Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Полное сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс напряжений






Представим цепь, в которой последовательно соединены резистор, катушка индуктивности и конденсатор (рис. 14.7, а). Напряжение на зажимах a, b цепи, создаваемое внешним источником, выражается зависимостью (14.18). Как было показано в § 14.2, в общем случае сила тока в цепи и напряжение изменяются не в од­ной фазе, поэтому

I = I m cos ( w t - j), (14.34)

где j — разность фаз напряжения и силы тока.

 

` Рис. 14.7

 

Сумма напряжений на отдельных участках равна внешнему напряжению:

U = U m cos w t =UR + UL + UC. (14.35)

В соответствии с изложенным в § 14.2, напряжения UR, UL и UC c можно записать так:

UR = U m cos (w t - j) (14.36)

(в фазе с током);

UI = UL m cos (w t - j + p/2) (14.37)

(опережает силу тока по фазе на p/2);

UC = UC m cos (w t - j - p/2) (14.38)

(отстает от силы тока по фазе на p/2).

Подставив (14.36) — (14.38) в (14.35), после тригонометрических преобразований можно получить выражение для полного сопротив­ления цепи переменного тока и разности фаз ф. Однако более просто и наглядно удается это сделать с помощью векторных диаграмм.

На рис. 14.7, б по оси токов направлен вектор амплитуды силы тока I m. Так как по всей цепи амплитуда силы тока одинакова, то амплитуды напряжений на участках отложим относительно этого вектора: вектор UR m в одной фазе с силой тока; вектор UL m - с опережением силы тока по фазе на p/2, вектор UC m— c отставанием от силы тока по фазе на p/2. Суммируя три вектора, находим графически значения U mи j. Используя теорему Пифагора, имеем

(14.39)

Подставляя в (14.39) выражения этих амплитуд из (14.21), (14.27) и (14.32) и учитывая закон Ома, находим

(14.40)

где Zполное сопротивление цепи переменного тока, называемое импедансом. Из (14.40) получаем

(14.41)

Омическое сопротивление R цепи называют также активным, оно обусловливает выделение теплоты в цепи в соответствии с законом Джоуля—Ленца. Разность индуктивного и емкостного сопротивлений (XL – ХС) называют реактивным сопротивлением. Оно не вызывает нагревания элементов электрической цепи.

Запишем закон Ома применительно к амплитудам напряже­ния и силы тока в цепи (рис. 14.7):

(14.42)

Рис. 14.8 Из рис. 14.8 выразим также и значение j через известные величины:

(14.43)

 

Если индуктивное и емкостное сопротивления цепи при их последовательном соединении одинаковы (ХL = ХC), то [см. (14.41)] Z = R, и из (14.43) имеем tg j = 0 и j = 0. Это означает, что сила тока и приложенное напряжение изменяются в одной фазе так, как будто в цепи имеется только омическое сопротивление; напряжения на индуктивности и емкости одинаковы по амплитуде, но противоположны по фазе.

Этот случай вынужденных электрических колебаний называют резонансом напряжения.

Так как UL m = UC m, то L wрез = 1/(С wрез). Отсюда находим резо­нансную частоту:

(14.44)

При этом условии полное сопротивление Z цепи имеет на­именьшее значение, равное R, а сила тока достигает наибольшего значения. Векторная диаграмма для резонанса напряжений в цепи показана на рис. 14.8.

Если L w > 1/(С w), то tg j > 0 и j > 0, сила тока отстает по фазе от приложенного напряжения (см. рис. 14.7, б). При L w < 1/(С w) имеем tg j < 0 и j < 0. Сила тока опережает по фазе напряжение. Векторная диаграмма для этого случая дана на рис. 14.9.

 

 

Рис. 14.9






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.