- •Лекція 1 Вступ. Основні поняття і визначення
- •Лекція 2 Теорія кіл постійного струму. Режими і закони
- •Лекція 3 Теорія кіл постійного струму. Розрахунок розгалужених кіл
- •Аналіз електричних кіл при гармонічних діях Лекція 4 Синусоїдний струм: моделі та аналіз
- •Лекція 5 Аналіз простих кіл змінного струму
- •Лекція 6 Аналіз простих кіл змінного струму II
- •Частотні характеристики електричних кіл. Резонансні кола Лекція 7 Частотні характеристики кіл
- •Лекція 8 Послідовний коливальний контур
- •Лекція 9 Паралельний коливальний контур
- •Лекція 10 Зв’язані коливальні контури
- •Лекція 11 Електричні фільтри
- •Часові методи аналізу електричних кіл Лекція 12 Класичний метод аналізу перехідних процесів у електричних колах першого порядку
- •Лекція 13 Класичний метод аналізу перехідних процесів у електричних колах другого порядку
- •Лекція 14 Метод інтеграла згортки
- •Список літератури
Лекція 5 Аналіз простих кіл змінного струму
Коло змінного струму з одним пасивним елементом.
КЗС з послідовним і паралельним з’єднанням елементів r, L,C.
КЗС з активним опором r
Рисунок
5.1
Якщо прикласти до опору r напругу
,
по колу рис. 5.1 а потече струм

де
;
В
КЗС з одним пасивним елементом – активним
опором r
– напруга і струм збігаються за фазою:
(див. рис. 5.1 б).
Комплексний опір

Комплексна провідність

КЗС з індуктивністю L
Якщо
прикласти напругу
до котушки з індуктивністюL,
то через неї потече струм


Рисунок 5.2
Струм
наводить у котушціL
ЕРС
самоіндукції
,
яка
врівноважує прикладену напругу

(5.1)
Підставивши
до формули (5.1) вираз для струму
,
виконавши операцію диференціювання,
одержимо:


де
;
.
Зсув
фаз між напругою і струмом у колі з
індуктивністю (рис. 5.2 а) дорівнює
, тобто у індуктивності відстає за фазою
на
від прикладеної напруги (рис. 5.2 б).
Комплексний опір кола з індуктивністю:


(5.2)
де
- індуктивний опір.
Фізичний
сенс індуктивного опору полягає у тому,
що протіканню струму
через котушку перешкоджає ЕРС самоіндукції
,
яка виникає у котушці, породжена струмом
і спрямована на зустріч прикладеній до
котушки напрузі
Індуктивний опір є лінійною функцією
частоти (рис. 5.3).

Рисунок 5.3
Комплексна провідність:


(5.3)
де

–
індуктивна провідність.
Чисто уявний характер комплексних опору та провідності кола з індуктивністю вказує на її чисто реактивний характер.
КЗС
з ємністю С
Рисунок 5.4
Якщо
до конденсатора С (рис. 5.4 а) прикласти
напругу
,
то у колі потече струм


де
.
Зсув
фаз між напругою і струмом у колі з
ємністю С (рис. 4.5 а) дорівнює
, тобто струм через ємність випереджає
прикладену напругу за фазою на
(рис. 4.5 б).
Комплексний опір кола з ємністю:


(5.4)
де
– ємнісний опір.
Фізичний сенс ємнісного опору полягає у тому, що чим більше частота струму, тим частіше відбувається перезаряд ємності С, а відтак тим менший її реактивний опір. Адже ємність має менший опір щодо струму заряду саме на початку заряду. Цей ефект посилюється у разі збільшення самої ємності. Залежність ємнісного опору від частоти графічно показана на рис. 5.5.

Рисунок 5.5


(5.5)
де
- ємнісна провідність.
Дане коло, подібно до попереднього, має чисто уявний характер комплексного опору (провідності), а відтак є чисто реактивним.
КЗС із послідовним з’єднанням елементів r, L,C
Якщо
до кола рис. 5.6 прикласти напругу
,
то у колі потече струм

За ІІ законом Кірхгофа для миттєвих значень напруг

де


Рисунок 5.6
За ІІ законом Кірхгофа для комплексних значень напруг


(5.6)
оскільки

Комплексний опір кола:

(5.7)
де
– повний опір.
Нехай
частота напруги
змінюється, а відтак змінюються реактивні
опори кола. Розглянемо три випадки:
Струм
відстає
за фазою від напруги
на деякий кут. Коло маєіндуктивний
характер
(див. векторну діаграму рис. 5.7 а);
Струм
випереджає за фазою напругу
на деякий кут. Коло маєємнісний
характер
(рис. 5.7 б).
Опір
кола чисто активний. При цьому, оскільки

, то струм
у колі збільшується в порівнянні з
попередніми випадками. Це явище
називається резонансом
напруг
(див. векторну діаграму рис. 5.7 в).
Рисунок
5.7
Комплексна провідність r, L,C:

де
.
КЗС із паралельним з’єднанням елементів r, L, C
Нехай
до входу кола рис. 5.8 прикладена напруга
.
За
І
законом Кірхгофа:


де





За І законом Кірхгофа для комплексних значень струмів:



Комплексна провідність кола:

де

.

Рисунок 5.8
Характер кола рис. 5.8. залежить від співвідношення реактивних провідностей. Три випадки в залежності від частоти вхідної напруги:
Струм
відстає від прикладеної напруги
.
Коло
має індуктивний
характер
(див. діаграму рис. 5.9 а).
Струм
випереджає прикладену напругу
.
Коло
має ємнісний
характер.
Провідність
кола чисто активна
.
При
цьому , оскільки
,
то струм у нерозгалуженій частині кола
стає значно меншим, ніж у попередніх
випадках. Це явище називається резонансом
струмів (див. векторну діаграму рис 5.9
в).
Рисунок
5.9
Комплексний опір кола рис. 5.8

де



.
Висновки з лекції:
Опори (провідності) реактивних елементів є суттєво частотозалежними:

Характер КЗС (індуктивний, ємнісний, чисто активний) залежить від частоти вхідної дії на коло ( якщо КЗС є у загальному випадку комплексною).
При деякій частоті
вхідної дії настає рівність

КЗС
набуває активного характеру
,
і
в ньому виникає або резонанс
напруг
при послідовному з’єднанні елементів
r,
L,
C
– коли
напруга на елементах на багато разів
перевищує ЕРС джерела живлення
(послідовний резонанс), або резонанс
струмів
при паралельному з’єднанні елементів
r,
L,
C
– коли струми у гілках набагато
перевищують струм у нерозгалуженій
частині схеми (паралельний резонанс).
