- •Общая электротехника
- •1. Основные определения
- •1.1. Основные пояснения и термины
- •1.2. Пассивные элементы схемы замещения
- •Активные элементы схемы замещения
- •1.6. Основные законы электрических цепей
- •2. Эквивалентные преобразования схем
- •2.1 Последовательное соединение элементов электрических цепей
- •2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей
- •2.3.Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду
- •2.4.Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник
- •2.5. Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник
- •3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
- •3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
- •4 Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
- •4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •Метод контурных токов
- •Порядок расчета
- •Рекомендации
- •4.3. Метод узловых потенциалов
- •(4.8) Для узла 3:
- •4.4. Метод двух узлов
- •4.5. Метод эквивалентного генератора
- •1.5. Режимы работы электрических цепей
- •5. Электрические цепи однофазного переменного тока
- •5.1. Основные определения
- •5.4 Сопротивление в цепи синусоидального тока
- •5.5 Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
- •5.6 Емкость в цепи синусоидального тока
- •6. Трехфазные цепи
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Соединение в звезду. Схема, определения
- •6.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
- •6.4. Расчет трехфазной цепи, соединенной звездой
- •6.5. Мощность в трехфазных цепях
5.4 Сопротивление в цепи синусоидального тока
Если напряжение подключить к сопротивлению R, то через него протекает ток
(5.7)
Анализ выражения (5.7) показывает, что напряжение на сопротивлении и ток, протекающий через него, совпадают по фазе. Формула (5.7) в комплексной форме записи имеет вид
(5.8)
где и - комплексные амплитуды тока и напряжения. Комплексному уравнению (5.8) соответствует векторная диаграмма (рис. 5.4).
Из анализа диаграммы следует, что векторы напряжения и тока совпадают по направлению. Сопротивление участка цепи постоянному току называется омическим, а сопротивление того же участка переменному току - активным сопротивлением. Рис.5.4 Активное сопротивление больше омического из-за явления поверхностного эффекта. Поверхностный эффект заключается в том, что ток вытесняется из центральных частей к периферии сечения проводника.
5.5 Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
Сначала рассмотрим идеальную индуктивную катушку, активное сопротивление которой равно нулю. Пусть по идеальной катушке с индуктивностью L протекает синусоидальный ток . Этот ток создает в индуктивной катушке переменное магнитное поле, изменение которого вызывает в катушке ЭДС самоиндукции
(5.9)
Эта ЭДС уравновешивается напряжением, подключенным к катушке: u = eL = 0.
(5.10)
Таким образом, ток в индуктивности отстает по фазе от напряжения на 90o из-за явления самоиндукции. Уравнение вида (6.10) для реальной катушки, имеющей активное сопротивление R, имеет следующий вид:
(5.11)
Анализ выражения (6.11) показывает, что ЭДС самоиндукции оказывает препятствие (сопротивление) протеканию переменного тока, из-за чего ток в реальной индуктивной катушке отстает по фазе от напряжения на некоторый угол φ (0o< φ < 90o), величина которого зависит от соотношения R и L. Выражение (6.11) в комплексной форме записи имеет вид:
(5.12)
где ZL - полное комплексное сопротивление индуктивной катушки ; ZL - модуль комплексного сопротивления; - начальная фаза комплексного сопротивления; - индуктивное сопротивление (фиктивная величина, характеризующая реакцию электрической цепи на переменное магнитное поле). Полное сопротивление индуктивной катушки или модуль комплексного сопротивления
.
Комплексному уравнению (6.12) соответствует векторная диаграмма (рис.5.5).
Рис. 6.5
Из анализа диаграммы видно, что вектор напряжения на индуктивности опережает вектор тока на 90o. В цепи переменного тока напряжения на участках цепи складываются не арифметически, а геометрически. Если мы поделим стороны треугольника напряжений на величину тока Im, то перейдем к подобному треугольнику сопротивлений (рис. 5.6).
Из треугольника сопротивлений получим несколько формул: ; ; Рис. 5.6
;
; .
5.6 Емкость в цепи синусоидального тока
Если к конденсатору емкостью C подключить синусоидальное напряжение, то в цепи протекает синусоидальный ток
;
. (5.13)
Из анализа выражений 5.13 следует, что ток опережает напряжение по фазе на 90o.
Выражение (5.13) в комплексной форме записи имеет вид:
, (5.14)
где - емкостное сопротивление, фиктивная расчетная величина, имеющая размерность сопротивления.
Если комплексное сопротивление индуктивности положительно , то комплексное сопротивление емкости отрицательно .
На рис. 6.7 изображена векторная диаграмма цепи с емкостью. Вектор тока опережает вектор напряжения на 90o.
Рис. 5.7