ЭЛЕМЕНТЫ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Особенности параметров электрических цепей синусоидального тока

В состав электрических цепей переменного тока обычно входят резистивные элементы, катушки индуктивности, конденсаторы.

В резистивных элементах электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Эти элементы характеризуются значением сопротивления R. В электрических цепях постоянного тока его могут называть омическим.

В теории цепей синусоидального тока сопротивление R называют активным сопротивлением. С одной стороны, это вызвано тем, что необходимо привести название данного сопротивления в соответствие с названиями других по характеру сопротивлений (индуктивное, емкостное, реактивное, полное), характеризующих цепь синусоидального тока, с другой - тем, что один и тот же проводник оказывает большее сопротивление переменному току, чем постоянному. Причиной тому служит поверхностный эффект. Если по проводнику проходит переменный ток, то создается переменный магнитный поток в пространстве, окружающем проводник, и внутри самого проводника (рис. 9.1).

Поперечное сечение проводника с током с изображением магнитных силовых линий

Рис. 9.1. Поперечное сечение проводника с током с изображением магнитных силовых линий

Переменный магнитный поток индуцирует в проводнике ЭДС dj самоиндукции е =--—.

dt

В центральной части проводника будет наводиться большая по величине ЭДС самоиндукции, чем в слоях, расположенных ближе к его поверхности. Наведенные ЭДС создают большое сопротивление в центральной части проводника, вследствие чего ток вытесняется к поверхности проводника. Таким образом, по центральной части сечения ток практически не протекает. Площадь сечения, по которому протекает ток, как бы меньше, и сопротивление проводника возрастает. Явление вытеснения тока к поверхности проводника называют поверхностным эффектом. Это явление усиливается при увеличении частоты тока, магнитной проницаемости, сечения проводника, тока.

Если провода выполнены из стали, необходим учет поверхностного эффекта даже при промышленной частоте/= 50 Гц и малых сечениях. Для медных проводов диаметром меньше 10 мм при /’=50 Гц поверхностный эффект можно не учитывать и считать активное сопротивление равным омическому. Явление поверхностного эффекта имеет практическое применение, например его используют для поверхностной закалки стальных изделий.

Любой резистивный элемент обладает некоторой индуктивностью и емкостью. Однако влиянием индуктивности и емкости в ряде случаев можно пренебречь, например при низкой частоте.

Реальный индуктивный элемент (индуктивная катушка) обладает, кроме индуктивности, и сопротивлением, которым, как правило, пренебречь нельзя. Тогда на схеме замещения индуктивная катушка изображается в виде двух последовательно соединенных элементов Rm.L.

В реальном емкостном элементе (конденсаторе) имеются некоторые потери энергии из-за несовершенства диэлектрика, применяемого в конденсаторе. В таком случае реальный емкостный элемент изображают на схеме замещения в виде параллельного соединения емкости С с проводимостью g. Потери энергии чаще всего относительно невелики, ими пренебрегают и изображают конденсатор в виде идеального емкостного элемента С.

Процессы в цепях переменного тока принципиально отличаются от процессов в цепях постоянного тока. В цепях переменного тока при изменениях напряжений и токов изменяются магнитные и электрические поля, связанные с цепью. При изменениях магнитных полей возникают ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, а при изменениях электрических полей в цепи протекают зарядные и разрядные токи.

Законы, сформулированные в применении к цепям постоянного тока, очевидно, справедливы и для цепей переменного тока, но только для реально существующих в каждый момент времени мгновенных значений величин.

На основе выражений, полученных по этим законам для мгновенных значений, составляются уравнения и формулируются законы для векторов или изображений напряжений, ЭДС и токов в комплексном (символическом) виде.

В цепях переменного тока показываются, так же как и в цепях постоянного тока, условные положительные направления ЭДС, напряжений, токов. Хотя со временем эти направления могут меняться, но при составлении уравнений важна только взаимная ориентировка направлений токов, напряжений, ЭДС, поэтому в соответствии с принятыми положительными направлениями для мгновенных значений показываются и положительные направления для их амплитудных, действующих величин, а также их изображений.

Зависимости между токами и напряжениями резистивных, индуктивных, емкостных элементов определяются происходящими в них физическими процессами. Математическое описание физических явлений для каждого из этих элементов зависит от выбранного способа представления синусоидальных величин.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >