Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Особливості кіл змінного синусоїдного струму




Лінійні електричні кола синусоїдного струму

 

Електричні елементи, з яких складається електричне коло, оцінюються за характеристиками: опори – вольт-амперними u = f (i) - залежність напруги від струму (рис. 2.11); індуктивності – вебер-амперними Y = f (i) - залежність потокозчеплення від струму; ємності – кулон-вольтовими q = f (u) - залежність величини заряду від напруги. Якщо елемент має характеристику у вигляді прямої лінії, то такий елемент називають лінійним (опір, індуктивність, ємність). Якщо ж характеристика елементу є не пряма, то такий елемент називають нелінійним. Коло яке містить виключно лінійні електричні елементи називають лінійним електричним колом. Коло в якому є принаймні один нелінійний елемент називають нелінійним електричним колом.

Якщо це коло постійного струму, то при незмінних величинах напруги джерела та опору резистора струм кола також буде незмінним. У сталому режимі постійний струм забезпечує незмінність потужності P = UI резистора, енергії магнітного поля котушки W м = LI 2/2 і енергії електричного поля конденсатора WС = СU 2/2. При цьому, ЕДС самоіндукції eL = - Ldi / dt в котушці відсутня, а наявність конденсатора в колі взагалі рівнозначне розриву самого кола. Енергетичні параметри такого кола можуть змінюватися тільки у перехідних режимах.

У колах синусоїдного струму фізичні процеси відбуваються дещо складніше.

Так, згідно закону Джоуля-Ленца, у провіднику (резисторі) електрична енергія безповоротно перетворюється у теплову. Разом з тим, за однаковий час, при однаковій силі струму, в одному і тому ж провіднику в колах постійного і змінного струмів виділяється різна кількість теплоти. Пояснюється це тим, що зі збільшенням частоти струму його густина у центральних шарах провідника зменшується, а у поверхневих навпаки – збільшується (явище поверхневого ефекту). Нерівномірність розподілення густини струму призводить до неповного використання перерізу провідника і тому один і той же провідник має більший опір в колах змінного струму, ніж в колах постійного струму.

Опір, в якому електрична енергія безповоротно перетворюється у теплову, у колах постійного струму прийнято називати омічним R, Ом, а в колах змінного струму – активним r, Ом.

Окрім цього, дія змінного струму супроводжується ще двома явищами, які суттєво відрізняють кола змінного струму від кіл постійного струму. Одне з цих явиш полягає у тому, що при проходженні змінного струму в котушці безперервно індукується ЕРС самоіндукції. Друге, пов’язано з тим, що будь-яке коло змінного струму веде себе і як конденсатор, тобто має певну ємність. Для урахування цих фізичних явищ у теорії змінного струму використовують поняття – реактивний індуктивний xL, Ом, і реактивний ємнісний xС , Ом, опори.

Отже, фізична суть цих опорів полягає в тому, що в реактивному індуктивному опорі електрична енергія перетворюється в енергію магнітного поля, а в реактивному ємнісному – в енергію електричного поля. Причому, протягом періоду змінного струму енергії цих полів можуть бути перетворені в електричну енергію.

Оскільки реальні електричні кола можуть мати всі три види опорів (r, xL, xC) одночасно, то для опису їх результуючого впливу на дію змінного струму використовують поняття – повний опір електричного кола Z, Ом.

 

2.3.2. Основні закони кіл синусоїдного струму.

Закон Ома – миттєве значення струму кола (ділянки, вітки, елемента) прямо пропорційне миттєвому значенню прикладеної напруги і обернено пропорційне повному опору кола (ділянки, вітки, елемента):

,

або у комплексній формі – комплекс струму кола (ділянки, вітки, елемента) прямо пропорційний комплексу прикладеної напруги і обернено пропорційний комплексу повного опору кола (ділянки, вітки, елемента):

.

Перший закон Кірхгофа – алгебраїчна сума миттєвих значень струмів у будь-якому вузлі електричного кола дорівнює нулю:

.

Іншими словами – сума миттєвих значень струмів, що спрямовані до будь-якого вузла електричного кола, дорівнює сумі миттєвих значень струмів спрямованих від цього вузла.

Для кола синусоїдного струму, де діють струми однієї і тієї ж частоти і їх значення надані комплексними числами, перший закон Кірхгофа можна записати так:

.

Тобто, алгебраїчна сума комплексів діючих значень струмів у будь-якому вузлі кола синусоїдного струму дорівнює нулю. Іншими словами – сума векторів струмів, що спрямовані до будь-якого вузла електричного кола, дорівнює сумі векторів струмів спрямованих від цього вузла.

Другий закон Кірхгофа – у будь-якому замкненому контурі електричного кола алгебраїчна сума миттєвих значень ЕРС, що діють у цьому контурі, дорівнює алгебраїчній сумі миттєвих значень спадів напруги на окремих ділянках контуру –

,

де Z – повний опір k -ої ділянки контуру кола.

Для будь-якого замкненого контуру кола синусоїдного струму, де діють джерела ЕРС однієї і тієї ж частоти, другий закон Кірхгофа у комплексній формі можна записують так:

,

де – відповідно комплекси діючих значень ЕРС джерела, струму, напруги та комплекс повного опору кола.

Тобто, алгебраїчна сума комплексів діючих значень ЕРС джерел у будь-якому замкненому контурі кола синусоїдного струму, дорівнює сумі комплексів спадів напруг на окремих ділянках цього контуру. Іншими словами – сума векторів спадів напруг на окремих ділянках будь-якого кола синусоїдного струму дорівнює вектору ЕРС, прикладеної до цього кола.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1933; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.