Меню

Как изменится сила тока при изменении реактивного сопротивления

Как изменится сила тока при изменении реактивного сопротивления

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Я не говорил, что конденсатор — реактивная нагрузка. Я говорил, что сопротивление конденсатора всегда реактивное. Я заострял на этом внимание только из-за того, что в первую очередь думал о сдвиге фаз у тока и напряжения на конденсаторе. Просто у меня в голове сдвиг фаз и реактивное сопротивление как бы взаимосвязаны, хотя это просто свойства кондера.

Конденсатор же сопротивляется току из-за того, что на обкладках собираются заряды. Даже его сопротивление постоянному току есть реактивное сопротивление (во всяком случае, я так читал). Вот и в этой схеме он сопротивляется.

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Продуктовые линейки Connfly и KLS на складе Компэл включают в себя решения для батареек различных типоразмеров (от CR1220 до CR2477) для выводного или поверхностного монтажа. Независимо от способа установки, держатели батареек, среди прочего, имеют ряд особенностей.

Барсик, я встречал два определения:
1) сопротивление, обусловленного действием электрического или магнитного поля;
2) сопротивление конденсатора или катушки;
3) сопротивление конденсатор или катушки переменному току.

То есть в каком-то смысле сопротивление конденсатора постоянному току тоже реактивное, т.к. обусловлено наличием зарядов на обкладках.

Просто о реактивном сопротивлении конденсатора постоянному току обычно не говорят.

Я на Высшую Правильность не претендую, если что Просто мне казалось, что сопротивление конденсатора всегда реактивное.

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Приглашаем 20 мая на вебинар, посвященный линейке поставок компании MEAN WELL и ее подходу к производству источников питания — как экосистемы продукции и услуг, которая позволяет подобрать оптимальный источник питания для любых задач электропитания. Рассмотрим весь спектр выпускаемой продукции MEAN WELL в области AC/DC-, DC/DC- и DC/AC-преобразователей с подробным разбором интересных и уникальных новинок, их применении и многое другое.

В общем, выяснилось, что у меня пока вообще трудности с пониманием того, что такое переменная/постоянная составляющая и как себя ведёт конденсатор Что такое ёмкостное сопротивление, я понимаю, но вот некоторые вещи ускользают от сознания. Помогите пожалуйста разобраться.

Вот, допустим, такая схема, чисто абстрактная:
Изображение
Генератор выдаёт пульсирующее напряжение, но представим, что это не диодный мост, а генератор, через который кондёр может разряжаться.
В пульсирующем напряжении есть постоянная и переменная составляющие (постоянная составляющая — это горизонтальный график где-то на 70% амплитуды, как я понимаю).

Как будет себя вести конденсатор в такой цепи? Допустим, амплитуда — 1В. Постоянная составляющая — 0.7В.
Конденсатор зарядится до постоянного значения 0.7В? Если к нему параллельно прицепить резистор, то какое напряжение на нём будет — пульсирующее или условно постоянное?

Что изменится, если схему изменить вот так?
Изображение
В книге, которую я читаю, говорится примерно так (правда, там в оригинале была не выпрямленная синусоида, а обычная, смещённая относительно нуля так, что нижняя амплитуда тоже положительная): на резисторе фильтра (верхнем по схеме) будет выделяться переменное напряжение (потому что его активное сопротивление выше, чем реактивное сопротивление конденсатора переменному току), а на конденсаторе будет выделяться постоянное напряжение, поскольку конденсатор оказывает постоянному току бесконечно большое сопротивление.
Я это понимаю так, что конденсатор зарядится до значения постоянной составляющей напряжения, а дальше напряжение на нём будет немного колебаться при заряде-разряде через резистор фильтра и нагрузку. Просто из-за постоянной составляющей, я так понимаю, конденсатор заряжается как бы непрерывно, но только до 0,7 амплитуды.
И что вообще значит «на конденсаторе выделяется постоянное напряжение»? Постоянное напряжение на резисторе — это работа, которую совершает каждый кулон заряда, проходя через него. А постоянное напряжение на конденсаторе — это энергия (работа), которую совершит каждый электрон при разряде конденсатора (которая запасена конденсатором)?

Извините за поток мыслей, но я правда пытаюсь разобраться
Просто не могу понять разницу между этими двумя схемами. Вроде бы и там и там есть постоянная составляющая.

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Erling,если принять, что для этого рисунка

Изображение
форма кривой, как после моста, но в то же время источник является генератором напряжения и, в нашем случае, с нулевым выходным сопротивлением, то напряжение на конденсаторе будет повторять напряжение источника тока. В цепи пойдет реактивный ток. На конденсаторе будет иметься постоянная составляющая величиной 0,64 от амплитуды, только вы ее в буквальном смысле осциллографом не увидите.Это среднее значение напряжения за полупериод. Любой магнитоэлектрический прибор покажет эту постоянную составляющую.
Но ее можно и увидеть, если подключить конденсатор через сопротивление. Чем больше будет сопротивление, тем меньше будет переменная составляющая (пульсации) на конденсаторе.
В пределе, на экране осциллографа останется горизонтальная линия, равная постоянной составляющей. Это если не учитывать входное сопротивление осциллографа.

Пока хватит, обдумайте это, потом можно продолжить.

ПРИСТ расширяет ассортимент

Последний раз редактировалось Anonymous Вс авг 25, 2013 13:12:57, всего редактировалось 1 раз.

Вообще говоря, что такое напряжение на конденсаторе? Это либо энергия, которая используется для того чтобы забить в него заряд (он же сопротивляется, хотя бы не сильно), либо энергия, которая при этом была сообщена забитому в конденсатор заряду. В общем-то, это почти одно и то же. Переменное напряжение на конденсаторе — это пределы колебаний значения такой энергии. Правильно?

Здесь резистор и конденсатор образуют делитель напряжения (пока беру смещённую синусоиду):
Изображение

Если мы говорим «на резисторе переменное напряжение выше, чем переменное напряжение на конденсаторе», то это означает, что амплитуда напряжения на резисторе выше, колебания имеют больший размах. А для конденсатора размах (амплитуда) уменьшается, поэтому график напряжения становится похож на горизонтальную прямую. Тогда, видимо, на конденсаторе действительно действует в основном постоянное напряжение. Но это всё ясно для случая, когда на такой вот фильтр идёт положительно смещённая синусоида.

Теперь если вернуться к пульсирующему напряжению (как будто после диодов, но не после диодов).
Очевидно, на график напряжения на резисторе будет поход на график этого пульсирующего напряжения — синусоида, у которой все лепестки вверх повернуты
А как будет выглядеть график напряжения на конденсаторе?
Вероятно, как и в первом случае, он станет более похожим на горизонтальную прямую. Но в каком месте эта прямая пересекает ось Y?
Можно предположить, что где-то около среднего значения напряжения за период:
Изображение

Но это должно означать, что напряжение действует на конденсаторе непрерывно. Хотя график э.д.с. генератора показывает, что существует момент времени, когда напряжение в схеме нулевое.
Наличие постоянного напряжения на конденсаторе должно означать, что он ухватывает какой-то определённый заряд и с ним уже не расстаётся, может принять больше или меньше, но этот заряд не выпускает. Я не понимаю, как это может произойти.

С другой стороны можно предположить, что постоянное напряжение на конденсаторе может стремиться к нулю. Ведь это тоже будет означать уменьшение амплитуды — «бугры» выпрямленного напряжения будут становиться более пологими. Но при этом непонятно, как тогда соотносятся среднее значение напряжения и постоянная составляющая (если это одно и то же, что напряжение на конденсаторе всё-таки должно быть на уровне 0,64 от амплитуды).

Какой вариант правильный?

UPD: Я ещё вот что подумал. Поскольку график пульсирующего напряжения не есть синусоида, его можно разложить на гармоники. Гармоники будут представлять собой как раз положительно смещённые синусоиды. Тогда сводим задачу к предыдущей и видим, что уменьшающиеся колебания напряжения на конденсаторе становятся похожи на горизонтальную прямую, которая смещена вверх относительно нуля. Т.е. на конденсаторе действует постоянное напряжение. Правильно рассуждаю?
Правда, всё равно непонятно, как это выглядит с т.з. движения частиц. Откуда на конденсаторе постоянный заряд?

Или постоянное напряжение на конденсаторе — это не постоянный заряд, а чередование заряда и стараний генератора впихнуть в него этот заряд?

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

rl55, я принципе то же самое пытался изложить в первой части своего сообщения, когда разбирал случай со смещённой синусоидой. А потом уже пытался рассмотреть, как усвоенные закономерности работают с пульсирующим напряжением.

На уровне графиков это понятно. А как это выглядит, если описывать движения частиц? Что по сути означает наличие на конденсаторе постоянного напряжения?

1) Несмещённая синусоида. Электроны бегают туда-сюда, тем быстрее, чем быстрее изменяется напряжение в тот или иной момент.
2) Смещённая синусоида. Электроны бегают туда-сюда, их продвижение, однако, замедлено сопротивлением резистора. Когда электроны бегут через резистор, они проделывают работу (это напряжение на резисторе). Когда электроны бегут через конденсатор, они тоже проделывают работу, при этом эта работа производится на конденсаторе постоянно. Что это за работа? Почему она производится постоянно?

Читайте также:  Устройство защитного отключения отключающий дифференциальный ток 30

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Если я мысленно раскладываю напряжение на вот эти два: Изображение
и рассматриваю их как бы отдельно, то всё понятно: при постоянном напряжении конденсатор заряжается до значения приложенного напряжения и начинает оказывать постоянной составляющей тока бесконечно большое сопротивление, отчего на нём и падает всё постоянное напряжение.
Далее для переменного напряжения резистор и конденсатор представляют просто делитель напряжения.

Но привычка к радиолюбительским учебникам даёт о себе знать: там всё объясняется на уровне «электроны бегут туда, элетроны бегут сюда. «. И вот подбробно представить себе движение электронов я себе не могу. Уже сто вариантов перебрал. Я не могу понять, в какой момент на конденсаторе появляется постоянный заряд, с которым он не расстаётся, ведь если рассматривать ток через конденсатор как зависимость от скорости изменения напряжения на нём, то сколько электронов соберётся на нижней обкладке, столько и перебежит на верхнюю). Получается, что в самом начале работы генератора на нижней обкладке нет лишних электронов. Потом на нижнюю обкладку прибегает X электронов, потом на ней X+Y электронов, потом X-Y электронов. Но на ней уже никогда не будет нуля электронов.

Как это лучше представить? В течение какого-то времени прямой ток выше, чем обратный, а потом они становятся равны по силе.
Как вообще выглядит график тока в этой схеме? Я прикинул графики тока для активного и для реактивного сопротивления (красным — напряжение, синим — ток, слева — резистор, справа — конденсатор), но не могу понять, каков реальный график тока для схемы в целом Изображение

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Я, кажется, довольно легко могу представить эту условно существующую постоянную составляющую. Я просто не могу понять, в какой период времени конденсатор набирает этот постоянный заряд, вокруг которого потом пляшет напряжение (получается, что конденсатор в самом начале таки должен принять больше, чем впоследствии будет отдавать в виде переменной составляющей, то есть сначала резко прыгает до этого значения, а потом уже вокруг него пляшет).

Ну да ладно. Я полностью согласен с вами в том, что без разложения на элементы иногда не обойтись. Если таким образом любой переменный ток раскладывать на переменную и постоянную составляющие, то всё более-менее понятно.

Если вам не трудно, прокомментируйте, пожалуйста, следующие мои выводы для разных случаев, чтобы я мог понять, правильно ли я всё усвоил. Их много, но мне очень хочется убедиться в том, что я усвоил

1. Генератор выдаёт несмещённую синусоиду, к генератору подключен только конденсатор. Постоянная составляющая здесь равна 0В (наверное, в каком-то смысле можно сказать, что её нет, но это одно и то же), поэтому на конденсаторе будет только переменное напряжение. Он будет то заряжаться, то разряжаться через генератор.
2. Генератор выдаёт положительно смещённую синусоиду, к генератору подключен только конденсатор. Постоянная составляющая равна, например, 10В. На конденсаторе действует и постоянное, и переменное напряжение (поскольку сопротивление идеального генератора отсутствует, конденсатор — это единственный элемент, вот ему и достаётся всё напряжение всех видов).
3. Генератор выдаёт положительно смещённую синусоиду, к генератору подключены конденсатор и резистор (последовательно друг с другом), назовём его резистор фильтра. Постоянная составляющая равна 10В. Поскольку сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, всё постоянное напряжение будет на конденсаторе. Поскольку сопротивление резистора переменному току больше, чем ёмкостное сопротивление конденсатора, конденсатору достанется только малая часть переменного напряжения.
4. Генератор выдаёт напряжение как после диодного моста (выпрямленная синусоида), но всё же остаётся идеальным генератором. К генератору подключены конденсатор и резистор (последовательно друг с другом). Это напряжение можно разложить на постоянную составляющую на уровне, например, 10В и на переменную составляющую такой же формы, но колеблющуюся относительно нуля вольт. Поскольку сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, всё постоянное напряжение будет на конденсаторе. Поскольку сопротивление резистора переменному току больше, чем ёмкостное сопротивление конденсатора, конденсатору достанется только малая часть переменного напряжения.
5. Если в такой же цепи, как в п. 4, параллельно конденсатору подключить резистор нагрузки, то на такой нагрузке будет действовать в основном постоянное напряжение (то, что на конденсаторе). Сопротивление параллельной пары конденсатор-нагрузка переменному току в основном определяется наименьшим сопротивлением, то есть сопротивлением конденсатора. Поэтому переменное напряжение в основном достанется резистору фильтра.
6. Фильтрация тока следует за фильтрацией напряжения. То есть когда ток через нагрузку начнёт падать, конденсатор «поддаст» ему тока, разряжаясь через нагрузку. И чем больше сопротивление резистора фильтра переменному току (а ток разряда конденсатора — это переменный ток), тем больший ток пойдёт через нагрузку (резистор фильтра и нагрузка — делитель тока).
7. В параллельной паре конденсатор-нагрузка сопротивление постоянному току в основном определяется более низким сопротивлением нагрузки. Поэтому часть постоянного напряжения всё-таки достанется резистору фильтра, а напряжение на нагрузке будет «более переменным». Но чем больше сопротивление нагрузки, тем больше постоянного наряжения ей достанется.
8. Резистор фильтра (последовательный с конденсатором) вполне можно заменить дросселем. Он точно так же «отберёт» переменное напряжение у конденсатора и нагрузки. Зато при включенной нагрузке он почти не будет воровать у неё постоянное напряжение (дроссель и пара конденсатор-нагрузка будут делителем постоянного напряжения, и сопротивление дросселя значительно ниже). Значит, напряжение на нагрузке будет даже «постояннее», фильтр будет работать даже лучше.

Если окажется, что мои выводы верны, то я буду просто счастлив

_________________
When in deadly danger, when beset by doubt, run in little circles, wave your arms and shout.

Поздравляю, если не учитывать некоторые шероховатости, то все в основном правильно.
А я то думал, что зря пишу здесь длинные «лекции».

Стационарный процесс не начинается мгновенно — перед ним существует переходный процесс. Вот его вы и не учитываете.
Вот пример — конденсатор подключается к источнику переменного напряжения в момент, когда его напряжение равно амплитуде. В стационарном режиме ток через конденсатор в этот момент должен быть равен нулю, т.к конденсатор в этот момент полностью заряжен.
Но у нас то он при подключении разряжен. Следовательно должно пройти несколько периодов для входа в стационарный режим. Эти процессы тоже рассматриваются в электротехнике.
А вот если мы подключим в указанный ранее момент уже заряженный до амплитудного значения конденсатор, то стационарный процесс начнется сразу, минуя переходную стадию.
Достаточно доходчиво это объясняется в учебнике «Электротехника» авт. А.С. Касаткин.

Источник

Активное и реактивное сопротивление

В этой статье мы поведем речь о таких параметрах, как активное и реактивное сопротивление.

Активное сопротивление

И начнем мы статью не с реактивного сопротивления, как ни странно, а с простого и всеми нами любимого радиоэлемента – резистора, который, как говорят, обладает активным сопротивлением. Еще иногда его называют омическим. Как нам говорит вики-словарь, “активный – это деятельный, энергичный, проявляющий инициативу”. Активист готов всегда рвать и метать даже ночью. Он готов ПОЛНОСТЬЮ выложиться и потратить всю энергию во благо общества.

То же самое можно сказать и про другие нагрузки, обладающие активным сопротивлением. Это могут быть различные нагревательные элементы, типа тэнов, а также лампы накаливания.

Как смотреть силу тока в цепи через осциллограф

Чем же резистор отличается от катушки индуктивности и конденсатора? Понятное дело, что выполняемыми функциями, но этим все не ограничивается. Итак, давайте рассмотрим самую простую схемку во всей электронике:

На схеме мы видим генератор частоты и резистор.

Давайте визуально посмотрим, что у нас творится в этой схеме. Для этого, как я уже сказал, нам понадобится генератор частоты

С помощью него мы будем смотреть напряжение и силу тока .

Но ведь осциллограф предназначен для того, чтобы рассматривать форму сигнала напряжения? Как же мы будем рассматривать форму сигнала силы тока? А все оказывается просто). Для этого достаточно вспомнить правило шунта.

Кто не помнит – напомню. Имеем обыкновенный резистор:

Что будет, если через него прогнать электрический ток?

На концах резистора у нас будет падение напряжения. То есть, если замерить с помощью мультиметра напряжение на его концах, мультиметр покажет какое-то значение в Вольтах

И теперь главный вопрос: от чего зависит падение напряжения на резисторе? В дело опять же вступает закон Ома для участка цепи: I=U/R. Отсюда U=IR. Мы видим зависимость от номинала самого резистора и от силы тока, текущей в данный момент в цепи. Слышите? От СИЛЫ ТОКА! Так почему бы нам не воспользоваться таким замечательным свойством и не глянуть силу тока через падение напряжения на самом резисторе? Ведь номинал резистора у нас постоянный и почти не изменяется с изменением силы тока 😉

Осциллограмма силы тока на активном сопротивлении

В данном опыте нам не обязательно знать номинал силы тока в цепи. Мы будем просто смотреть, от чего зависит сила тока и изменяется ли вообще?

Читайте также:  Ток в интегрирующей цепи

Поэтому, наша схема примет вот такой вид:

В этом случае шунтом будет являться резистор сопротивлением в 0,5 Ом. Почему именно 0,5 Ом? Да потому что он не будет сильно греться, так как обладает маленьким сопротивлением, а также его номинал вполне достаточен, чтобы снять с него напряжение.

Осталось снять напряжение с генератора, а также со шунта с помощью осциллографа. Если вы не забыли, со шунта мы снимаем осциллограмму силы тока в цепи. Красная осциллограмма – это напряжение с генератора Uген , а желтая осциллограмма – это напряжение с шунта Uш , в нашем случае – сила тока. Смотрим, что у нас получилось:

Частота 28 Герц:

осциллограмма активного сопротивления

Частота 285 Герц:

Частота 30 Килогерц:

Активное и реактивное сопротивление

Как вы видите, с ростом частоты сила тока у нас осталась такой же.

Давайте побалуемся формой сигнала:

Активное и реактивное сопротивление

Как мы видим, сила тока полностью повторяет форму сигнала напряжения.

Итак, какие можно сделать выводы?

1) Сила тока через активное (омическое) сопротивление имеет такую же форму, как и форма напряжения.

2) Сила тока и напряжение на активном сопротивлении совпадают по фазе, то есть куда напряжение, туда и ток. Они двигаются синфазно, то есть одновременно.

3) С ростом частоты ничего не меняется (если только на очень высоких частотах).

Конденсатор в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте вместо резистора поставим конденсатор.

конденсатор в цепи переменного тока

Как вы видите, конденсатор обладает сопротивлением, так как сила тока в цепи значительно уменьшилась. Но обратите внимание, что произошел сдвиг желтой осциллограммы, то бишь осциллограммы силы тока.

Вспоминаем алгебру старшие классы. Итак, полный период T – это

Теперь давайте прикинем, какой сдвиг фаз у нас получился на графике:

Где-то примерно П/2 или 90 градусов.

Почему так произошло? Во всем виновато физическое свойство конденсатора. В самые первые доли секунд, конденсатор ведет себя как проводник с очень малым сопротивлением, поэтому сила тока в этот момент будет максимальна. В этом можно легко убедиться, если резко подать на конденсатор напряжение и в начальный момент времени посмотреть, что происходит с силой тока

Красная осциллограмма – это напряжение, которое мы подаем на конденсатор, а желтая – это сила тока в цепи конденсатора. По мере заряда конденсатора сила тока падает и достигает нуля при полном заряде конденсатора.

К чему приведет дальнейшее увеличение частоты? Давайте посмотрим:

Как вы видите, с увеличением частоты, у нас сила тока в цепи с конденсатором возрастает.

Реактивное сопротивление конденсатора

Как мы увидели с прошлого опыта, с увеличением частоты растет сила тока! Кстати, у резистора не росла. То есть получается в данном случае из закона Ома, что сопротивление конденсатора зависит от частоты! Да, все так оно и есть. Но называется оно не просто сопротивлением, а реактивным сопротивлением и вычисляется по формуле:

Хс – реактивное сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и приблизительно равна 3,14

С – емкость конденсатора, Фарад

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте возьмем катушку индуктивности вместо конденсатора:

Проводим все аналогичные операции, как и с конденсатором. Смотрим на осциллограммы в цепи с катушкой индуктивности:

Если помните, вот такую осциллограмму мы получили в схеме с конденсатором:

Видите разницу? На катушке индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, на П/2, или, как еще говорят, на четверть периода (весь период у нас или 360 градусов).

Так-так-так…. Давайте соберемся с мыслями. То есть в цепи с переменным синусоидальным током, ток на конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке индуктивности ток отстает от напряжения тоже на 90 градусов? Да, все верно.

Почему на катушке ток отстает от напряжения?

Не будем углубляться в различные физические процессы и формулы, просто сочтем за данность, что сила тока не может резко возрастать на катушке индуктивности. Для этого проведем простой опыт. Так же как и на конденсатор, мы резко подадим напряжение на катушку индуктивности, и посмотрим, что случилось с силой тока.

напряжение и ток на катушке индуктивности

Как вы видите, при резкой подаче напряжения на катушку, сила тока не стремится также резко возрастать, а возрастает постепенно, если быть точнее, по экспоненте.

Давайте вспомним, как это было у конденсатора:

Все с точностью наоборот! Можно даже сказать, что катушка – это полная противоположность конденсатору 😉

Ну и напоследок давайте еще побалуемся частотой:

С уменьшением частоты сила тока через катушку увеличивается.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

Из опыта выше мы можем сделать вывод, что сопротивление катушки зависит от частоты и вычисляется по формуле

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – реактивное сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

П – постоянная и приблизительно равна 3,14

L – индуктивность, Генри

Мощность в цепи с реактивными радиоэлементами

Для дальнейшего объяснения этого явления нам потребуется наша осциллограмма с катушки индуктивности:

Итак, давайте выделим на ней один период и разделим его на 4 части, то есть по 90 градусов каждая или π/2.

Давайте начнем с такого понятия, как мощность. Если не забыли, мощность – это сила тока помноженное на напряжение, то есть P=IU. Итак, в первую четвертинку периода t1 у нас напряжение принимает положительные значения и сила тока тоже положительное. Плюс на плюс дает плюс. В эту четверть периода энергия поступает из источника в реактивное сопротивление.

Теперь давайте рассмотрим отрезок времени t2. Здесь ток со знаком “плюс”, а напряжение со знаком “минус”. В итоге плюс на минус дает минус. Получается мощность со знаком “минус”. А разве так бывает? Еще как бывает! В этот промежуток времени реактивный радиоэлемент отдает запасенную энергию обратно в источник напряжения. Для лучшего понимания давайте рассмотрим простой житейский пример.

Представим себе кузнеца за работой:

Не знаю, какое было у вас детство, но я когда был пацаном, брал свинец с аккумуляторов и плющил его в металлические пластинки. И что думаете? Свинец нагревался. Не так, чтобы прям обжигал, а был тепленький на ощупь. То есть моя энергия удара превращалась в тепло, можно даже сказать, в полезную энергию.

А что если взять пружину от стоек ВАЗа и ударять по ней?

С пружиной не станет НИ-ЧЕ-ГО! Она ведь не свинец. Но… заметьте вот такую вещь: как только мы начинаем “плющить” пружину кувалдой, у нас она начинает сжиматься. И вот она сжалась до упора и… выстрелила вверх, подхватив с собой тяжелую кувалду, которая только что пыталась ее расплющить. То есть в данном случае энергия вернулась обратно в источник энергии, то есть обратно к кузнецу. Он вроде как и пытался расплющить пружину, но пружина вернула энергию обратно своим разжатием. То есть кузнецу не надо уже было подымать тяжелый молот, так как за него это уже сделала пружина.

Разжатие пружины и возврат ею энергии обратно – это и есть отрицательная мощность. В этом случае энергия возвращается обратно в источник. Хорошо ли это или плохо – это уже другая история.

В третий промежуток времени t3 и ток и напряжение у нас со знаком “минус”. Минус на минус – это плюс. То есть реактивный элемент снова поглощает энергию, ну а на t4, снова ее отдает, так как плюс на минус дает минус.

В результате за весь период у нас суммарное потребление энергии равно чему?

Так что же это получается тогда? На катушке и конденсаторе не будет выделяться никакой энергии? Получается так. Поэтому в схемах они чаще всего холодные, хотя могут быть и слегка теплыми, так как реальные параметры катушки и конденсатора выглядят совсем по другому.

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности выглядит вот так:

RL – это сопротивление потерь. Это могут быть потери в проводах, так как любой провод обладает сопротивлением. Это могут быть потери в диэлектрике, потери в сердечнике и потери на вихревые токи. Как видите, раз есть сопротивление, значит на нем может выделяться мощность, то есть тепло.

L – собственно сама индуктивность катушки

С – межвитковая емкость.

А вот и эквивалентная схема реального конденсатора:

r – сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками

С – собственно сама емкость конденсатора

ESI (ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность

Здесь мы тоже видим такие параметры, как r и ESR, которые на высоких частотах будут еще лучше себя проявлять, благодаря скин-эффекту. Ну и, соответственно, на них будет выделяться мощность, что приведет к небольшому малозаметному нагреву.

Резюме

Резистор обладает активным (омическим) сопротивлением. Катушка индуктивности и конденсатор обладают реактивным сопротивлением.

В цепи переменного тока на конденсаторе ток опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке ток отстает от напряжения на 90 градусов.

Сопротивление катушки вычисляется по формуле

Сопротивление конденсатора вычисляется по формуле:

В цепи переменного тока на идеальном реактивном сопротивлении не выделяется мощность.

Реальные катушка и конденсатор имеют в своем составе паразитные параметры, которые имеют некоторое сопротивление. Поэтому реальные катушка и конденсатор не обладают чисто реактивным сопротивлением.

Источник



Читайте также:  Драйвер серводвигателя переменного тока

Как изменяется ток при изменении сопротивления

Как изменяется ток при изменении сопротивления

  • Как изменяется ток при изменении сопротивления
  • Как понизить силу тока
  • Как изменяется сопротивление полупроводников при изменении температуры
  • Учебник по физике 8 класса, лист бумаги, шариковая ручка.
  • Как изменить частоту токаКак изменить частоту тока
  • Как увеличить силу АмпераКак увеличить силу Ампера
  • Как изменить электрическую проводимостьКак изменить электрическую проводимость
  • В чем измеряется сопротивлениеВ чем измеряется сопротивление
  • Как зависит ток от напряжения
  • Переменный ток как понятиеПеременный ток как понятие
  • Что такое переходное сопротивлениеЧто такое переходное сопротивление
  • Как изменится энергия, если уменьшить напряжениеКак изменится энергия, если уменьшить напряжение
  • Как течет переменный ток в цепиКак течет переменный ток в цепи
  • Как рассчитать падение напряженияКак рассчитать падение напряжения
  • Как уменьшить токКак уменьшить ток
  • Как уменьшить сварочный токКак уменьшить сварочный ток
  • Как определить величину сопротивленияКак определить величину сопротивления
  • Как включать реостат в цепьКак включать реостат в цепь
  • Как определить напряжение на сопротивлениеКак определить напряжение на сопротивление
  • Как повысить силу токаКак повысить силу тока
  • Как выпрямить токКак выпрямить ток
  • Закон Джоуля-Ленца: определение, практическое значениеЗакон Джоуля-Ленца: определение, практическое значение
  • Как поднять напряжениеКак поднять напряжение
  • Как измерить сопротивление резистораКак измерить сопротивление резистора
  • Как измерить сопротивлениеКак измерить сопротивление
  • Как определить сопротивлениеКак определить сопротивление

Источник

Реактивное сопротивление в электротехнике

Известный в электротехнике закон Ома объясняет, что если по концам какого-то участка цепи приложить разность потенциалов, то под ее действием потечет электрический ток, сила которого зависит от сопротивления среды.

Источники переменного напряжения создают ток в подключенной к ним схеме, который может повторять форму синусоиды источника или быть сдвинутым по углу от него вперед либо назад.

Сопротивление электрической цепи

Если электрическая цепь не изменяет направления прохождения тока и его вектор по фазе полностью совпадает с приложенным напряжением, то такой участок обладает чистым активным сопротивлением. Когда же наблюдается отличие во вращении векторов, то говорят о реактивном характере сопротивления.

Различные электротехнические элементы обладают неодинаковой способностью отклонять направление тока, протекающего через них и изменять его величину.

Реактивное сопротивление катушки

Возьмем источник стабилизированного переменного напряжения и отрезок длинной изолированной проволоки. Вначале подключим генератор на всю расправленную проволоку, а затем на ее же, но смотанную кольцами вокруг магнитопровода, который используется для улучшения прохождения магнитных потоков.

Точно замеряя в обоих случаях ток, можно заметить, что при втором эксперименте будет замечено значительное снижение его величины и отставание по фазе на определенный угол.

Это происходит за счет возникновения противодействующих сил индукции, проявляющихся под действием закона Ленца.

Индуктивное сопротивление

На рисунке прохождение первичного тока показано красными стрелками, а создаваемое им магнитное поле — синими. Направление его движения определяется по правилу правой руки. Оно же пересекает все соседние витки внутри обмотки и индуцирует в них ток, показанный зелеными стрелками, который ослабляет величину приложенного первичного тока, одновременно сдвигая его направление по отношению к приложенной ЭДС.

Чем большее число витков намотано на катушке, тем сильнее создается индуктивное сопротивление XL, уменьшающее первичный ток.

Его величина зависит от частоты f, индуктивности L, рассчитывается по формуле:

За счет преодоления сил индуктивности ток на катушке отстает от напряжения на 90 градусов.

Реактивное сопротивление трансформатора

У этого устройства на общем магнитопроводе расположены две или большее количество обмоток. Одна из них получает электроэнергию от внешнего источника, а другим она передается по принципу трансформации.

Принцип работы сердечника трансформатора с обмотками

Первичный ток, проходящий по силовой катушке, наводит в магнитопроводе и вокруг него магнитный поток, который пересекает витки вторичной обмотки и формирует в ней вторичный ток.

Поскольку идеально создать конструкцию трансформатора невозможно, то часть магнитного потока будет рассеиваться в окружающую среду и создаст потери. Они называются потоком рассеивания и влияют на величину реактивного сопротивления рассеяния.

К ним добавляется активная составляющая сопротивления каждой обмотки. Полученная суммарная величина называется электрическим импедансом трансформатора или его комплексным сопротивлением Z, создающим перепады напряжения на всех обмотках.

Для математического выражения взаимосвязей внутри трансформатора активное сопротивление обмоток (обычно изготавливаемых из меди) обозначают индексами «R1» и «R2», а индуктивное — «Х1» и «Х2».

Импеданс в каждой обмотке имеет вид:

В этом выражении индексом «j» обозначена мнимая единица, расположенная на вертикальной оси комплексной плоскости.

Наиболее критичный режим в отношении индуктивного сопротивления и возникновении реактивной составляющей мощности создается при параллельном подключении трансформаторов в работу.

Реактивное сопротивление конденсатора

Конструктивно в его состав входят две или несколько токопроводящих пластин, отделенных слоем материала, обладающего диэлектрическими свойствами. За счет этого разделения постоянный ток не может пройти через конденсатор, а переменный — способен, но с отклонением от первоначальной величины.

Емкостное сопротивление

Ее изменение объясняется принципом работы реактивного — емкостного сопротивления.

Под действием приложенного переменного напряжения, изменяющегося по синусоидальной форме, на обкладках происходит всплеск, накопление зарядов электрической энергии противоположных знаков. Общее их количество ограничено габаритами устройства и характеризуется емкостью. Чем она больше, тем дольше времени идет заряд.

В течение следующего полупериода колебания полярность напряжения на обкладках конденсатора меняется на противоположное. Под его воздействием происходит смена потенциалов, перезарядка сформированных зарядов пластин. Таким способом создается протекание первичного тока и противодействие его прохождению, когда он уменьшается по величине и сдвигается по углу.

По этому вопросу у электриков есть шутка. Постоянный ток на графике представлен прямой линией и когда он идет по проводу, то электрический заряд, дойдя до обкладки конденсатора упирается в диэлектрик, попадая в тупик. Эта преграда не дает ему пройти.

Конденсатор в электрической схеме

Синусоидальная же гармоника идет переваливаясь через препятствия и заряд, свободно перекатившись через нарисованные обкладки, теряет небольшую часть энергии, которая зацепилась за пластины.

У этой шутки есть скрытый смысл: при подаче на обкладки постоянного или выпрямленного пульсирующего напряжения между пластинами за счет накопления ими электрических зарядов создается строго постоянная разность потенциалов, которая сглаживает все скачки питающей цепи. Это свойство конденсатора увеличенной емкости используется в стабилизаторах постоянного напряжения.

Конденсатор сглаживает пульсации

В общем, емкостное сопротивление Xc или противодействие прохождению через него переменному току зависит от конструкции конденсатора, определяющей емкость «С», и выражается формулой:

Хс = 1/2 π fC = 1/ω C

За счет перезарядки обкладок ток через конденсатор опережает напряжение на 90 градусов.

Реактивное сопротивление линии электропередачи

Любая ЛЭП создается для передачи электрической энергии. Ее принято представлять участками со схемами замещения, обладающими распределенными параметрами активного r, реактивного (индуктивного) x сопротивления и проводимости g, отнесенными к единице длины, как правило, одному километру.

Схемы замещения линий электропередач

Если пренебречь влиянием емкости и проводимости, то можно пользоваться упрощенной схемой замещения линии, обладающей сосредоточенными параметрами.

Передача электроэнергии по неизолированным проводам, расположенным на открытом воздухе, требует значительного удаления их между собой и от земли.

Передача электроэнергии по воздушным линиям

При этом индуктивное сопротивление одного километра провода трехфазной линии можно представить выражением Х0. Оно зависит от:

среднего удаления осей проводов между собой аср;

наружного диаметра фазных жил d;

относительной магнитной проницаемости материала µ;

внешнего индуктивного сопротивления линии Х0’;

внутреннего индуктивного сопротивления линии Х0’’.

Для справки: индуктивное сопротивление 1 км ВЛ, выполненной из цветного металла составляет порядка 0,33÷0,42 Ом/км.

Линия электропередачи, использующая высоковольтный кабель, конструктивно отличается от ВЛ. У нее расстояние между фазами проводов значительно уменьшено и определяется толщиной слоя внутренней изоляции.

Передача электроэнергии по кабельным линиям

Такой трехжильный кабель можно представить в виде конденсатора с тремя обкладками из жил, протянутых на большое расстояние. С увеличением его протяженности возрастает емкость, снижается емкостное сопротивление и увеличивается емкостной ток, замыкающийся по кабелю.

В кабельных линиях под воздействием емкостных токов наиболее часто происходят однофазные замыкания на землю. Для их компенсации в сетях 6÷35 кВ используют дугогасящие реакторы (ДГР), которые подключают через заземленную нейтраль сети. Их параметры подбираются сложными методами теоретических расчетов.

Старые ДГР не всегда эффективно работали из-за низкого качества настройки и несовершенства конструкции. Они создавались под усредненные расчетные токи замыканий, которые часто отличались от реальных значений.

Сейчас внедряются новые разработки ДГР, способные в автоматическом режиме отслеживать аварийные ситуации, быстро замерять их основные параметры и подстраиваться для надежного гашения токов замыкания на землю с точностью до 2%. Благодаря этому эффективность работы ДГР сразу возросла на 50%.

Принцип компенсации реактивной составляющей мощности конденсаторными установками

Электрические сети передают высоковольтную электроэнергию на огромные расстояния. Большинством ее потребителей являются электродвигатели, обладающие индуктивным сопротивлением, и резистивные элементы. Полная мощность, направляемая потребителям, состоит из активной составляющей Р, расходуемой на совершение полезной работы, и реактивной Q — вызывающей нагрев обмоток трансформаторов и электродвигателей.

Реактивная составляющая Q, возникая на индуктивных сопротивлениях, снижает качество электроэнергии. Для уничтожения ее вредного воздействия в восьмидесятых годах прошлого века в энергосистеме СССР использовалась схема компенсации за счет подключения конденсаторных батарей, обладающих емкостным сопротивлением, которое снижало косинус угла φ.

Принцип компенсации электрической мощности

Они устанавливались на подстанциях, непосредственно питающих проблемных потребителей. Этим обеспечивалось местное регулирование качества электроэнергии.

Таким способом можно значительно уменьшить нагрузку на оборудование за счет снижения реактивной составляющей при передаче одной и той же активной мощности. Этот способ считается наиболее эффективным приемом энергосбережения не только на промышленных предприятиях, но и на объектах ЖКХ. Его грамотное использование позволяет значительно повысить надежность эксплуатации энергосистем.

Источник