC. gama de frecvente Generatorul de funcții este suficient de mare pentru a furniza semnale convenabile AC și audio și RF.

Generatorul de funcții are trei ieșiri pentru conectarea la circuit. Concluzia generală este nivel de referință pentru semnal.

Generator de funcții pe panou instrumenteși faceți clic pentru a plasa pictograma zonă de muncă. Pictograma este folosită pentru a conecta generatorul de funcții la schema. Faceți dublu clic pe pictogramă pentru a deschide un panou care este utilizat pentru a introduce setări și a vizualiza rezultatele măsurătorilor.

Pentru a trimite semnalul la masă, conectați cablul comun la masa componentei. Un terminal pozitiv (+) dă un semnal pozitiv în raport cu neutru concluzie generală. Terminal negativ (-), semnal negativ.

Notă: Dacă nu sunteți familiarizat cu conectarea și configurarea instrumentelor, consultați Adăugarea de instrumente la o schemă și Utilizarea instrumentelor.

8.5.1 Setările generatorului de funcții

Selectarea formei de undă

Puteți alege unul dintre trei tipuri diferite forma de undă ca ieșire.

Pentru a selecta o formă de undă, faceți clic pe Sinus-, triunghiular- sau undă pătrată buton.

Pentru a seta timpul de creștere/cădere a valului pătrat:

1. Faceți clic pe butonul undă pătrată. Buton Setați creșterea/căderea Timpul devine activ.

2. Faceți clic pe butonul Setați timpul de creștere/cădere pentru a afișa o casetă de dialog Setați timpul de creștere/cădere.

3. Introduceți la fixTimp de creștere/cădereși faceți clic pe Accept.

Opțiuni de semnal

Frecvență (1 Hz - 999 MHz)- numărul de cicluri pe secundă generate de semnal.

Ciclu de funcționare (1% - 99%)- raportul dintre starea activă și starea pasivă (perioada de pornire la perioada de oprire) pentru formele de undă triunghiulare și dreptunghiulare. Opțiunea nu se aplică pentru
semnal sinusoidal.

Amplitudine (1mV - 999 kV)- controlează tensiunea semnalului măsurat de la nivelul DC până la vârf. Dacă firul de plumb este conectat la masă și terminalul pozitiv sau negativ al instrumentului, măsurarea semnalului de la vârf la vârf este de la vârf la vârf. Dacă ieșirea este de la bornele pozitive și negative, măsurarea de la vârf la vârf este de patru ori amplitudine.

Offset (-999 kV și 999 kV)- controlează nivelul DC, raportat la care se modifică semnalul alternativ. Offset la 0, semnalul se deplasează de-a lungul axei x a osciloscopului (presupunând că Y POS este setat la 0). O valoare pozitivă crește nivelul DC, în timp ce o valoare negativă îl scade. Offset folosește unitățile specificate pentru Amplitudine.

8,6 Wattmetru

Wattmetrul măsoară puterea. Este folosit pentru a măsura cantitatea de putere activă produsă de căderea de tensiune și curentul care curge prin bornele unui circuit. Rezultatul este afișat în wați. Arata si wattmetrul Factor de putere, calculată din deplasarea dintre tensiune și curent și produsul lor. Factorul de putere este cosinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.

wattmetru pe panou instrumenteși faceți clic pentru a plasa pictograma în zona de lucru. Pictogramă folosită pentru conectare wattmetru cu o diagramă. Faceți dublu clic pe pictogramă pentru a deschide panoul de instrumente, care este folosit pentru a introduce setări și a vizualiza rezultatele.

8.6.1 Conectarea unui wattmetru

Un exemplu de conectare a unui wattmetru este prezentat mai jos. Detaliu conexiunea instrumentului, inclusiv un wattmetru, este descris în Adăugarea de instrumente la un circuit.

Notă: Dacă nu sunteți familiarizat cu conectarea și configurarea instrumentelor, consultați „Adăugarea de instrumente la o schemă” și „Utilizarea instrumentelor” înainte de a utiliza aceste instrumente.

8.7 Osciloscop

Faceți clic pe butonul pentru a utiliza instrumentul. Osciloscop pe panou instrumenteși faceți clic pe locația în care doriți să plasați pictograma în spațiul de lucru. Pictograma este folosită pentru a conecta un osciloscop la circuit. Faceți dublu clic pe pictogramă pentru a deschide panoul de instrumente, care este folosit pentru a introduce setări și a vizualiza rezultatele măsurătorilor.

Un osciloscop cu două canale afișează modificarea mărimii și frecvenței unui semnal electric. Afișează un grafic cu unul sau două semnale în același timp sau vă permite să comparați semnale.

Notă: Dacă ați ales să salvați rezultatele în fișiere .lvm sau .tdm, va apărea un dialog setări de reeșantionare a datelor. Consultați Salvarea fișierelor. Pe lângă butonul de salvare Salvați osciloscop, puteți salva rezultatele
simulări în fereastră grapher. Consultați Salvarea fișierelor.

Notă: Dacă nu sunteți familiarizat cu conectarea și configurarea instrumentelor, consultați Adăugarea de instrumente la o schemă și Utilizarea instrumentelor.

8.7.1 Setări osciloscop

bază temporară

Setarea bazei de timp controlează scara axei orizontale sau X a osciloscopului atunci când se compară mărimea semnalului și timpul (Y/T).

Pentru a obține un afișaj bun lizibil, setați baza de timp în raport invers cu setările de frecvență ale generatorului de funcții sau ale sursei de tensiune AC - cu cât frecvența este mai mare, cu atât baza de timp este mai mică (valoare mai mică).

De exemplu, dacă doriți să vedeți un ciclu de semnal de 1 kHz, baza de timp ar trebui să fie de aproximativ 1 milisecundă.

Poziția X

Această setare controlează punctul de pornire al semnalului pe axa X. Când poziția este 0, semnalul începe de la marginea stângă a afișajului. O valoare pozitivă (de exemplu, 2,00) mută punctul de pornire la dreapta. O valoare negativă (de exemplu, -3,00) deplasează punctul de pornire la stânga.

Axele (Y/T, A/B și B/A)

Axele de afișare ale osciloscopului pot comuta între afișarea raportului valoare/timp (Y/T) și afișarea raportului canalului (A/B și B/A). Cele mai recente instalații afișează relațiile de frecvență și fază, cunoscute sub numele de cifre Lissajous, sau pot afișa o buclă de histerezis. Când se compară intrarea canalului A și B (A/B), scara axei X este determinată de setarea volți/div pentru canalul B (și invers).

împământare

Nu este necesară împământarea osciloscopului dacă circuitul la care este conectat este împământat.

Setări Canal A și Canal B

Scară

Această setare determină scara axei Y. De asemenea, controlează scara axei x atunci când este selectat A/B sau B/A.

Pentru a obține un afișaj lizibil, setați scala pentru a se potrivi cu tensiunea așteptată a canalului. De exemplu, o intrare de curent alternativ de 3 volți umple afișajul osciloscopului pe verticală când axa Y este setată la 1 V/Div (1 volt/div). Dacă setarea scării este mărită, forma de undă va scădea. În cazul în care un a micsora, top parte semnalul dispare de pe afișaj.

Poziția Y

Aceste setări controlează originea pe axa Y. Când poziția Y este setată la 0,00, punctul de origine intersectează axa X. Mărirea poziției Y la 1,00, de exemplu, va muta 0 (punctul de început) cu o diviziune deasupra Axa X. Scăderea poziției Y la -1,00 o va muta în jos la prima diviziune de sub axa x.

Modificarea setării poziției Y pentru canalele A și B vă poate ajuta să vedeți formele de undă pentru comparație.

Conexiune de intrare (AC, 0 și DC)

Când este selectată conexiunea AC, este afișată numai componenta AC a semnalului. Conectarea AC este ca și cum adăugați un condensator în serie cu intrarea unui osciloscop. Ca și în cazul unui osciloscop real, atunci când utilizați o conexiune AC, primul ciclu nu este afișat cu precizie. Când componenta DC a formei de undă este calculată și eliminată în primul ciclu, forma de undă devine precisă. La conectarea DC, este afișată suma componentelor variabile și constante ale semnalului. Selectarea 0 afișează o linie dreaptă în punctul în care poziția Y este setată inițial.

Notă: Nu plasați un condensator în serie cu intrarea osciloscopului. Nu va trece curent prin osciloscop, iar analizele vor trata condensatorul ca fiind conectat incorect. Alegeți o conexiune AC.

Trigger

Aceste setări determină condițiile în care semnalul este afișat inițial pe afișajul osciloscopului.

Marginea declanșatorului (față semnal extern)

Pentru a începe afișarea semnalului în direcția sa pozitivă sau a semnalului în creștere, faceți clic pe butonul „marginea ascendentă”.

Pentru a începe afișarea unui semnal în direcția sa negativă sau a unui semnal în scădere, faceți clic pe butonul „marginea descendentă”.

Nivel de declanșare

Nivelul de declanșare este punctul de pe axa Y a osciloscopului care trebuie să traverseze nivelul semnalului înainte de a fi afișat pe afișaj.

Semnal de declanșare

Semnalul de comutare poate fi intern, cu referire la semnal de intrare canalul A sau B sau extern, cu referire la semnalul de pe pinul ceasului extern. Dacă acest semnal este „plat” sau dacă semnalul ar trebui să fie afișat cât mai curând posibil, selectați Auto.

Folosește butonul Cânta., pentru a da declanșatorului osciloscopului o singură trecere înainte de a atinge punctul de comutare. Când urma ajunge la sfârșitul ecranului osciloscopului, urma nu se va schimba până când faceți din nou clic pe butonul. Cânta.

Folosește butonul nici. pentru ca osciloscopul să actualizeze afișajul de fiecare dată când este atins nivelul de declanșare.

Folosește butonul Nici unul dacă nu trebuie să utilizați comutatorul.

Includem două ramuri paralele în circuitul de curent alternativ, conținând rezistențe active și și ampermetre și curenți de măsurare și în aceste ramuri (Fig. 301). Al treilea ampermetru A măsoară curentul din circuitul neramificat. Să presupunem mai întâi că ambele rezistențe sunt becuri incandescente sau reostate, rezistență inductivă m care pot fi neglijate în comparaţie cu rezistenţa lor activă (Fig. 301, a). Apoi, la fel ca în cazul curentului continuu, ne vom asigura că citirea ampermetrului este egală cu suma citirilor ampermetrului și, adică . Dacă rezistențele sunt reostate, atunci prin schimbarea rezistențelor, putem schimba fiecare dintre curenți și după cum ne place, dar egalitatea va fi întotdeauna păstrată. Același lucru se va întâmpla dacă înlocuim ambele reostate cu condensatoare, adică dacă ambele rezistențe sunt capacitive (Fig. 301, b), sau dacă ambele rezistențe sunt inductive, adică reostate înlocuite cu bobine cu miez de fier, a căror rezistență inductivă este cu atât mai mare decât cea activă, încât aceasta din urmă poate fi neglijată (Fig. 301, c).

Orez. 301. Rezistențele în ramurile paralele ale unui circuit de curent alternativ sunt de natură identică

Astfel, dacă rezistențele ramurilor paralele sunt de natură identică, atunci curentul din circuitul neramificat este egal cu suma curenților din ramurile individuale. Acest lucru este adevărat, desigur, și în cazul în care nu există două ramuri, ci orice număr dintre ele.

Să înlocuim acum într-una dintre ramuri (Fig. 302, a și b) rezistență activă capacitiv (condensator) sau inductiv (bobină cu inductanță mare și rezistență activă scăzută). În acest caz, experiența dă un rezultat care pare ciudat la prima vedere: curentul dintr-un circuit neramificat se dovedește a fi mai mic decât suma curenților din ambele ramuri: . Dacă, de exemplu, curentul într-o ramură este de 3 A, iar în cealaltă - 4 A, atunci ampermetrul dintr-un circuit neramificat nu va afișa un curent de 7 A, așa cum ne-am aștepta, ci doar un curent de 5 A. , sau 3 A, sau 2 A etc. e. Curentul va fi mai mic decât suma curenților și și când rezistența unei ramuri este capacitivă, iar cealaltă este inductivă (Fig. 302, c).

Orez. 302. Rezistențele în ramuri paralele de curent alternativ sunt de natură diferită

Astfel, dacă rezistențele ramurilor paralele sunt de natură diferită, atunci curentul din circuitul neramificat este mai mic decât suma curenților din ramurile individuale.

Pentru a înțelege aceste fenomene, să înlocuim în diagramele din Fig. 301 și 302 ampermetre cu osciloscoape și înregistrați forma curbei de curent în fiecare dintre ramurile paralele. Se dovedește că curenții de natură diferită în fiecare dintre ramuri nu coincid în fază unul cu celălalt sau cu curentul într-un circuit neramificat. În special, curentul dintr-un circuit cu rezistență activă conduce în fază cu un sfert de perioadă curentul dintr-un circuit cu rezistență capacitivă și întârzie în fază cu un sfert de perioadă față de curentul dintr-un circuit cu rezistență inductivă.

În acest caz, curbele care ilustrează forma curentului într-un circuit neramificat și într-una dintre ramuri sunt situate una față de alta, în același mod ca curbele 1 și 2 din Fig. 294. În cazul general, în funcție de raportul dintre rezistențele active și capacitive (sau inductive) ale fiecăreia dintre ramuri, defazajul dintre curentul din această ramură și curentul neramificat poate avea orice valoare de la zero la. Prin urmare, cu rezistență mixtă, diferența de fază dintre curenții din ramurile paralele ale circuitului poate avea orice valoare între zero și.

Această nepotrivire de fază a curenților în ramuri paralele cu rezistențe de natură diferită este cauza fenomenelor care au fost menționate la începutul acestui paragraf. Într-adevăr, pentru valorile instantanee ale curenților, adică pentru acele valori pe care acești curenți le au în același timp, se respectă regula binecunoscută:

Dar pentru amplitudinile (sau valorile efective) ale acestor curenți, această regulă nu este respectată, deoarece rezultatul adăugării a doi curenți sinusoidali sau a altor două valori care se modifică conform legii sinusoidale depinde de diferența de fază dintre cele adăugate. valorile.

Într-adevăr, să presupunem pentru simplitate că amplitudinile curenților însumați sunt aceleași, iar diferența de fază dintre ele este egală cu zero. Atunci valoarea instantanee a sumei celor doi curenți va fi pur și simplu egală cu dublul valorii instantanee a unuia dintre curenții însumați, adică forma curentului rezultat va fi o sinusoidă cu aceeași perioadă și fază, dar cu dublu față de amplitudine. Dacă amplitudinile curenților însumați sunt diferite (Fig. 303, a), atunci suma lor este o sinusoidă cu amplitudine egală cu suma amplitudinilor curenților însumați. Acest lucru se întâmplă atunci când diferența de fază dintre curenții însumați este zero, de exemplu atunci când rezistențele din ambele ramuri paralele sunt de natură identică.

Orez. 303. Adunarea a doi curenți alternativi sinusoidali. Curenți adăugați: a) coincid în fază (); b) opus în fază, adică deplasat în timp cu jumătate din perioada (); c) deplasat în timp cu un sfert din perioadă ()

Să luăm acum în considerare un alt caz extrem, când curenții însumați, având amplitudini egale, sunt opuse în fază, adică diferența de fază dintre ei este egală cu . În acest caz, valorile instantanee ale curenților însumați sunt egale în valoare absolută, dar opusă ca direcție. Prin urmare, suma lor algebrică va fi întotdeauna egală cu zero. Astfel, cu o defazare între curenții din ambele ramuri, în ciuda prezenței curenților în fiecare dintre ramurile paralele, nu va exista curent într-un circuit neramificat. Dacă amplitudinile ambilor curenți deplasați de sunt diferite, atunci vom obține curentul rezultat cu aceeași frecvență, dar cu o amplitudine egală cu diferența de amplitudini ale curenților însumați; în fază, acest curent coincide cu curentul, care are o amplitudine mare (Fig. 303, b). În practică, acest caz apare atunci când una dintre ramuri are rezistență capacitivă, iar cealaltă - rezistență inductivă.

În cazul general, atunci când adunăm doi curenți sinusoidali de aceeași frecvență cu o defazare, obținem întotdeauna curent sinusoidal aceeași frecvență cu o amplitudine care, în funcție de diferența de fază, are o valoare intermediară între diferența de amplitudini a curenților însumați și suma acestora. Pentru un exemplu din fig. 303,c prezintă o adunare grafică a doi curenți cu diferență de fază. Folosind o busolă, este ușor de verificat că fiecare ordonată a curbei rezultate este într-adevăr o sumă algebrică a ordonatelor curbelor și cu aceeași abscisă, adică pentru același moment de timp.

Elemente fundamentale > Sarcini și răspunsuri

Circuite AC monofazate (pagina 2)

12. Este inclus un condensator cu o capacitate de C \u003d 8,36 uF tensiune sinusoidală U=380 V frecventa f =50 Hz.
Determinați curentul în circuitul condensatorului.

Soluţie:
Capacitate

Curentul în circuitul condensatorului la o tensiune sinusoidală de 380 V

Curenții mai mari necesită capacități mai mari la o anumită frecvență.

13. Când condensatorul este pornit pentru o tensiune sinusoidală U = 220 V cu o frecvență f \u003d 50 Hz în circuit, curentul a fost stabilit eu \u003d 0,5 A.
Care este capacitatea unui condensator?

Soluţie:

Din formula capacitate capacitate

Metoda de determinare a capacității unui condensator, luată în considerare în această problemă, este cea mai puțin precisă, dar este simplă și nu necesită cheltuieli mari pentru aplicarea practică.

14. Când porniți cablul deschis la capăt pentru tensiunea U = 6600 V cu o frecvență f \u003d 50 Hz, curentul I \u003d 2 A a fost stabilit în circuit.
Neglijarea rezistență electrică cablu, determinați aproximativ capacitatea cablului la 1 km de lungime, dacă lungimea cablului este de 10 km.

Soluţie:
Miezurile cablurilor izolate unele de altele sunt un condensator. Dacă neglijăm rezistența miezurilor cablului, atunci curentul fără sarcină al cablului, adică curentul din cablu care este deschis la capăt, poate fi considerat pur capacitiv. În acest caz, relația reală

Unde - conducere capacitiva.
De aici

La frecvența f =50 Hz frecvență unghiulară, Prin urmare,

Capacitatea cablului la 1 km de lungime

Metoda descrisă pentru determinarea capacității unui cablu la 1 km de lungime este foarte aproximativă (neglijează rezistența activă a miezurilor cablului și conductivitatea activă a scurgerii de la miez la miez din cauza imperfecțiunii izolației; o distribuție uniformă a capacității pe lungimea cablului este permis).

15. Care este capacitatea băncii de condensatoare necesară pentru a obține o putere reactivă (capacitivă) de 152 VAR la tensiunea U = 127 V și frecvența f= 50 Hz.

Soluţie:
La frecventa f= Frecvența colțului de 50 Hz. Deoarece curentul bateriei este considerat pur
reactiv (tensiune de conducere de fază cu 1/ 4 perioade), apoi re putere activă este egal cu produsul dintre tensiune și curent:

Curentul capacitiv este egal cu produsul dintre tensiune și conductanța capacitivă, deci

Capacitatea bancului de condensatori

Puterea reactivă (capacitivă) poate fi reprezentată ca , exprimând curentul în termeni de tensiune și capacitate; de aici rezultă că atunci când tensiune dată iar puterea reactivă (capacitivă) în frecvență este proporțională cu capacitatea. Dacă izolarea plăcilor bancului de condensatori permite o creștere a tensiunii (de exemplu, înori), atunci puterea reactivă (capacitivă) va crește proporțional cu pătratul tensiunii (adică, de 3 ori). Astfel, în cazul în cauză importanţă are un raport dintre tensiune și nominal.

16. Într-o bobină (vezi problema 10) conectată la Tensiune AC U \u003d 12 V cu o frecvență de f \u003d 50 Hz, a fost stabilit un curent de 1,2 A.
Determinați inductanța bobinei.

Soluţie:
Raportul dintre tensiunea alternativă aplicată bobinei și curentul stabilit în aceasta se numeșterezistență deplină z bobine;

În problema 10, s-a determinat că rezistența activă a bobinei r \u003d 2,8 ohmi. Rezistența bobinei la curent supraputere este mai mare decât rezistența r la curent continuu datorită prezenței lui e. d.s. auto-inducție, care împiedică schimbarea curentului alternativ. Acest lucru este echivalent cu apariția în bobina de rezistență, numită inductivă:

unde L - inductanță, H
f - frecvență, Hz.
Relația dintre impedanța z , reactanță inductivăși rezistență activă r la fel ca între ipotenuză și catetele dintr-un triunghi dreptunghic:


unde este reactanța inductivă

Inductanța bobinei

În bobina luată în considerare, curentul este în fază cu tensiunea și tangenta unghiului de fază .

17. În circuit (Fig. 23), voltmetrul arată 123 V, ampermetrul 3 A și wattmetrul 81 W, frecvența rețelei este de 50 Hz.
Determinați parametrii bobinei.

Soluţie:
Raportul dintre tensiune și curent este egal cu rezistența totală a bobinei:

Wattmetrul măsoară puterea activă a circuitului, care în această problemă este pierderea de putere în rezistența r deci rezistenta bobinei

Impedanta z , rezistență activă r și reactanța inductivăbobinele sunt legate între ele prin același raport ca și ipotenuza și catetele dintr-un triunghi dreptunghic.

Prin urmare,

La frecvența f =50 Hz frecvență unghiulară

Reactanța inductivă egal cu produsul frecvenței unghiulare w și inductanța L; Prin urmare,

Factorul de putere al bobinei. .
18. O bobină fără miez de oțel este conectată la o tensiune constantă de 2,1 V, al cărei curent este de 0,3 A. Când aceeași bobină este pornită la o tensiune sinusoidală cu o frecvență de 50 Hz și o valoare efectivă de 50 V, curentul are o valoare efectivă de 2 A.
Determinați parametrii bobinei, puterea activă și aparentă.

Soluţie:
Atitudine tensiune constantă la curentul continuu în bobină este aproape egală (dacă neglijăm creșterea rezistenței din cauza deplasării curentului alternativ pe suprafața firului) cu rezistența activă:

Acesta este unul dintre parametrii bobinei. Raportul acestor cantități cu curent alternativ în bobină este egal cu rezistența totală:

reactanța inductivă:

Inductanța bobinei este al doilea parametru al acestuia:

Factorul de putere al bobinei:

Din tabele de mărimi trigonometrice .
Putere activă

Toata puterea

Factor de putere

Problemele 17 și 18 consideră două diferite căi determinarea parametrilor bobinei.

19. Un banc de condensatori cu o capacitate de C \u003d 50 μF este conectat în serie cu un reostat cu o rezistență r= 29,1 ohmi.
Determinați tensiunea pe banca de condensatoare și reostat, precum și curentul din circuit și puterea, dacă tensiunea aplicată este U = 210 V și frecvența rețelei f =50 Hz.

Soluţie:
O frecvență de 50 Hz și o capacitate de 50 μF corespunde unei capacități care este de 50 de ori mai mică decât o capacitate de 1 μF. Prin urmare,

Aici 3185 Ohm este rezistența unui condensator de 1 uF.
După condiție, rezistența reostatului r \u003d 29,1 ohmi. Rezistența totală a circuitului este legată de rezistențele active și capacitive în același raport ca și ipotenuza și piciorul triunghi dreptunghic:

Tensiunea reostatului

Tensiunea bancii de condensatoare

În virtutea conexiune serială mai multă tensiune era pe elementul de circuit cu mai multă rezistență.
Factor de putere

Din tabelele de mărimi trigonometrice, unghiul de fază .
Puterea activă a circuitului

Puterea totală a circuitului este egală cu produsul valorilor efective ale tensiunii și curentului:

Puterea aparentă este mult mai mare decât puterea activă, deoarece factorul de putere este mic, adică impedanta circuitul este de multe ori mai mare decât rezistența activă.

20. O lampă electrică cu o putere de P \u003d 60 W la o tensiunetrebuie conectat la o rețea cu tensiune alternativă U=220 V și o frecvență de 50 Hz. Pentru a compensa o parte din această tensiune, un condensator este conectat în serie cu lampa.
Ce capacitate este necesară pentru condensator?

Soluţie:
Tensiunea pe lampă va fi componenta activă a tensiunii de rețea aplicată, iar tensiunea pe condensator va fi componenta reactivă (capacitivă). Aceste tensiuni sunt legate de relație

Tensiunea condensatorului

Curentul din condensator este același ca și în lampă, adică.

Bazat pe reactanța capacitivă a legii lui Ohm

Deoarece la o frecvență f = 50 Hz capacitatea C = 1 μF corespunde capacității , atunci capacitatea condensatorului în cauză este aproximativ egală cu 8,7 microfarads.
Tensiunea în exces ar putea fi compensată prin conexiune în serie reostat cu lampă. De la reostat, ca lampă electrică, reprezintă o rezistență pur activă, atunci tensiunile de pe aceste elemente de circuit sunt în fază cu curent comunși, în consecință, între ei. În acest caz, va exista într-adevăr un raport

Unde - tensiune pe reostat, egală cu

La un curent al lămpii de 0,5 A, rezistența reostatului ar trebui să fie

În reostat, energia va fi consumată, transformându-se în căldură, iar pierderea de putere în reostat

Dacă capacitatea este pornită, tensiunea este „închisă” fără pierderi de energie.

21. În cazul sudării cu arc electric a foilor subțiri cu curent alternativ, în ea se dezvoltă putere la curentul I = 20 A . Tensiune sursă U =120 V, frecvența rețelei f =50 Hz (Fig. 24). Pentru a avea tensiunea necesară pe arc, a fost conectată în serie o bobină inductivă a cărei rezistență r = 1 ohm.
Determinați inductanța bobinei; rezistența unui reostat, care ar putea fi pornit în locul unei bobine; eficienţă circuite în prezența unei bobine și a unui reostat în ea.

Soluţie:
impedanta circuitului

Puterea aparentă la intrarea circuitului

Pierderea de putere în înfășurarea bobinei

Puterea activă a circuitului

Factorul de putere a circuitului

Din tabele de mărimi trigonometrice .
Rezistența circuitului

rezistență la arc

Reactanța inductivă a circuitului este reprezentată de reactanța inductivă a bobinei:

Aceeași valoare poate fi determinată din triunghiul rezistenței (Fig. 25, scară )

Inductanța dorită a bobinei

Dacă ar fi inclus un reostat în locul unei bobine, atunci rezistența circuitului ar avea aceeași valoare de 6 ohmi, dar ar fi pur activă:

Pierderea puterii bobinei

Pierderea de putere în reostat

Din aceasta este clar că eficiența circuitului este mai mare atunci când excesul de tensiune este „descărcat” bobină inductivă. Într-adevăr, eficiența în prezența unei bobine

eficienta in prezenta unui reostat

Nu trebuie să uităm că „rambursarea” excesului de tensiune de către o bobină (sau condensator) înrăutățește factorul de putere (în acest exemplu cu bobină șicu un reostat).

22. în serie cu o bobină ai cărei parametri suntși L \u003d 15,92 mH, este inclus un reostat cu rezistență,. Circuitul este pornit pentru tensiunea U=130 V la frecvența f=50 Hz.
Determinați curentul în circuit; tensiune pe bobină și reostat; factorul de putere al circuitului și bobinei.

Soluţie:
Reactanța inductivă a bobinei

Impedanța bobinei

Rezistența activă a unui circuit format dintr-o bobină și un reostat conectate în serie,

Impedanța circuitului

Pe baza legii lui Ohm, curentul din circuit

Tensiunea bobinei

Tensiunea reostatului

Suma aritmetică mult mai mult decât tensiunea aplicată U=130 V. Factorul de putere a circuitului

Factorul de putere al bobinei

Prin urmare, reostatul crește factorul de putere și rezistența circuitului, dar reduce curentul, crește consumul de energie al circuitului.
Într-adevăr, puterea activă a bobinei

puterea activa reostat

Deoarece circuitul este neramificat și există un singur curent, este recomandabil să începeți construirea unei diagrame vectoriale din acesta (Fig. 26).
Tensiunea de pe reostat, care este o rezistență pur activă, este în fază cu curentul; în diagramă, vectorul acestei tensiuni coincide în direcție cu vectorul curent. De la sfârșitul vectorului în sensul de avans al vectorului curent Eu, într-un unghi în direcția opusă rotației acelui ceasului, amânăm vectorul de tensiune pe bobină. Vectori construit astfel în scopul adunării conform regulii poligonului.

Soluţie:
Reactanța inductivă a primei bobine

adică este numeric egală cu rezistența activă , ceea ce determină decalajul de fază a curentului de la tensiune cu 1/ 8 perioade (la 45°).
Într-adevăr, tangenta unghiului de fază

Reactanța inductivă a celei de-a doua bobine

Din moment ce rezistenţa sa activă apoi tangenta unghiului de fază

Să construim un triunghi de rezistențe pe o scară pentru circuitul luat în considerare. Pentru a face acest lucru, setăm scara rezistențelor . Apoi, pe diagramă, rezistența de 1,57 ohmi va fi prezentată ca un segment de 15,7 mm, rezistența de 2,7 ohmi - ca un segment de 27 mm etc. În fig. 27 segment reprezentând rezistența activă, este așezată pe direcția orizontală, iar segmentul reprezentând reactanța inductivă, - în direcția verticală în unghi drept față de.

Impedantaprima bobină este ipotenuza triunghiului dreptunghic. Din vârful acestui triunghi în direcția orizontală, este trasat un segment care reprezintă rezistența., și într-un unghi drept față de acesta în sus - un segment care reprezintă rezistența. ipotenuza ce triunghi dreptunghic înseamnă impedanțăa doua bobină.
Din fig. 27 se poate observa că segmentul ae reprezentând impedanța z lanț neramificat de două spire, care nu este egal cu suma segmentelor ac și se, adică . Pentru a determina rezistența totală z a circuitului luat în considerare, ar trebui să adăugați separat valoarea activă (, segment аf ) și inductiv ( , segment ef ) rezistența bobinei.
Hipotenuza ae , adică rezistența totală z a circuitului, este determinată de teorema lui Pitagora:

Curentul din circuit este determinat de legea lui Ohm:

Tensiune pe prima bobină

Tensiune pe a doua bobină

Construim o diagramă vectorială (Fig. 28), luând scara:
a) pentru curent ; atunci vectorul curent va fi reprezentat printr-un segment de 25 mm lungime;
b) pentru tensiune; în timp ce vectorul de stres

În care alternatorul produce o tensiune sinusoidală. Să analizăm secvenţial ce se va întâmpla în circuit când închidem cheia. Vom lua în considerare momentul inițial când tensiunea generatorului este egală cu zero.

În primul trimestru al perioadei, tensiunea la bornele generatorului va crește, începând de la zero, iar condensatorul va începe să se încarce. Un curent va apărea în circuit, totuși, în primul moment de încărcare a condensatorului, în ciuda faptului că tensiunea de pe plăcile sale tocmai a apărut și este încă foarte mică, curentul din circuit (curent de încărcare) va fi cel mai mare. . Pe măsură ce sarcina condensatorului crește, curentul din circuit scade și ajunge la zero în momentul în care condensatorul este încărcat complet. În acest caz, tensiunea de pe plăcile condensatorului, urmând strict tensiunea generatorului, devine maximă în acest moment, dar de semn opus, adică este îndreptată către tensiunea generatorului.

Orez. 1. Modificarea curentului și tensiunii într-un circuit cu capacitate

Astfel, curentul cu cea mai mare forță intră gratuit în condensator, dar începe imediat să scadă pe măsură ce plăcile condensatorului sunt umplute cu sarcini și coboară la zero, încărcându-l complet.

Să comparăm acest fenomen cu ceea ce se întâmplă cu debitul de apă într-o conductă care leagă două vase comunicante (Fig. 2), dintre care unul plin, iar celălalt gol. Trebuie doar să împingeți clapeta care blochează calea apei, deoarece apa imediat din vasul din stânga sub presiune mare se va repezi prin conductă în vasul gol din dreapta. Cu toate acestea, imediat presiunea apei din conductă va începe să slăbească treptat, datorită alinierii nivelurilor din vase, și va scădea la zero. Curgerea apei se va opri.

Orez. 2. Modificarea presiunii apei în conducta care leagă vasele comunicante este similară cu schimbarea curentului în circuit în timpul încărcării condensatorului

În mod similar, curentul intră mai întâi într-un condensator neîncărcat și apoi slăbește treptat pe măsură ce este încărcat.

Odată cu începutul celui de-al doilea trimestru al perioadei, când tensiunea generatorului începe lent la început, apoi scade din ce în ce mai repede, condensatorul încărcat va fi descărcat la generator, ceea ce va provoca un curent de descărcare în circuit. Pe măsură ce tensiunea generatorului scade, condensatorul se descarcă din ce în ce mai mult, iar curentul de descărcare în circuit crește. Direcția curentului de descărcare în acest trimestru al perioadei este opusă direcției curentului de încărcare în primul trimestru al perioadei. În consecință, curba curentului, trecând valoare zero, este acum sub axa timpului.

Până la sfârșitul primului semiciclu, tensiunea de pe generator, precum și de pe condensator, se apropie rapid de zero, iar curentul din circuit atinge încet valoarea maximă. Reținând că mărimea curentului din circuit este mai mare, cu cât este mai mare cantitatea de sarcină transferată prin circuit, va deveni clar de ce curentul atinge maximul atunci când tensiunea de pe plăcile condensatorului și, prin urmare, sarcina condensatorului, scade rapid.

Odată cu începutul celui de-al treilea trimestru al perioadei, condensatorul începe să se încarce din nou, dar polaritatea plăcilor sale, precum și polaritatea generatorului, se schimbă „și se inversează, iar curentul, continuând să curgă în aceeași direcție. , începe să scadă pe măsură ce condensatorul se încarcă.La sfârșitul celui de-al treilea trimestru al perioadei, când tensiunile de pe generator și condensator ating maximul, curentul devine zero.

În ultimul trimestru al perioadei, tensiunea, în scădere, scade la zero, iar curentul, schimbându-și direcția în circuit, atinge valoarea maximă. Aici se termină perioada, după care începe următoarea, repetându-se exact pe cea precedentă etc.

Asa de, sub acțiunea tensiunii alternative a generatorului, condensatorul este încărcat de două ori în timpul perioadei (primul și al treilea trimestru al perioadei) și de două ori este descărcat (al doilea și al patrulea trimestru al perioadei). Dar întrucât alternarea una după alta este însoțită de fiecare dată de trecerea curenților de încărcare și descărcare prin circuit, putem concluziona că trece prin circuit cu o capacitate.

Acest lucru poate fi verificat prin următorul experiment simplu. Conectați-vă la curent alternativ printr-un bec iluminat electric Condensator de 25 W cu o capacitate de 4-6 microfarad. Lumina se va aprinde și rămâne aprinsă până când circuitul este întrerupt. Acest lucru indică faptul că un curent alternativ a trecut prin circuit cu capacitatea. Cu toate acestea, a trecut, desigur, nu prin dielectricul condensatorului, dar în fiecare moment de timp a reprezentat fie curentul de încărcare, fie curentul de descărcare al condensatorului.

Dielectricul, după cum știm, este polarizat sub acțiunea lui câmp electric, care apare în el când condensatorul este încărcat, iar polarizarea acestuia dispare când condensatorul este descărcat.

În acest caz, dielectricul cu curentul de polarizare care apare în el servește ca un fel de continuare a circuitului pentru curent alternativ și întrerupe circuitul pentru curent continuu. Dar curentul de deplasare se formează numai în dielectricul condensatorului și, prin urmare, nu există un transfer prin intermediul sarcinilor de-a lungul circuitului.

Rezistența oferită de un condensator la curentul alternativ depinde de valoarea capacității condensatorului și de frecvența curentului.

Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât mai multă sarcină este transferată prin circuit în timpul încărcării și descărcării condensatorului și, prin urmare, cu atât este mai mare curentul în circuit. O creștere a curentului în circuit indică faptul că rezistența acestuia a scăzut.

Prin urmare, pe măsură ce capacitatea crește, rezistența circuitului la curentul alternativ scade.

O creștere crește cantitatea de sarcină transportată prin circuit, deoarece încărcarea (și, de asemenea, descărcarea) condensatorului trebuie să apară mai repede decât la o frecvență joasă. În același timp, o creștere a valorii sarcinii transferate pe unitatea de timp este echivalentă cu o creștere a curentului din circuit și, în consecință, cu o scădere a rezistenței acestuia.

Dacă, în orice fel, reducem treptat frecvența curentului alternativ și reducem curentul la un curent constant, atunci rezistența condensatorului inclus în circuit va crește treptat și va deveni infinit de mare (circuit deschis) până în momentul în care apare. în.

Prin urmare, pe măsură ce frecvența crește, rezistența condensatorului la curentul alternativ scade.

La fel cum rezistența unei bobine la curentul alternativ se numește inductivă, rezistența unui condensator se numește capacitivă.

În acest fel, capacitatea este cu atât mai mare, cu atât capacitatea circuitului și frecvența curentului care îl furnizează este mai mică.

Capacitatea se notează cu X și se măsoară în ohmi.

Dependența capacității de frecvența curentului și capacitatea circuitului este determinată de formula Xc \u003d 1 /ωС, unde ω - frecvența circulară egală cu produsul lui 2π f, C este capacitatea circuitului în faradi.

Capacitatea, ca și cea inductivă, este de natură reactivă, deoarece condensatorul nu consumă energia sursei de curent.

Formula pentru un circuit cu o capacitate este I \u003d U / Xc, unde I și U sunt valori efective curent și tensiune; Xc - rezistența capacitivă a circuitului.

Proprietatea condensatoarelor de a oferi o rezistență mare la curenții de joasă frecvență și de a trece cu ușurință curenții frecventa inalta utilizat pe scară largă în circuitele echipamentelor de comunicații.

Cu ajutorul condensatorilor, de exemplu, se realizează separarea necesară funcționării circuitelor. curenți continuiși curenți de joasă frecvență de la curenți de înaltă frecvență.

Dacă este necesar să blocați calea curentului de joasă frecvență în partea de înaltă frecvență a circuitului, un condensator este conectat în serie fără capacitate mare. Opune multă rezistență curent de joasă frecvențăși în același timp trece cu ușurință curentul de înaltă frecvență.

Dacă este necesar să se prevină curentul de înaltă frecvență, de exemplu, în circuitul de alimentare al unei stații radio, atunci se folosește un condensator mare, conectat în paralel cu sursa de curent. Curentul de înaltă frecvență trece în acest caz prin condensator, ocolind circuitul de alimentare al stației de radio.

Rezistență activă și condensator în circuitul AC

În practică, există adesea cazuri când circuitul este în serie cu capacitatea Rezistenta totala lanțul în acest caz este determinat de formulă

Prin urmare, rezistența totală a unui circuit format din rezistențe active și capacitive la curent alternativ este egală cu rădăcina pătrată a sumei pătratelor rezistențelor active și capacitive ale acestui circuit.

Legea lui Ohm rămâne valabilă pentru acest circuit I \u003d U / Z.

Pe fig. Figura 3 prezintă curbele care caracterizează relațiile de fază dintre curent și tensiune într-un circuit care conține rezistențe capacitive și active.

Orez. 3. Curent, tensiune și putere într-un circuit cu un condensator și rezistență activă

După cum se poate observa din figură, curentul în acest caz conduce tensiunea nu mai mult cu un sfert din perioadă, ci mai puțin, deoarece rezistența activă a încălcat natura pur capacitivă (reactivă) a circuitului, așa cum demonstrează faza redusă. schimb. Acum, tensiunea la bornele circuitului este definită ca suma a două componente: componenta reactivă a tensiunii u s, care merge pentru a depăși rezistența capacitivă a circuitului și componenta activă a tensiunii, care depășește rezistența sa activă.

Cu cât rezistența activă a circuitului este mai mare, cu atât defazajul între curent și tensiune va fi mai mic.

Curba de schimbare a puterii în circuit (vezi Fig. 3) a căpătat un semn negativ de două ori în timpul perioadei, ceea ce, după cum știm deja, este o consecință a naturii reactive a circuitului. Cu cât circuitul este mai puțin reactiv, cu atât defazajul dintre curent și tensiune este mai mic și cu atât este mai mare puterea sursei de curent pe care acest circuit o consumă.

Bun venit tuturor pe site-ul nostru, sub rubrica „Electronică pentru începători”!

În articolul anterior, am discutat despre concepte, dar toate exemplele noastre au fost legate doar de curent continuu, așa că astăzi ne vom ocupa de variabila 🙂 Deci, să trecem de la vorbe la fapte!

Să aflăm mai întâi care este domeniul de aplicare circuite AC. Iar zona este destul de vastă 😉 Vedeți singur - toată gospodăria dispozitive electronice, calculatoarele, televizoarele etc sunt consumatori de curent alternativ, respectiv, toate prizele din casa noastra functioneaza cu curent alternativ.

De ce nu se folosește curentul continuu în aceste scopuri? La această întrebare pot fi date mai multe răspunsuri simultan.

În primul rând, este mult mai ușor să convertiți o tensiune AC de o magnitudine într-o tensiune de altă magnitudine decât să efectuați „înșelătorii” similare cu un curent continuu. Aceste transformări sunt efectuate folosind transformatoare, despre care vom vorbi cu siguranță ca parte a cursului nostru.

De ce să se schimbe deloc Tensiune AC? Și cu aceasta, totul este simplu și logic. De exemplu, să luăm în considerare situația transmiterii semnalului de la o centrală electrică la o singură casă.

După cum puteți vedea, tensiunea alternativă de înaltă tensiune „iese” din centrală electrică, apoi este convertită la tensiune joasă (de exemplu, 220V), apoi își atinge scopul prin liniile de transmisie de joasă tensiune - și anume consumatorii.

Apare întrebarea - de ce astfel de dificultăți? Ei bine, hai să aflăm...

Sarcina centralei este de a genera și transmite un semnal de mare (!) Putere (la urma urmei, există mulți consumatori). Deoarece valoarea puterii este direct proporțională atât cu valoarea curentului, cât și cu valoarea tensiunii, atunci pentru a se realiza puterea necesară este necesar, respectiv, fie creșterea curentului, fie a tensiunii semnalului. Este destul de problematic să creșteți valoarea curentului care curge prin fire, deoarece cu cât este mai mare curentul, cu atât ar trebui să fie mai mare aria secțiunii transversale a firului. Acest lucru se datorează faptului că, cu cât secțiunea transversală a conductorului este mai mică, cu atât rezistența acestuia este mai mare (reamintiți formula din articolul despre). Cu cât rezistența este mai mare, cu atât firul se va încălzi mai mult și, în consecință, mai devreme sau mai târziu se va arde. Astfel, utilizarea curenților uriași este nepractică și neprofitabilă din punct de vedere economic (aveți nevoie de fire „groase”). Prin urmare, concluzionăm logic că este absolut necesar să se transmită un semnal cu o valoare mare a tensiunii. Și deoarece avem nevoie de circuite de curent alternativ de joasă tensiune în casele noastre, devine imediat clar că conversia tensiunii este pur și simplu inevitabilă =) Și acest lucru implică avantajul curentului alternativ față de curentul continuu (în aceste scopuri), deoarece, așa cum am menționat deja, este necesar să convertiți tensiunea AC este cu un ordin de mărime mai ușoară decât DC.

Ei bine, un alt avantaj important al curentului alternativ este că este pur și simplu mai ușor de obținut. Și din moment ce am ajuns la acest subiect, să ne uităm doar la exemplul unui alternator 😉

Alternator.

Asa de, generator- aceasta este dispozitiv electric, a cărui sarcină este să transforme energia mecanică în energie AC. Să ne uităm la un exemplu:

În figură vedem exemplu clasic alternator. Să ne dăm seama cum funcționează și de unde vine curentul 😉

Dar mai întâi, câteva cuvinte despre nodurile principale. Generatorul include un magnet permanent (inductor) care creează un câmp magnetic. Poate fi folosit și un electromagnet. Cadrul rotativ se numește ancoră. LA acest caz armătura generatorului are o singură înfășurare/cadru. Această înfășurare este circuitul de curent alternativ, adică curentul alternativ este eliminat din ea.

Să trecem la principiul de funcționare al alternatorului…

Magnetul creează un câmp al cărui vector de inducție B este prezentat în figură. Un cadru conductor cu o zonă S se rotește uniform în jurul axei sale cu o viteză unghiulară w. Deoarece cadrul este rotit, unghiul dintre normala și planul cadrului și camp magnetic in continua schimbare. Să scriem formula pentru calculul acesteia:

Aici este unghiul la momentul inițial (t = 0). Să-l luăm egal cu 0, astfel:

Reamintim cursul de fizică și notăm expresia fluxului magnetic care trece prin cadru:

Mărimea fluxului magnetic, ca și unghiul, depinde de timp.

Conform legii lui Faraday, atunci când un conductor se rotește într-un câmp magnetic, în el apare o f.e.m. de inducție (în conductor), care poate fi calculată folosind următoarea formulă:

Acest EMF este folosit pentru a crea un curent în circuit (apare o diferență de potențial și, în consecință, curentul începe să curgă). După cum se poate observa din formulă, dependența curentului de timp va avea un caracter sinusoidal:

Acest semnal (sinusoidal) este utilizat în toate circuitele domestice de curent alternativ. Să aruncăm o privire mai atentă asupra parametrilor principali și, în același timp, să luăm în considerare principalele formule și dependențe.

Parametrii de bază ai unui semnal sinusoidal.

Această figură arată două semnale (roșu și albastru 🙂). Ele diferă doar într-un singur parametru - și anume faza initiala. Faza inițială este faza semnalului în momentul inițial de timp, adică la t = 0. Când discutăm despre generator, am luat valoarea egală cu zero, deci aceasta este faza inițială. Pentru aceste grafice, ecuațiile arată astfel:

Graficul albastru:

Graficul roșu:

Pentru a doua formulă, aceasta este faza AC și este faza inițială.

Adesea, pentru a simplifica calculele, luați faza initiala egal cu zero.

Valoarea la un moment dat este numită valoarea instantanee a curentului alternativ. În general, toți acești termeni sunt valabili pentru orice semnal armonic, dar din moment ce discutăm despre curent alternativ, ne vom ține de această terminologie 🙂 Valoare maximă funcția este egală cu 1, respectiv, valoarea maximă a curentului în cazul nostru va fi egală cu - valoarea amplitudinii.

Următorul parametru de semnal este Frecvența ciclică AC- -, la rândul său, se definește după cum urmează:

Unde este frecvența curentului alternativ. Pentru rețelele de 220 V care ne sunt familiare, frecvența este de 50 Hz (aceasta înseamnă că 50 de perioade de semnal se potrivesc într-o secundă). Iar perioada semnalului este:

Curent mediu pe o perioadă poate fi calculată după cum urmează:

Această formulă nu este altceva decât însumarea tuturor valorilor instantanee ale curentului alternativ. Și deoarece valoarea medie a sinusului pentru perioada este 0, atunci .

Aici încheiem astăzi, sper că articolul s-a dovedit a fi de înțeles și util pentru cititori 🙂 În curând vom continua să studiem electronica ca parte a noului nostru curs, așa că rămâneți pe fază și vizitați site-ul nostru!