8. Электрическая цепь переменного тока. Характеристики идеальных и реальных элементов це­пи переменного тока. Условно-графические обозначения. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.

ОТВЕТ: В реальной цепи переменного тока происходит сложный энергетический процесс необратимого преобразования и периодического обмена электрической энергией. Для удобства и расчёта таких цепей составляют условные идеальные, так называемые, электрические схемы замещения (ЭСЗ или СЗ), которые полностью отражают электрофизические закономерности реальной цепи и составлены из так называемых идеальных электрических элементов.

Источники ЭДС и тока называются активными элементами, а резистивные, индуктивные и емкостные элементы – пассивными элементами схем замещения.

Идеальный электрический элемент– это участок идеальной электрической цепи (СЗ), выделенной условно-графическим обозначением (УГО) или буквенно-цифровым обозначением (БЦО), и в которой происходит только один энергетический процесс.

1. R– резистивный (активный) идеальный элемент. Отражает процесс необратимого преобразования электрической энергии в другие виды.

2. Х – реактивный идеальный элемент. Отражает процесс обмена электрической энергией между переменными электромагнитными полями реальной цепи (потребителя электроэнергии) и источником.

1) R. В нём отсутствуют переменные электромагнитные поля, что обозначает отсутствие обмена реактивной мощностью. Полное преобразование электроэнергии в другие виды энергии.

2) R. Различают два типа реактивных элементов:x_L– индуктивный элемент,x_C– емкостный элемент.

Индуктивный элемент (идеальная катушка)

Емкостной элемент

Индуктивный элемент характеризуется понятием индуктивность и связан с наличием переменного магнитного поля. - индуктивность.- магнитное потокосцепление, где- число витков,- магнитный поток. В простейшем случае индуктивность катушки определяют по следующей формуле: ,, где- магнитная проницаемость среды,- длина и поперечное сечение магнитопровода катушки.. Наиболее просто и удобно применять индуктивность катушки за счёт измененияпутём перемещения ферромагнитного сердечника катушки..

Характеризуется понятием «ёмкость» и характеризует процесс обмена электрической энергией между переменным электрическим полем емкостного элемента и источником. Никакого преобразования электрической энергии не происходит. Ёмкость: , где- заряд конденсатора,- напряжение на обкладках (зажимах) конденсатора. В простейшем случае ёмкость плоско-параллельного конденсатора: , где- диэлектрическая постоянная,- площадь пластин,- расстояние между пластинами.

Реальная катушка и реальный конденсатор (активно-индуктивный (R-L) и активно-емкостной (R-C) элементы в цепи переменного тока).

В любом электротехническом изделии, включённом в цепь переменного тока, происходит два энергетических процесса:

1. Процесс преобразования электроэнергии. Происходит в активном элементе R.

2. Периодический обратимый процесс обмена электроэнергией. Происходит в реактивном элементе x.

Поэтому любое электротехническое устройство на схеме может быть представлено как комбинация двух идеальных элементов.

z– реальное электротехническое устройство →.

С целью упрощения ЭЦ в ряде случаев можно пренебречь наличием переменных электромагнитных полей (ЭМП). → Q=0 →x=0.

Примером такого устройства может служить резистор, лампа накаливания, нагревательный элемент. В этом случае:

1. .

2. Если в электротехническом устройстве можно пренебречь тепловыми потерями (преобразованиями) электроэнергии, то → Р=0 → R=0, тогда:

. Катушка рассматривается как идеальный индуктивный элемент.

3. .

R-L(реальная катушка)	R-С (реальный конденсатор)
Реальная катушка наряду с индуктивность L, связанной с наличием переменного магнитного поля (ПМП), обладает активным сопротивлением, обусловленным сопротивлением провода (), из которого изготовлена катушка и на которой происходят Джоулиевы потери, вызывающие нагрев катушки, то есть:	В реальном конденсаторе наряду с ёмкостью С, связанной с наличием переменного электрического поля (ПЭП), существуют тепловые потери элек5троэнергии в следствии переменной поляризации диэлектрика конденсатора и приводящие его к нагреванию. Эти тепловые потери на схеме можно представить в виде фиктивного элемента. .
Уравнение электрического равновесия
для действительного значения. ,	,
Особенности цепи
1. Сдвиг фаз
В RL цепи: Напряжение опережает ток.	В RС цепи: Ток опережает напряжение.
2. Коэффициент использования мощности (КИМ) .
Характеризует степень преобразования электроэнергии в другие виды, то есть в работу как полную так и бесполезную. КИМ .
3. Результирующая векторная диаграмма.
,.	,. Знак «-» обычно опускается и обозначает емкостной характер цепи..
4. Треугольники напряжений, сопротивлений и мощности.
Если вектор напряжения на векторной диаграмме (ВД) разложить на активную и реактивную составляющие, то получим треугольник напряжений.
Если напряжения поделить на ток, получим скалярный треугольник сопротивления R.
,,,,,.
Если треугольник сопротивлений умножить на квадрат силы тока (I2), получим треугольник мощности.
,,,,,.
5. Закон Ома. ,.

Произведение действующих значений напряжения между выводами источника и тока источникаопределяет так называемую полную мощность источника, равной полной мощности пассивного двухполюсника:.

Процесс обмена энергией между источником энергии и совокупностью индуктивных и емкостных элементов пассивного двухполюсника отображается его реактивной мощностью, равной реактивной мощности источника: .

Активная мощность двухполюсника и источника зависит от действующих значений напряжения и тока, а также от - коэффициента мощности. Активная мощность пассивного двухполюсника всегда положительна и не зависит от знака угла(). Она определяет энергетический режим пассивного двухполюсника в целом, то есть среднюю скорость необратимого преобразования энергии во всех резистивных элементах пассивного двухполюсника.,.

..