Резонанс напряжений
Явление, при котором в последовательной цепи, состоящей из элементов с параметрами , общее напряжение цепи совпадает по фазе с током ( ), называют резонансом напряжений.
Р
езонанс
напряжений возникает, когда реактивное
сопротивление цепи равно нулю (
).
В этом случае индуктивные и емкостные
напряжения компенсируют друг друга
(
),
так как они равны по величине и
противоположны по фазе (рис. 12).
При резонансе ток в цепи может достигать значительной величины, так как его значение будет зависеть только от активного сопротивления:
.
При
имеем
,
т. е. напряжения на участках с индуктивностью
и емкостью могут быть значительно больше
приложенного напряжения.
Параллельное соединение приемников
в цепях синусоидального тока.
На
рис. 13, а показана схема параллельного
соединения электроприемников и
соответствующая ей векторная диаграмма
(рис. 13, б), на которой за исходный вектор
принят вектор напряжения, так как он
является общим для параллельных ветвей.
Вектор тока
опережает по фазе вектор напряжения на
угол
,
а вектор тока
отстает по фазе от вектора напряжения
на угол
,
т. к. характер нагрузки первой ветви
активно – индуктивный.
Согласно
первому закону Кирхгофа, мгновенное
значение тока в неразветвленной части
цепи равно алгебраической сумме
мгновенных значений токов в ветвях:
.
Д
ля
действующих значений токов алгебраическая
сумма заменяется геометрической, т. е.
для рис. 13, б вектор общего тока равен
геометрической сумме векторов токов
и
:
.
Полученный
треугольник oab (рис. 13, в)
называется треугольником токов. Очевидно,
что
.
Активная составляющая общего тока (рис. 13, б) равна арифметической сумме активных составляющих токов ветвей:
,
где
и реактивная составляющая – алгебраической сумме реактивных составляющих этих токов:
.
При этом реактивные составляющие токов ветвей с индуктивным характером нагрузки берут со знаком «плюс», а ветвей с емкостным характером со знаком «минус». На основании векторной диаграммы (рис. 13, б) можно написать аналитические выражения мгновенных значений напряжения и токов цепи (рис. 13, а). Если принять, что то
;
;
.
Резонанс токов
В параллельной цепи с индуктивными и емкостными приемниками (рис. 13, а) возможно явление, когда общий ток цепи (ток неразветвленного участка) и напряжение на входе цепи совпадают по фазе. Это явление называется резонансом токов.
П
ри
резонансе токов реактивные составляющие
токов индуктивной
и емкостной
ветвей равны по величине и противоположны
по фазе (рис. 14). Реактивная мощность
цепи
,
т. е. цепь при резонансе токов не потребляет
от источников реактивной энергии. В
цепи с резонансом токов наблюдается
взаимный обмен энергией между
электрическими и магнитными полями.
Источник компенсирует лишь потери
энергии в активном сопротивлении.
Повышение коэффициента мощности
в электрических цепях переменного тока
Большинство промышленных потребителей
переменного тока носят активно –
индуктивный характер. Некоторые из них
работают с низким коэффициентом мощности
(
):
.
Энергетический процесс в цепи, содержащей и , складывается из двух энергетических процессов: во – первых, энергия передается от источника в активную нагрузку с сопротивлением , где она необратимо преобразуется в другие виды энергии; во – вторых, совершается периодический процесс обмена энергией между источником и магнитным полем приемника. Чем меньше , тем большую роль играют эти бесполезные колебания энергии.
Для уменьшения реактивной мощности и
повышения коэффициента мощности
параллельно потребителю включают
батарею конденсаторов или синхронный
компенсатор, при этом общая реактивная
мощность уменьшается, так как
и тем самым, увеличивается коэффициент
мощности.
Повышение коэффициента мощности приводит к уменьшению тока в проводах линии, соединяющей потребитель с источником энергии. За счет этого снижаются потери энергии и, соответственно, стоимость израсходованной энергии, т. е. эксплуатационные расходы предприятия.