Setzenergo.ru

Строительный журнал
10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Частота переменного тока в цепи лампы накаливания

Активное сопротивление в цепи переменного тока

§ 52. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную рабо­ту или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением.

К активным сопротивлениям при промышленной частоте (50 гц) относятся, например, электрические лампы накаливания и электро­нагревательные устройства.

Рассмотрим цепь переменного тока (рис. 53), в которую вклю­чено активное сопротивление. В такой цепи под действием перемен­ного напряжения протекает переменный ток. Изменение тока в Цепи, согласно закону Ома, зависит только от изменения напряже­ния, подключенного к ее зажимам. Когда напряжение равно нулю, ток в цепи также равен нулю. По мере увеличения напряжения ток в Цепи возрастает и при максимальном значении напряжения ток становится наибольшим. При уменьшении напряжения ток убывает. Когда напряжение изменяет свое направление, ток также изменяет свое направление и т. д.

Из сказанного следует, что в цепи переменного тока с актив­ным сопротивлением по мере изменения по величине и направлению напряжения одновременно пропорционально меняются величина и Направление тока. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе.

Построим векторную диаграмму действующих величин тока и напряжения для цепи с активным сопротивлением. Для этого отлов жим в выбранном масштабе по горизонтали вектор напряжения Чтобы на векторной диаграмме показать, что напряжение и ток в цепи совпадают по фазе (j=0), откладываем вектор тока I по направлению вектора напряжения.

Сила тока в такой цепи определяется по закону Ома:

В этой цепи среднее значение мощности, потребляемой активным сопротивлением, выражается произведением действующих значения тока и напряжения.

Пример. К цепи переменного тока с активным сопротивлением r=55 ом подключен генератор, максимальное значение напряжения которого Um=310,2 в.

  1. показание вольтметра, подключенного к зажимам генератора;
  2. показание амперметра, включенного в цепь;
  3. среднее значение мощности, потребляемой сопротивлением.

Решение. Известно, что электроизмерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, измеряют действующие значения. Поэтому показание вольтметра, измеряющего напряжение,

Показание амперметра, измеряющего действующее значение тока,

Среднее значение активной мощности, потребляемой сопротивлением, Р=220х4 = 880 вт или Р=I 2 r=42×55=16×55=880 вт.

Как изменится частота переменного тока при уменьшении периода тока в три раза?

Так как частота – это величина обратная периоду, то частота находится в обратно пропорциональной зависимости от периода. С увеличением частоты период уменьшается и наоборот.

29. В электрической цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление R, электрический ток. (продолжить фразу)

Цепь переменного тока содержит лампу накаливания. Как изменяется по фазе ток и напряжение в этой цепи?

Активным сопротивление называется сопротивление, в котором происходит превращение электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, механическую, химическую). К активным сопротивлениям относятся лампы накаливания, электронагревательные приборы.

В электрической цепи переменного тока, содержащий только активное сопротивление, изменение тока (согласно закону Ома) зависит только от изменения напряжения.Когда напряжение равно нулю, ток в цепи также равен нулю. По мере увеличения напряжения ток в цепи возрастает, и при максимальном значении напряжения ток становится наибольшим. При уменьшении напряжения ток убывает. Когда напряжение изменяет свое направление, ток также изменяет свое направление и т. д.

Читать еще:  При включении двойного выключателя загораются все лампочки

Из сказанного следует, что в цепи переменного тока с актив­ным сопротивлением по мере изменения по величине и направлению напряжения одновременно пропорционально меняются величина и направление тока. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе.

Какую размерность имеет емкостное сопротивление?

Цепь переменного тока, содержащая емкость С, обладает сопротивлением электрическому току, которое называется емкостным. Обозначается — Хс. Единица измерения – Ом

Конденсатор емкостью С подключен к источнику синусоидального тока. Как изменится ток в конденсаторе, если частоту синусоидального тока уменьшить в 3 раза?

Xc= , т.е. емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте тока.

I= = U∙2πfC. Вывод: с уменьшением частоты ток уменьшается и наоборот

Укажите параметр переменного тока, от которого зависит индуктивное сопротивление катушки

Xl= 2πfL, где Хl – индуктивное сопротивление, f–частота переменного тока, L–индуктивность катушки.

Вывод: индуктивное сопротивление катушки зависит от индуктивности катушки и частоты переменного тока

Чему равен ток в нулевом проводе в симметричной трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду?

Ток в нулевом проводе при симметричной нагрузке равен нулю.

Выберите соотношение, которое соответствует фазным и линейным токам в трехфазной электрической цепи при соединении звездой

Iл = Iф

Каково соотношение между фазным и линейным напряжением при соединении потребителей электроэнергии треугольником?

Симметричная нагрузка соединена «треугольником». Линейное напряжение равно 380В. Чему равно фазное напряжение?

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Частота переменного тока в цепи лампы накаливания

Полное сопротивление электрической цепи переменному току зависит не только от параметров цепи, но и от частоты переменного тока. Эта зависимость, выражаемая законом Ома (4.7) при последовательном включении элементов цепи переменного тока, имеет довольно сложный вид. Основные особенности зависимости полного сопротивления цепи из последовательно включенных конденсатора, катушки и лампы накаливания от

частоты приложенного напряжения можно обнаружить в. простом опыте.

Соединим последовательно конденсатор, катушку и лампу накаливания, концы составленной цепи подключим к выходу генератора переменного напряжения звуковой частоты. Поддерживая амплитуду колебаний напряжения на выходе генератора неизменной, будем плавно увеличивать частоту колебаний. Опыт показывает, что при увеличении частоты яркость свечения лампы постепенно увеличивается, что свидетельствует о возрастании амплитуды колебаний силы тока, достигает некоторого максимального значения и затем плавно убывает.

Если в электрическую цепь включить амперметр переменного тока и исследовать зависимость амплитуды колебаний силы тока от частоты при постоянной амплитуде колебаний напряжения, то обнаруживается зависимость, представленная на рисунке 10.

Читать еще:  Как подключит лампу дневного света через выключатель

Явление возрастания амплитуды колебаний силы тока при некотором значении частоты до максимального значения называют электрическим резонансом, а частота при которой амплитуда колебаний силы тока достигает максимального значения, — резонансной частотой.

Такая зависимость силы тока в цепи от частоты объясняется следующим образом. На низких частотах емкостное сопротивление конденсатора переменному току X с очень велико. С увеличением частоты это сопротивление убывает, а сила тока в цепи возрастает.

Индуктивно сопротивление катушки на низких частотах мало, но увеличивается с ростом частоты. При некоторой частоте называемой резонансной, индуктивное сопротивление катушки становится равным емкостному сопротивлению конденсатора X с.

При более высоких частотах превышает X с. Возрастание индуктивного сопротивления с частотой приводит к убыванию силы тока в цепи на частотах, больших резонансной.

Так как колебания напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности при их последовательном включении происходят в противофазе, а ток через все элементы цепи протекает один и тот же, то при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений напряжения на них в любой момент времени одинаковы по модулю, но имеют противоположные знаки:

Такой вид резонанса в электрической цепи переменного тока называют резонансом напряжений.

При резонансе напряжение на активном сопротивлении оказывается равным напряжению на всех трех элементах цепи:

Отсюда можно найти мгновенные и действующие значения силы тока в цепи при наступлении резонанса:

Тот же результат можно получить из выражения (4.6), используя условия резонанса (5.1). Это условие позволяет определить резонансную частоту по известным значениям индуктивности катушки и электроемкости конденсатора С:

Таким образом, резонанс наступает при совпадении частоты переменного тока с частотой свободных колебаний в контуре. Индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора Xс при резонансе можно выразить через величины и С:

Величину называют волновым сопротивлением колебательного контура и обозначают буквой

Определим амплитуду колебаний напряжения на катушке индуктивности и на конденсаторе при наступлении резонанса:

Выражение (5.7) показывает, что при наступлении резонанса амплитуды колебаний напряжения на катушке и конденсаторе могут превосходить амплитуду колебаний приложенного напряжения Отношение амплитуды напряжения на катушке (или на конденсаторе) при наступлении резонанса к амплитуде приложенного напряжения равно отношению волнового сопротивления контура к его активному сопротивлению:

Это отношение называют добротностью контура и обозначают буквой

Добротность может достигать значений порядка 100 и даже более высокого.

Зная добротность контура, можно определить амплитуду вынужденных колебаний напряжения на катушке или конденсаторе при наступлении резонанса, если известна амплитуда напряжения, подведенного к контуру.

Если, например, в колебательный контур с добротностью включен источник переменного напряжения с амплитудой, равной 1 В, то при наступлении резонанса амплитуда вынужденных колебаний напряжения на катушке и конденсаторе достигает 100 В!

Явление увеличения амплитуды колебаний напряжения при настройке контура в резонанс с источником колебаний широко используют в радиотехнике: в схемах радиоприемников, усилителей, генераторов высокочастотных колебаний.

Читать еще:  Стабилизатор по току для светодиодных ламп в авто

С увеличением добротности контура уменьшается ширина резонансного пика. Вид резонансных кривых, полученных при различных значениях добротности контура, представлен на рисунке 10.

Емкость в цепи переменного тока

Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. При включении конденсатора последовательно с источником постоянного тока в цепи возникает кратковременный импульс тока, заряжающий конденсатор напряжения источника, а затем ток прекращается.

Рис. 8 Конденсатор в цепи переменного тока

Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды проходить не будут. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в проводах, соединенных с его выводами, появится переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока, кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.

При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону:

(1)

Заряд q на его обкладках изменяется также по гармоническому закону:

(2)

Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда q конденсатора, поэтому колебания силы тока в цепи будут происходить по закону:

(3)

Сравнение выражений (1) и (3) показывает, что гармонические колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на .

Произведение является амплитудой колебаний силы тока:

Полученный результат имеет простой физический смысл. Напряжение на конденсаторе в какой-либо момент времени определяется существующим зарядом конденсатора.

Величину, обратную произведению циклической частоты ω на электроемкость С конденсатора, называется емкостным сопротивлением конденсатора. Обозначив емкостное сопротивление ХС, запишем:

Связь между амплитудным значением силы тока Im и амплитудным значением напряжения Um по форме совпадает с выражением закон Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления R используется емкостное сопротивление конденсатора ХС;

Для действующих значений напряжения и силы тока выполняется такое же соотношение. Как и индуктивное сопротивление Х L катушки, емкостное сопротивление ХС конденсатора не является постоянной величиной. Его значение обратно пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда Im колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте ω.

В заключение отметим, что на протяжении четверти периода, когда конденсатор заряжается до максимального напряжения, энергия поступает в цепь и запасается в конденсаторе в форме энергии электрического поля. В следующую четверть периода, при разрядке конденсатора, эта энергия возвращается в сеть.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector