10.Работа емкости в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

Емкостной элемент(конденсатор) ведет себя по сравнению с индуктивностью с точностью до наоборот. Здесь ток опережает напряжение на 90°. Физически это означает, что в момент включения цепи ток в ней будет максимальным. По мере зарядки конденсатора напряжение на нем будет приближаться к напряжению источника и как только они сравняются, ток в цепи будет ноль. После этого в следующую четверть периода начнется разрядка напряжения, а ток будет возрастать. Далее синусоидальное напряжение сменит полярность и процесс повторится. Мгновенная мощность в емкостном элементе положительна в те интервалы времени, в течение которых напряжение(а не ток, как в индуктивном элементе) возрастает(независимо от знака). В течение этих интервалов происходит зарядка емкости и в его электрическом поле накапливается энергию. При уменьшении напряжения (опять-таки по модулю, т.е по абсолютному значению)на емкости мгновенная мощность отрицательна. Емкостной элемент разряжается и энергия, запасенная в его электрическом поле, возвращается к источнику. Таким образом, в емкостном элементе, так же как и в индуктивном, синусоидальный ток не совершает работы.

На векторной диаграмме показано, что вектор комплексного значения тока конденсатора IС опережает по фазе вектор комплексного значения напряжения конденсатора UС на угол п/2 (90°).

 Энергетический режим емкостного элемента принято определять реактивной емкостной мощностью Q_C = I² X_C измеряется в ВАр (вольт-ампер реактивный).

Среднее значение мощности за период здесь равно нулю.

11.Работа индуктивности в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

Главным параметром является индуктивность L. - Генри (Гн). индуктивный элемент характеризуется преобразованием электрической энергии в энергию магнитного поля.

Изменение тока в цепи с индуктивностью L вызывает возникновение ЭДС самоиндукции, которая по закону Ленца противодействует изменению тока. При увеличении ЭДС е_L действует навстречу току, а при уменьшении – в направлении тока, противодействуя его уменьшению:

На векторной диаграмме показано, что вектор комплексного значения тока IL отстает по фазе от вектора комплексного значения напряжения UL на угол п/2 (90°). 

Среднее значение мощности за период здесь равно нулю.

Реактивная (индуктивная) мощность Q_L = (U_m I_m) / 2, Q_L = I² X_L.

12.Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов r, l, c. Привести схему цепи и вывод закона Ома для нее.

Закон Ома для цепи переменного тока:

U=I*Z

Где: U - напряжение, В I - ток, А Z - полное сопротивление, Ом

13.Режимы работы цепи переменного тока с последовательным соединением элементов r, l, c. Какие свойства возникают в цепи при резонансе напряжений.

Режимы работы эл. Цепей, т.е. ее состояние, определяется значениями электрических токов, напряжения и мощности ее отдельных элементов.

1. Номинальный режим работы эл. Цепи – это режим работы, при котором все элементы эл. Цепи работают в соответствии с их паспортными данными.

2. рабочий режим: - это режим, отличающийся от номинального в допустимых пределах.

3. режим холостого хода (ХХ) I=0. Un=0, U=Un

4. Режим КЗ U=0. In=max In=U/Pn

Резонансом в электрических цепях называется режим участка электрической цепи, содержащей индуктивный (Х_L) и емкостной (Х_С) элементы, при котором угол сдвига фаз  между напряжением и током равен нулю (). Различают резонанс напряжений и резонанс токов.

При этом индуктивное сопротивление равно емкостному, то есть .

Угол сдвига фаз  определяется по формуле:

При  или можно записать

Из последнего соотношения следует, что резонанс напряжения в цепи можно достигнуть следующими способами:

• изменением индуктивности L катушки;

• изменением электрической емкости С конденсатора;

• изменением частоты тока f питающей сети.

Условия возникновения резонанса: -переменный ток

-наличие конденсаторов(X_C) и катушки (X_L) в цепи

-X_L=X_C

-последовательное соединение

Характерные особенности резонанса напряжений

1. Полное сопротивление Z цепи при резонансе равно активному сопротивлению

.

2. Результирующий ток в цепи имеет максимальное значение

Зависимость тока I от частоты f имеет вид:

3. Напряжение на участке с активным сопротивлением R равно напряжению питания U и совпадает с ним по фазе .

4. Активная мощность при резонансе имеет максимальное значение .

Можно предположить, что в цепи существует следующее соотношение между активным (R) и реактивными сопротивлениями (X_L и X_C),

тогда можно записать .

То есть напряжения на участках с реактивными элементами (U_L и U_C) будут больше напряжения питания U.

Свойство усиления напряжения на реактивных элементах при резонансе напряжения используется в технике.

Коэффициент усиления напряжения равен добротности Q контура

Однако повышенное напряжение на реактивных элементах может привести к пробою электрической изоляции проводов и представлять опасность для обслуживающего персонала.

Векторная диаграмма при резонансе напряжений строится с учетом особенностей режима резонанса

=0, ,