Робота і потужність змінного струму

ПЛАН

1 Робота і потужність змінного струму.

2 Трансформація змінного струму. Трансформатори.

ЗМІСТ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ

Змінним електричним струмом називається такий струм, величина і напрям якого змінюється за гармонічним законом.

Такий струм можна отримати, якщо виток дроту рівномірно обертати в однорідному магнітному полі відносно осі, перпендикулярної до напряму ліній магнітної індукції (рис. 1).

Рис.1

Магнітний потік, який пронизує контур рамки, визначається так:

(1)

де - кут між напрямом нормалі до площини рамки і напрямом вектора ; - кутова швидкість обертання рамки; f- частота обертання; S – площа рамки; Ф ₀ – максимальне значення магнітного потоку (при a = 0).

В основі виникнення змінної ЕРС покладене явище електромагнітної індукції. Величина ЕРС, що виникає у рамці дорівнює:

(2)

де e₀ – амплітудне значення ЕРС З даної формули випливає, що ЕРС, яка виникає у рамці, що обертається з постійною кутовою швидкістю w в магнітному полі змінюється за синусоїдальним законом з циклічною частотою . Таким чином кутова швидкість обертання рамки є одночасно циклічною частотою коливання ЕРС і сили змінного струму. З формул (1) і (2) видно, що коли магнітний потік максимальний, то ЕРС мінімальна і навпаки. Якщо кінці рамки приєднати до мідних кілець, до яких притиснуті вугільні контакти (щітки), а до них – споживач R, то в колі буде протікати змінний струм , де R+r – повний опір кола, i(t) – миттєве, I₀ - амплітудне значення сили струму.

Амперметр і вольтметр у колі змінного струму показують не миттєві і не максимальні значення струму і напруги, а ефективні. Діюче, або ефективне, значення величини змінного струму І дорівнює величині такого постійного струму, який, протікаючи по тому самому провіднику що і змінний струм виділяє в ньому за один і той же проміжок часу таку саму кількість теплоти.

Діючі значення струму і напруги визначаються за формулами: і відповідно. І₀, U₀ – амплітудні значення струму і напруги.

Робота змінного струму за один період A= . Нехай u=U₀ , а i=I₀ , де φ − зсув фаз між напругою та струмом. Тоді A= .

Потужність у колі змінного струму.

Протікаючи по провіднику, змінний струм, так само як і постійний зумовлює нагрівання цього провідника. Кількість енергії, що витрачається за одиницю часу на нагрівання провідника називається активною потужністю. Активна потужність, що виділяється на ділянці кола, яке містить лише активний опір R визначається за формулою

.

Враховуючи, що і , активну потужність Р можна виразити через амплітудні значення струму і напруги

.

Якщо ділянка кола крім активного опору містить ще й реактивний опір Х_L або Х_С, то

між коливаннями напруги і струму в таких ділянках існує зсув фаз . З векторних діаграм випливає, що . Тоді активна потужність, що виділяється на ділянці кола, яка містить реактивний опір визначається за формулою

Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги визначається співвідношенням

.

Величина формулі називається коефіцієнтом потужності в колі змінного струму. Коефіцієнт потужності в колі змінного струму можна визначити за відомими значеннями потужності і діючими значеннями струму і напруги

.

Дата добавления: 2017-01-14