Повний опір в колах змінного струму.

Основні положення та означення.

1. Сила стру­му, напруга і ЕРС у колі змінного струму змінюються з однаковою частотою, але фази цих змін різні. Тому, якщо по­чаткову фазу сили струму умовно прийняти за нуль, то початкові фа­зи напруги і ЕРС відповідно матимуть деякі значення і . За такої умови миттєві значення сили струму, напруги і ЕРС. виражатимуться такими формулами: ; ; .

2. Опір кола, який зумовлює безповоротні втрати електричної енер­гії на теплову дію струму, називають активним. Цей опір для струму низької частоти можна вважати таким, що дорівнює опору R цього самого провідника постійного струму і визначати за формулою:

3. У колі змінного струму, що має тільки активний опір, наприклад; у лампах розжарювання, нагрівальних приладах тощо, зсув фаз між напругою і струмом дорівнює нулю, тобто = 0. Це означає, що струм і напруга в такому колі змінюються в однакових фазах, а елек­трична енергія повністю витрачається на теплову дію струму.

4. Вмикання в коло змінного струму котушки з індуктивністю ви­являє збільшення опору кола. Пояснюється це тим, що при змінному струмі в котушці весь час діє ЕРС самоіндукції, яка ослаб­лює струм. Опір , який зумовлюється явищем самоіндукції, нази­вають індуктивним опором. Оскільки ЕРС самоіндукції тим більша, чим більша індуктивність кола і чим швидше змінюється струм, індуктивний опір прямо про­порційний індуктивності кола і циклічній частоті змінного струму: ( Позначають літерою – X_L, одиниця вимірювання – ом (Ом ))

Напруга на індуктив­ному опорі випереджає за фазою струм.

5. Постійний струм не проходить через конденсатор, бо між його об­кладками є діелектрик. Якщо конденсатор увімкнути в коло постій­ного струму, то після його заряджання струм у колі припиниться.

У колі змінного струму заряд кон­денсатора () внаслідок зміни напруги безперервно змінюється. Сила струму буде тим більша, чим більша ємність конденсатора і чим частіше він перезаряджається, тобто чим більша частота змінного струму.

Опір, зумовлений наявністю електроємності в колі змінного струму, називають ємнісним опором Хс. Він обернено пропорційний ємності і циклічній частоті ( Позначають літерою – X_C, одиниця вимірювання – ом (Ом ))

Напруга не ємнісному опорі Хс відстає за фазою від струму.

Очевидно, що котушки індуктивності є дуже великим опором для струму високої частоти і невеликим для струму низької частоти, а конденсатори — навпаки.

7..Індуктивний Х_L і ємнісний Хс опори називають реактивними. У теорії змінного струму доведено, що при послідовному вмиканні індуктивного і ємнісного опорів загальний реактивний опір дорів­нює їх різниці: і має індуктивний характер при Х_L> Хс і ємнісний характер при Х_L < Х_с..

8. Якщо електричне коло складається з послідовно з'єднаних активного опору R, ємності С та індуктивності L, то повну напругу в цьо­му колі можна визначити з векторної діаграми. (Додаючи вектори амплі­туд напруг, дістанемо амплітуду результуючого коливання (вісь струмів горизонтально)) . Аналогічно визначають повний опір

9. Закон Ома для амплітудних значень сили струму і напруги в колах змінного струму має вигляд:

10. Якщо індуктивний опір кола дорівнює ємнісному, то в колі буде резонанс, при цьому реактивний опір кола дорівнює нулю, пов­ний опір кола - активному опору. Тоді закон Ома набуває вигляду Під час резонансу сила струму в колі буде найбільша і за фазою збіга­тиметься з напругою.

В електротехніці резонанс в колі послідовно з'єднаних опорів, ємності та індуктивності назвали резонансом напруг,бо напруга на котушці інду­ктивності і конденсаторі в резонансі може значно перевищувати напругу на вході кола.

 

11 Cередня активна по­тужність змінного струму, яка показує, скільки енергії за оди­ницю часу передається електричним струмом певній ділянці кола, ви­значається за формулою:

Значення кута залежить від співвідношення U_L і U_C

12. Потужність, яка витрачається тільки на теплову дію струму, виражається формулою:

 

(Для збільшення активної потужності змінного струму треба збільшувати . Найбільше значення має при Х_L = Хс).

Трансформатори.