Билет №11

1. Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Векторная диаграмма. Закон Ома.

Индуктивность влияет на силу переменного тока в цепи. Объясняется это самоиндукцией. При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно. Возникающее при нарастании силы тока вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Лишь по прошествии некоторого времени сила тока достигает наибольшего значения, соответствующего данному постоянному напряжению. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигать тех установившихся значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении, равном максимальному значению переменного напряжения. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью L цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Колебания напряжения на катушке индуктивности опережают колебания силы тока на π/2, или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на π/2. В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока равна нулю. В момент, когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по модулю.

Отношение амплитуды колебаний напряжения на катушке к амплитуде колебаний силы тока в ней называется индуктивным сопротивлением (обозначается X_L):

Связь амплитуды колебаний напряжения на концах катушки с амплитудой колебаний силы тока в ней совпадает по форме с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока:

В отличие от электрического сопротивления проводника в цепи постоянного тока, индуктивное сопротивление не является постоянной величиной, характеризующей данную катушку. Оно прямо пропорционально частоте переменного тока. Построим векторную диаграмму для цепи с индуктивным сопротивлением.

2. Схемы выпрямления.

Выпрямитель – статический преобразователь переменного тока в постоянный. В выпрямителях диоды соединяют по определенным схемам.

Двухполупериодная схема выпрямления.

В часть периода, когда ЭДС вторичной обмотки направлена снизу вверх, точка а и анод диода Д₁ имеют положительный потенциал, ток проходит по цепи через точки: среднюю точку трансформатора О, точка а, диод Д₁, сопротивление нагрузки R_н,, точка О.

При изменении направления ЭДС вторичной обмотки положительный потенциал имеет точка b и ток протекает через точки: среднюю точку трансформатора О, точку b, диод Д₂, сопротивление нагрузки R_н,, точку О.

Таким образом через нагрузку течет ток водного направления. Однако на выходе выпрямителя напряжение и ток имеют пульсирующее значение (смотри график).

Однофазная мостовая схема выпрямления. Схема содержит четыре диода. К одной диагонали моста подключается вторичная обмотка трансформатора, к другой - нагрузка.

При направлении ЭДС вторичной обмотки снизу вверх точка а имеет положительный потенциал и ток проходит по цепи: вторичная обмотка трансформатора, точка а, точка А, диод Д₁, точка Б, сопротивление нагрузки R_н, точка Г, диод Д₃, точка В, точка b вторичной обмотки.

При изменении направления ЭДС вторичной обмотки точка b имеет положительный потенциал и ток проходит по цепи: вторичная обмотка трансформатора, точка b, точка В, диод Д₂, точка Б, сопротивление нагрузки Rн, точка Г, диод Д₄, точка А, точка а вторичной обмотки.

Таким образом, ток в нагрузке не меняет направления, но изменяется по величине. Кривые изменения тока и напряжения имеют такой же вид как и в двухполупериодной схеме выпрямления.

Трехфазная схема выпрямления. Три диода анодами соединены с началами фаз трехфазной вторичной обмотки. Катоды образуют общую точку, являющуюся плюсовым полюсом на выходе выпрямителя; минусовой полюс – средняя точка вторичной обмотки трансформатора. В любой момент будет открыт тот диод, напряжение на аноде которого будет наиболее положительно. Напряжение на нагрузке будет представлять огибающую графиков напряжений в фазах вторичной обмотки, сдвинутых на треть периода (смотри график.