Pereosnastka.ru
Сопротивления в цепи переменного тока
К атегория:
Сварка металлов
Сопротивления в цепи переменного тока
В цепях переменного тока различают активное, индуктивное и емкостное сопротивления.
Под активным сопротивлением R понимается сопротивление проводника, измеренное при црохождении по нему переменного тока. Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, называется омическим. В одной и той же электрической цепи активное сопротивление больше омического. При низких частотах переменного тока разница между активным и омическим сопротивлением проводника мала и ее можно не учитывать. В цепи переменного тока с активным сопротивлением (идеальный частный случай) напряжение и вызванный им ток совпадают по фазе, т. е. кривые напряжения и тока одновременно проходят через нулевые и амплитудные значения. На векторной диаграмме этой цепи векторы напряжения и тока совпадают по направлению.
В любой электрической цепи переменного тока вокруг проводников с током возникает магнитное поле, следовательно электрическая цепь всегда обладает индуктивностью. Если переменное напряжение приложить к катушке индуктивности, ток в цепи будет меньше в сравнении с тем током, который бы протекал при наличии одного активного сопротивления катушки. ЭДС самоиндукции катушки противодействует периодическим изменениям переменного тока, т. е. в катушке возникает дополнительное препятствие (кроме активного сопротивления) прохождению по ней переменного тока. Противодействие катушки индуктивности переменному току, измеряемое в омах, условно назвали индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности цепи и частоте переменного тока. Коэффициент обусловлен круговым движением, связанным с периодом синусоидальной волны тока (напряжения).
Индуктивное сопротивление XL при постоянном токе равно нулю. По этой причине недопустима ошибочная подача постоянного напряжения на электрические машины и аппараты переменного тока — в этом случае в их обмотках возникает очень большой постоянный ток, разрушающий их своим тепловым действием.
Рис. 1. Взаимоиндукция
Рис. 8. Совпадение (а) и сдвиг (б) по фазе синусоидальных напряжений и токов
Индуктивность электрической цепи вызывает сдвиг по фазе между приложенным переменным напряжением и током, вызванным этим напряжением. В цепи с чистой индуктивностью (идеальный частный случай) ток отстает на четверть периода (90°) от приложенного напряжения.
Электрический ток возникает под действием электрического поля, поэтому всякая электрическая цепь обладает некоторой емкостью С. Способность накапливать электрические заряды с одновременным повышением потенциала до определенного уровня называется электрической емкостью. Для получения необходимых емкостей применяют электрические конденсаторы. В некоторых случаях влияние емкостей на режим цепи незначительно и его можно не учитывать.
Если к электрической цепи, замкнутой на емкость, приложить постоянное напряжение, то ток возникает только в момент включения и прекращается, когда емкость заряжается до напряжения источника. Переменное напряжение, приложенное к этой же цепи, изменяется периодически и вместе с ним периодически изменяется заряд емкости. Переменный ток создает переменный ток заряда и разряда. Конденсаторы различной емкости вызывают в цепи разные токи заряда и разряда. Конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, т: е. включенный в цепь переменного тока он вносит в нее дополнительное емкостное сопротивление, измеряемое в омах. Чем больше переменный ток, тем меньше емкостное сопротивление конденсатора . Емкостное сопротивление цепи обратно пропорционально емкости конденсатора и частоте переменного тока.
Таким образом, индуктивность и емкость вносят дополнительные сопротивления в цепь переменного тока и вызывают сдвиг по фазе между приложенным напряжением и током, возникающим под действием этого напряжения. Причем индуктивность и емкость вызывают фазовые сдвиги противоположного направления, т. е. как бы компенсируют друг друга.
Индуктивное XL и емкостное Хс сопротивления являются условными величинами, их возникновение обусловлено реакцией цепи на изменения тока и напряжения в ней, поэтому оба эти сопротивления называются реактивными. Индуктивное и емкостное сопротивления называют еще безваттными сопротивлениями, т. к. на их преодоление никакой мощности не затрачивается. На индуктивном сопротивлении XL энергия источника расходуется на создание только ЭДС самоиндукции, т. е. превращается в энергию магнитного поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и магнитным полем катушки. На емкостном сопротивлении Хс энергия источника расходуется на создание электрического поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и электрическим полем конденсатора.
Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока
Емкостное и индуктивное сопротивление — это два типа реактивного сопротивления, которые возникают в цепи переменного тока из-за наличия конденсаторов и катушек индуктивности. Они зависят от частоты переменного тока и от параметров этих элементов.
Если мы включим конденсатор в цепь постоянного тока, то обнаружим, что он оказывает бесконечно большое сопротивление, поскольку постоянный ток просто не может пройти через диэлектрик между обкладками, так как диэлектрик по определению не проводит постоянный электрический ток.
Конденсатор разрывает цепь постоянного тока. Но если тот же конденсатор включить теперь в цепь переменного тока, то окажется, что ее конденсатор будто бы и не разрывает полностью, он просто попеременно заряжается и разряжается, то есть электрический заряд движется, и ток во внешней цепи поддерживается.
Опираясь на теорию Максвелла, в этом случае можно сказать, что переменный ток проводимости внутри конденсатора все же замыкается, только в данном случае — током смещения. Значит конденсатор в цепи переменного тока выступает неким сопротивлением конечной величины. Такое сопротивление называется емкостным.
Практика давно показала, что величина переменного тока, текущего через провод, зависит от формы этого провода и от магнитных свойств среды вокруг него. При прямом проводе ток будет наибольшим, а если этот же провод свернуть в катушку с большим количеством витков, то величина тока окажется меньше.
А если в ту же катушку еще и ввести ферромагнитный сердечник, то ток еще сильнее уменьшится. Следовательно проводник оказывает переменному току не только омическое (активное) сопротивление, но еще и некое дополнительное сопротивление, зависящее от индуктивности проводника. Данное сопротивление называется индуктивным.
Его физический смысл состоит в том, что изменяющийся ток в проводнике, обладающем некой индуктивностью, инициирует в этом проводнике ЭДС самоиндукции, стремящуюся препятствовать изменениям тока, то есть стремящуюся уменьшить ток. Это равносильно увеличению сопротивления проводника.
Емкостное сопротивление в цепи переменного тока
Для начала поговорим более подробно о емкостном сопротивлении. Допустим, что конденсатор емкостью С подключен к источнику синусоидального переменного тока, тогда ЭДС этого источника будет описываться следующей формулой:
Падением напряжения на соединительных проводах пренебрежем, так как оно обычно очень мало, а при необходимости его можно будет рассмотреть отдельно. Примем сейчас, что напряжение на обкладках конденсатора равно напряжению источника переменного тока. Тогда:
В любой момент времени заряд на конденсаторе зависит от его емкости и от напряжения между его обкладками. Тогда для данного известного источника, о котором говорилось выше, получим выражение для нахождения заряда на обкладках конденсатора через напряжение источника:
Пусть за бесконечно малое время dt заряд на конденсаторе изменяется на величину dq, тогда по проводам от источника к конденсатору потечет ток I, равный:
Амплитудное значение тока окажется равно:
Тогда окончательное выражение для тока будет иметь вид:
Перепишем формулу для амплитуды тока в следующем виде:
Данное соотношение есть закон Ома, где величина обратная произведению угловой частоты на емкость играет роль сопротивления, и по сути являет собой выражение для нахождения емкостного сопротивления конденсатора в цепи синусоидального переменного тока:
Значит емкостное сопротивление обратно пропорционально угловой частоте тока и емкости конденсатора. Легко понять и физический смысл данной зависимости.
Чем больше емкость конденсатора в цепи переменного тока и чем чаще изменяется направление тока в этой цепи, тем в конце концов больший суммарный заряд проходит за единицу времени через поперечное сечение проводов, соединяющих конденсатор с источником переменного тока. Значит ток пропорционален произведению емкости и угловой частоты.
Для примера выполним расчет емкостного сопротивления конденсатора электроемкостью 10 мкф для цепи синусоидального переменного тока с частотой 50 Гц:
Если бы частота была 5000 Гц, то тот же самый конденсатор представлял бы собой сопротивление около 3 Ом.
Из приведенных выше формул ясно, что ток и напряжение в цепи переменного тока с конденсатором всегда изменяются в разных фазах. Фаза тока опережает фазу напряжения на пи/2 (90 градусов). А значит максимум тока во времени существует всегда на четверть периода раньше, чем максимум напряжения. Таким образом на емкостном сопротивлении ток опережает напряжение на четверть периода по времени или на 90 градусов по фазе.
Давайте поясним физический смысл данного явления. В самый первый момент времени конденсатор полностью разряжен, поэтому самое малое приложенное к нему напряжение уже перемещает заряды на пластинах конденсатора, создавая ток.
По мере того как конденсатор заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, оно препятствует дальнейшему притоку заряда, поэтому ток в цепи уменьшается невзирая на дальнейший рост прикладываемого к обкладкам напряжения.
Значит, если в начальный момент времени ток был максимальным, то когда напряжение достигнет своего максимума через четверть периода, ток прекратится вовсе.
В начале периода ток максимален, а напряжение минимально и начинает нарастать, но через четверть периода напряжение достигает максимума, но ток к этому моменту уже упал до нуля. Вот и получается опережение током напряжения на четверть периода.
Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока
Теперь вернемся к индуктивному сопротивлению. Допустим, что через катушку, обладающую индуктивностью, течет переменный синусоидальный ток. Его можно выразить так:
Ток обусловлен приложенным к катушке переменным напряжением. Значит на катушке возникнет ЭДС самоиндукции, которая выражается следующим образом:
Снова пренебрежем падением напряжения на проводах, соединяющих источник ЭДС с катушкой. Их омическое сопротивление очень мало.
Пусть приложенное к катушке переменное напряжение в каждый момент времени полностью уравновешивается возникающей ЭДС самоиндукции, равной ему по величине, но противоположной по направлению:
Тогда имеем право записать:
Поскольку амплитуда приложенного к катушке напряжения равна:
Выразим максимальный ток следующим образом:
Это выражение по сути является законом Ома. Величина равная произведению индуктивности на угловую частоту играет здесь роль сопротивления, и представляет собой не что иное, как индуктивное сопротивление катушки индуктивности:
Так, индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности катушки и угловой частоте переменного тока, через данную катушку пропускаемого.
Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление обусловлено влиянием ЭДС самоиндукции на напряжение источника, — ЭДС самоиндукции стремится уменьшить ток, а значит сносит в цепь сопротивление. Величина ЭДС самоиндукции, как известно, пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения тока через нее.
Для примера рассчитаем индуктивное сопротивление катушки с индуктивностью 1 Гн, которая включена в цепь с частотой тока 50 Гц:
Если бы частота бала 5000 Гц, то сопротивление этой же катушки оказалось бы равно приблизительно 31400 Ом. Напомним, что омическое сопротивление провода катушки составляет обычно единицы Ом.
Из приведенных выше формул очевидно, что изменения тока через катушку и напряжения на ней, происходят в разных фазах, причем фаза тока всегда меньше чем фаза напряжения на пи/2. Следовательно максимум тока наступает на четверть периода позже наступления максимума напряжения.
На индуктивном сопротивлении ток отстает от напряжения на 90 градусов из-за тормозящего действия ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока (и нарастанию, и убыванию), вот почему максимум тока наблюдается в цепи с катушкой позднее максимума напряжения.
Совместное действие катушки и конденсатора
Если включить в цепь переменного тока последовательно катушку с конденсатором, то напряжение на катушке будет опережать напряжение на конденсаторе по времени на половину периода, то есть на 180 градусов по фазе.
Емкостное и индуктивное сопротивление называются реактивными сопротивлениями. На реактивном сопротивлении энергия не расходуется как на активном. Энергия накапливаемая в конденсаторе периодически возвращается обратно к источнику, когда электрическое поле в конденсаторе исчезает.
Так же и с катушкой: пока магнитное поле катушки создается током, энергия в ней на протяжении четверти периода накапливается, а в следующую четверть периода возвращается к источнику. В данной статье речь шла о синусоидальном переменном токе, для которого данные положения выполняются строго.
В цепях синусоидального переменного тока катушки индуктивности с сердечниками, называемые дросселями, традиционно используются для ограничения тока. Их преимущество перед реостатами в том, что энергия не рассеивается в огромном количестве в форме тепла.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
почему индуктивность создает сопротивление в цепи переменного тока?
Собственное магнитное поле проводника наводит (индуцирует) в соседних участках ток, направленный противоположно увеличивающемуся току или поз направлению уменьшающегося тока. В совокупности это воспринимается как сопротивление переменному току. Все это можно рассмотреть на микроуровне (сила Лоренца, действующая на электроны — результат будет тот же) .
А насчет «нагрева окружающего пространства» — полная ерунда. Потери на рассеяние пренебрежимо малы и потому индуктивное сопротивление — реактивное, без потерь энергии. Кроме того с ростом индуктивности катушки её индуктивное сопротивление растет, а не уменьшается.
Остальные ответы
его создает переменное магнитное поле пожалуй
Чё тут непонятногого? Энергия частотного тока рассеивается от катушки и тратится на нагрев окр пространства. Доказательство: Если мы увеличим индуктивность катушки (уменьшим её инд. сопротивление) путем применения тороидального сердечника и лучшего материала, то инд сопротивление станет минимальным и также сопротивление в цепи пер тока станет иминимальным. Рассеивание максимально, когда сердечник разомкнутый, прямой.
Если проще-возьмем аналогию с механики. Если м будем толкать массивное тело с постоянной скоростью то если нет трения мы не будем затрачивать энегрию. Но если мы будем это тело ускорять или замедлять то то нам придется ту энергию тратить причем тем больше чем больше масса тела и ускорени или замедление. Движущееся тело запасает кинетическую энергию и что бы эту энергию изменить нам надо приложить усилие.
То же и с индуктивностью. Индуктивность запасает энергию в виде магнитного поля и если ток постоянный то реактивного сопротивления нет. А переменный ток это постоянная смены направлений тока и каждый раз надо то создавать магнитное поле то убирать его то разворачивать в другую сторону. То же самое что дергать массивное тело вперед назад.
Сопротивление в электроцепи
У радиолюбителей слово «сопротивление» чаще всего связывается с представлением о тех маленьких радиодеталях, которые известны под этим названием и которые в большом количестве входят в состав любой радиосхемы.
Но в действительности это слово имеет очень много различных значений, зависящих от тех прилагательных, которые с ним сочетаются. Вот некоторые из них.
В общем смысле под сопротивлением понимается свойство электрической цепи, от которого зависит величина тока в цепи при неизменном действующем в ней напряжении: чем больше сопротивление, тем меньше ток. Наиболее простым является представление о сопротивлении, оказываемым электрическому току проводниками и зависящем лишь от их материала и размеров. Сопротивление проводников .из различных материалов характеризуется удельным сопротивлением проводника.
В цепях постоянного тока величина сопротивления определяется главным образом этими двумя факторами. В цепях переменного тока приходится сталкиваться со значительно более сложными, зависимостями, в особенности в цепях токов высокой частоты.
Все сопротивления в цепях, переменного тока можно разбить на две группы: на сопротивления активные и реактивные. К активным относятся те сопротивления, в которых расходуется электрическая мощность, выделяющаяся в виде тепла. Поскольку мощность измеряется в ваттах, такие сопротивления называют иногда ваттными.
К реактивным относятся сопротивления, которые хотя и ограничивают величину тока в цепи, но в которых при этом мощность не расходуется на нагревание.
В цепях постоянного тока все сопротивления являются активными или ваттными, поэтому часто, желая подчеркнуть это обстоятельство, применяют термин сопротивление постоянному току или логически значительно менее обоснованный термин омическое сопротивление.
В цепях переменного тока любое сопротивление в той или иной степени является реактивным, так как оно неминуемо обладает индуктивностью или емкостью. Дополнительное сопротивление, вносимое в цепь индуктивностью, носит название и-н дуктивного сопротивления, а дополнительное сопротивление, вносимое емкостью, — емкостного. Оба эти вида дополнительного сопротивления называются часто безваттными, так как на преодоление их энергия не расходуется, она лишь переходит из одного вида в другой. Например, переменный ток, проходящий по катушке индуктивности, создает ЕО- круг нее переменное магнитное поле; энергия, накопленная в этом поле в течение четверти каждого периода, поступает обратно в цепь во время следующей четверти периода.
Такое же явление происходит с конденсатором: энергия, накопленная в электрическом поле при заряде конденсатора, отдается обратно в цепь во время его разряда.
Цепи переменного тока обычно характеризуются тем родом сопротивления, которое в них преобладает. Например, сопротивление катушки, выполненной проводом малого удельного сопротивления, является главным образом индуктивным. Но, строго говоря, сопротивление любой цепи переменному току всегда складывается из сопротивлений активного, индуктивного, емкостного и сопротивления, обусловленного поверхностным эффектом (см. стр. 30), хотя в любой конкретной цепи одно или несколько их этих видов сопротивлений могут быть практически столь малы, что при расчетах ими можно пренебречь. Результирующее сопротивление цепи переменному току называют комплексным.
Сопротивления, сконструированные таким образом, что с их индуктивными или емкостными свойствами можно не считаться, известны под названиями безин- дукционных или безъемкостных.
Сопротивление цепи, содержащей индуктивности и емкости, зависит не только от их величины, но и от частоты переменного тока. Сопротивление такой цепи переменному току имеет еще одно название — полного или кажущегося сопротивления. При определенных соотношениях между частотой тока, индуктивностью и емкостью в цепи наступает явление резонанса.
При параллельном соединении индуктивности и емкости полное сопротивление цепи резко возрастает, а при последовательном оказывается крайне небольшим.
Сопротивление обычной электрической цепи тем больше, чем она длиннее. Но высокочастотные линии, например коаксиальные кабели, применяемые в телевизионных антеннах, обладают интересным свойством. Если нагрузка на конце кабеля (например, сопротивление входной цепи приемника) выбрана правильно и, как говорят, согласована с кабелем, то сопротивление кабеля не зависит от длины и остается постоянным для линии данной конструкции. Такое сопротивление известно под названием волнового.
Для характеристики свойств усилительных электронных ламп приходится вводить понятие о внутреннем сопротивлении лампы, которое надо знать для расчета усиления каскада, а также понятия входного сопротивления лампы и шумового сопротивления, определяющего величину шумов, создаваемых лампой. Для расчета излучаемой антенной мощности очень удобно понятие о сопротивлении излучения, а для колебательного контура — о сопротивлении потерь, характеризующем потерю в контуре мощности при наличии высокочастотных колебаний.
Сопротивления, включаемые в цепь в качестве дополнительной нагрузки, необходимой для нормальной работы цепи, обычно называют балластными.
Много названий сопротивлений связано с материалом, из которого они сделаны, и их конструкцией. Известны, например, сопротивления проволочные и непроволочные; последние в свою очередь имеют несколько названий: углеродистые, угольные, коксовые, химические, керамические. С конструкциями сопротивлений связаны названия п о- стоянные, переменные, полупеременные и остеклованные.
Перечисленные 33 названия сопротивлений вовсе не являются их полным списком. Каждый радиолюбитель может его значительно расширить.
Под словом «сопротивление» в электротехнике и радиотехнике понимается сопротивление, оказываемое проводником прохождению электрического тока, т. е. движению электрических зарядов.
Смотрите также:
При измерении омического сопротивления обмотки возбуждения постоянному току определяют целостность обмотки возбуждения и проверяют соответствие сопротивления обмотки паспортным данным.
Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома«, связывающему сопротивление цепи .
В результате коррозии решеток положительных пластин снижается их прочность и возрастает омическое сопротивление аккумулятора, что приводит к уменьшению разрядной емкости аккумулятора.
СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ в сопротивлении материалов. — случаи одновременного действия двух или более простейших видов деформаций стержня: растяжения-Сжатия, кручения и изгиба.
Ом есть мера сопротивления цепи электрическому току.
Именно высокое сопротивление материала обеспечивает нагрев в нагревательных элементах электрообогревателя.
Все значительные изменения встречают активное сопротивление, поэтому следует мотивировать изменения и сообщить, что часть ценностей прошлого будет сохранена и продолжит свое существование в новой форме.
При передвижении кранов и тележек возникают сопротивления в ходовой части от ветровой нагрузки, наклона рельсового пути и сопротивления в элементах передач механизма.