9. Резонанс напряжения

Резонансом называется такой режим электрической цепи, содержащей индуктивности и емкости, при котором ток на входе цепи совпадает по фазе с приложенным напряжением. При резонансе реактивное сопротивление или реактивная проводимость цепи равна нулю.

Резонанс напряжений можно получить путем изменения емко­сти батареи конденсаторов или частоты подведенного напряжения, оставляя индуктивность катушки постоянной. Падение напряжения на емкости и индуктивности при резонансе в несколько раз превышает подведенное к цепи напряжение.

Напряжение на индуктивном сопротивлении опережает ток по фазе на 90°, а на емкостном - отстает на 90°, то эти напряжения противофазны и при резонансе друг друга компенсируют. Подведенное напряжение приходится на активное сопротивление цепи, этим и объясняется тот факт, что сдвиг фаз между током и напряжением при резонансе равен нулю.

10. Трехфазные электрические цепи. Их преимущества в сравнении с однофазными

Электрическая цепь переменного тока, в которой дей­ствует одна ЭДС, называется однофазной цепью. В многофазной цепи имеется несколько ЭДС оди­наковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Так, в двухфазной цепи две ЭДС, в трехфазной - три и т. д.

Замена двух электрически не связанных однофазных цепей (рисунок 1, а) одной двухфазной цепью (рисунок 1,б) позволяет уменьшить число проводов цепи. Два провода заменяются одним, который называется нейтральным проводом.

Рисунок 1

Расход металла пропорционален площади сечения про­водов, которые выбираются по допустимому току. Чтобы получить экономию металла, нужно уменьшить ток нейтрального провода. Этого можно достигнуть, сдвинув по фазе линейные токи (за счет сдвига по фазе ЭДС).

Если I_A=I_B, то ток нейтрального провода I_N = 0. Ввиду отсутствия тока I_N вполне можно обойтись без нейтрального провода. Тогда двухфазная цепь будет со­держать два провода против четырех проводов при одно­фазном исполнении цепи, т. е. достигается уменьшение расхода металла на провода в два раза.

В трехфазной цепи (рисунок 2) применяются три линейных и один нейтральный провод против шести проводов при однофазном исполнении цепи.

Рисунок 2

Причем если нагрузка фаз приемника равномерная (I_А = I_В = _IС), то можно обой­тись без нейтрального провода.

При равномерном распределении нагрузки по фазам приемника (I_А= Iв = Iс) и сдвиге по фазе ЭДС Е_А, Ев, Ес относительно друг друга на угол 120° (рисунок 3) ток в нейтральном проводе отсутствует, так как I_N = Ia + Iв + Iс = 0. Если же нагрузка неравномерная (I_А Iв Iс ), ток в нейтральном проводе существует (рисунок 3).

Рисунок 3

С целью экономии металла проводов и уменьше­ния потерь энергии в линиях электропередачи ЭДС Е_А, Ев, Ес трехфазного генератора сдвинуты по фазе по отно­шению друг к другу на 120°, чтобы ток в нейтральном проводе был минимальным или отсутствовал совсем. Из-за большого экономического эффекта трехфазных цепей в настоящее время в большинстве случаев передача электроэнергии осуществляется трехфазным током. В сравнении с однофазными трехфазные цепи обладают также следующими достоинствами: 1) при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и эконо­мичнее, чем три однофазных генератора с такой же общей мощностью; то же относится к трехфазным дви­гателям и трансформаторам; 2) трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа трехфазных двигателей; 3) суммарная мгновенная мощность трехфазного двига­теля постоянная (у однофазного двигателя мощность пульсирует с двойной частотой тока), что обеспечивает на валу двигателя постоянный вращающий момент.