6. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлением

В цепи переменного тока различают два вида сопротивлений: активное и реактивное. Реактивное сопротивление в свою очередь разделяется на индуктивное и емкостное.

Активным сопротивлением называется такое сопротивление в котором электрическая энергия превращается в другие виды энергии (лампа накаливания, электроплиты, электродвигатели).

Реакивным сопротивлением обладают трансформаторы, конденсаторы и дроссели.

Пусть электрическая цепь состоит из источника переменного тока и активного сопротивления. Напряжение в цепи меняется по синусоидальному закону. U=Um·sin (w·t)

Величина мгновенного тока в цепи определяется по закону Ома.

Таким образом, ток в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением.

При включении в цепь переменного тока дросселя в нем возбуждается ЭДС самоиндукции противодействующая подведенному напряжению. Следовательно ЭДС самоиндукции создает дополнительное сопротивление. Активная составляющая напряжения совпадает по фазе с током, а индуктивная опережает его на 90⁰.

7. Цепь переменного тока с емкостью

Если в цепь постоянного тока включить конденсатор (идеальный— без потерь), то в течение очень короткого времени после включения по цепи потечет зарядный ток. После того как кон денсатор зарядится до напряжения, соответствующего напряжению источника, кратковременный ток в цепи прекратится. Следовательно, для постоянного тока конденсатор представляет собой разрыв цепи или бесконечно большое сопротивление.

Если же конденсатор включить в цепь переменного тока, то он будет заряжаться попеременно то в одном то в другом направлении. При этом в цепи будет проходить переменный ток.

В момент включения напряжение на конденсаторе равно ну­лю. Если включить конденсатор к переменному напряжению сети, то в течение первой четверти периода, когда напряжение сети будет возрастать, конденсатор будет заряжаться.

По мере накопления зарядов на обкладках конденсатора напряжение конденсатора увеличивается. Когда напряжение сети к концу первой четверти периода достигнет максимума, заряд конденсатора прекращается и ток в цепи становится равным нулю.

Ток в цепи конденсатора можно определить по формуле:

где q — количество электричества, протекающее по цепи. Известно:

где С — емкость конденсатора; u — напряжение сети; u_с—напряжение на обкладках конденсатора.

Окончательно для тока имеем:

Во вторую четверть периода напряжение сети будет умень­шаться, и конденсатор начнет разряжаться. Ток в цепи меняет свое направление на обратное. В следующую половину периода напряжение сети меняет свое направление и наступает перезаряд конденсатора и затем снова его разряд. Из рисунка 1 видно, что ток в цепи с емкостью в своих изменениях опережает по фазе на 90° напряжение на обкладках конденсатора.

Сравнивая векторные диаграммы цепей с индуктивностью и емкостью, мы видим, что индуктивность и емкость на фазу тока влияют прямо противоположно.

Скорость изменения тока пропорциональна угловой частоте , из формулы

получаем аналогично, что скорость изменения напряжения также пропорциональна угловой частоте и для действующего значения тока имеем

Обозначая

где х_с называется емкостным сопротивлением, или реактивным сопротивлением емкости, получаем выражение закона Ома для цепи переменного тока, содержащей емкость.

Напряжение на обкладках конденсатора

Та часть напряжения сети, которая имеется на конденсаторе, называется емкостным падением напряжения, или реактивной слагающей напряжения, и обозначается Uc .

Емкостное сопротивление x_C зависит от частоты переменного тока.

С увеличением частоты емкостное сопротивление будет уменьшаться.