Меню

Определите индуктивность катушки если при частоте 50 гц переменного синусоидального тока



ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХфазного ТОКА

Примеры решения задач

Электроизмерительные приборы и электрические измерения

Задача № 1

Вольтметр с пределом измерения 7,5 В и максимальным числом делений 150 имеет наибольшую абсолютную погрешность Зб мВ. Определить класс точности прибора и относительную погрешность в точках 40, 80, 90, 100 и 120 делений.

Решение

С = Uмак / N = 0,05 В/дел ;

e = DU/Uизм × 100% = 1,8 %; 0,9 %; 0,8 %; 0,72 %; 0,6 %.

Задача № 2

Для расширения предела измерения амперметра с внутренним сопротивлением Rпр=0,5 Ом в 50 раз необходимо подключить шунт. Определить сопротивление шунта, ток полного отклонения прибора и максимальное значение тока на расширенном пределе, если падение напряжения на шунте Uш = 75 мВ.

Решение

Задача № 3

Магнитоэлектрический прибор с сопротивлением 10 Ом и током полного отклонения 7,5 мА может быть использован в качестве амперметра на 30 А. Определить сопротивление шунта.

Решение

Задача № 4

Милливольтметр с пределом измерения 75 мВ и внутренним сопротивлением Rп=25 Ом имеет 150 делений шкалы. Определить сопротивление шунта, чтобы прибором можно было измерять предельное значение тока 30 А. Определить цену деления прибора в обоих случаях.

Решение

Задача № 5

Верхний предел измерений вольтметра 100 В, его внутреннее сопротивление 10 кОм, число делений шкалы 100. Определить цену деления шкалы вольтметра, если он включен с добавочным резистором 30 кОм.

n = U ’ / U => U ’ = nU;

Задача № 6

Верхний предел измерения амперметра 1 А, его сопротивление RA . Определить сопротивление шунта Rш, чтобы при токе 5 А прибор показывал ток 1 А.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО однофазного ТОКА

Задача № 7

Определите действующее значение тока

i = 341sin (ωt + π/2) (А)

Задача № 8

Период переменного тока Т. В какой момент времени мгновенное значение тока достигает положительного максимума, если ток задан выражением i = imsin (ωt + π/4)?

Задача № 9

Действующее значение тока в цепи равно 1 А. Полное сопротивление цепи 10 Ом. Векторная диаграмма имеет вид:

Чему равна амплитуда напряжения, приложенного к цепи, и каков характер сопротивления?

Электрическая цепь обладает емкостным сопротивлением.

Задача № 10

В электрической цепи все элементы соединены последовательно. По векторной диаграмме напряжений восстановите принципиальную схему этой цепи.

Задача № 11

К резистору сопротивлением R=1,5 кОм приложено напряжение u=120sin(wt—p/6) В. Записать выражение для мгновенного значения тока, определить его амплитудное и действующее значения, мощность. Построить векторную диаграмму для момента времени t =0.

i = (u/R)sin(wt — p/6); im = um/ R = 0,08 A; i = 0,08sin(wt — p/6);

Задача №12

Действующее значение переменного напряжения U, измеренное на резисторе сопротивлением R=1,2 к0м, составляет 820 мВ. Начальная фаза ju = p/6 частота f = 150 Гц. Определить амплитудное и действующее значения тока в резисторе, записать выражение для его мгновенного значения. Зарисовать кривые изменения тока и напряжения и построить векторную диаграмму.

i = 0,96sin(942t + p/6).

Задача № 13

Через катушку индуктивности сопротивлением XL=1,2 Ом проходит переменный ток частотой f = 800 Гц и амплитудным значением Im =450 мА. Определить индуктивность катушки, действующее значение напряжения на ней, а также полную потребляемую мощность. Записать выражение для мгновенного значения напряжения на катушке.

Решение:

L = XL / 2pf = 0,24 мГн;

Задача № 14

Действующие значения переменного напряжения и тока с частотой f = 25 Гц в катушке индуктивности U = 36,5 В и I = 1,25 А соответственно. Определить индуктивность катушки, записать выражения — для мгновенных значений напряжения и тока, построить графики изменения этих значений во времени.

XL = U / I = 29,2 Ом;

L = XL / 2pf = 0,18 мГн;

Задача № 15

Мгновенные значения тока и напряжения в конденсаторе i = 0,72 sin(2198t+50°) А и u = 340sin(2198t — 40°) В. Определить емкость и сопротивление конденсатора, полную потребляемую мощность и период сигнала.

I = im / = 0,51 А; U = um / = 241 В;

XC = U / I = 472 Ом

C = 1 / w XC = 96 мкФ;

Т = 2p / w = 2,8×10 -3 с

Задача № 16

Два последовательно соединенных конденсатора емкостями С1=2 мкф и С2=1 мкФ подключены к источнику с частотой f = 100 Гц и действующим значением напряжения U = 105В. Определить действующие значения тока в цепи и напряжений на каждом из конденсаторов.

1 / 2pfC2 = 796,18 Ом;

I = U / XC = 0,044 A;

Задача № 17

В цепь переменного синусоидального тока частоты 50 Гц включены последовательно потребители: катушка индуктивности 0,4 Гн, резистор с сопротивлением 16 Ом и конденсатор емкостью 400 мкФ. Полное падение напряжения в цепи 500 В. Определить ток в цепи, напряжение на отдельных потребителях и активную мощность цепи.

XL = 2pfL = 125,6 Ом;

Z = (R 2 + (XL — XC) 2 ) 1/2 = 118,8 Ом;

P = UIcosj = 282,8 Вт.

Задача № 18

Полное сопротивление катушки 8 Ом, её индуктивность 300 мкГн. Действующее значение падения напряжения на ней составляет 4,8 В при частоте 2500 Гц. Определить угол сдвига фаз между током и напряжением и определить полную, активную и реактивную мощности, активное сопротивление катушки.

Z = (RL 2 + XL 2 ) 1/2 => RL = ( Z 2 — XL 2 ) 1/2 = 6,5 Ом;

P = Scos j = 2,32 Вт;

Q = Ssin j = 1,69 вар.

Задача № 19

К потребителю, состоящему из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подведено переменное напряжение с действующим значением 500 В. Активная мощность потребителя 320 Вт, коэффициент мощности равен 0,75. Определить ток в цепи, полную и реактивную мощность, полное, активное и реактивное сопротивление потребителя.

S = P/ Scos j = 426 ВА;

Q = Ssin j = 282 вар;

R = Z cos j = 441 Ом;

XC = Z sin j = 388 Ом.

Задача № 20

Катушка с индуктивным сопротивлением 140 Ом и конденсатор с емкостным сопротивлением 80 Ом соединены последовательно и подключены к источнику переменного тока с действующим значением напряжения 25 В и частотой 1 кГц. Амплитудное значение тока в цепи равно 282 мА. Определить полное сопротивление потребителя, активное сопротивление катушки и активную мощность.

I = im / 2 1/2 = 0,2 A;

Z = U / I = 125 Ом;

P = UIcosj = 4,4 Вт.

Задача № 21

К источнику переменного тока с действующим значением напряжения 50 В подключены параллельно соединенные катушка индуктивности с индуктивным сопротивлением 8 Ом и резистор сопротивлением 40 Ом. Определить токи в ветвях и неразветвленной части цепи и коэффициент мощности.

tg j =IL / IR = 5; j = 79 0 ; cosj = 0,19.

Задача № 22

Электрическая цепь состоит из включенных параллельно резистора, конденсатора и катушки индуктивности. Токи во всех трех ветвях одинаковы и равны 15 А. Определить ток в неразветвленной части цепи.

Задача № 23

Соединенные параллельно катушка индуктивности и конденсатор подключены к источнику переменного тока с напряжением 100 В. Определить ток в неразветвленной части цепи при индуктивном сопротивлении 20 Ом и емкостном сопротивлении 10 Ом.

К источнику переменного тока подключен резистор сопротивлением R = 160 Oм, соединенный параллельно с катушкой, индуктивность которой L = 0,023 Гн и активное сопротивление RL = 60 Ом. Мощность, выделившаяся на резисторе, Р = 35 Вт, действующее значение тока в катушке IL =702,5 мА. Определить емкость конденсатора, который необходимо подключить в цепь для получения резонанса токов, резонансную частоту, действующие значения входного напряжения и тока в неразветвленной части цепи до резонанса и в момент резонанса, а также активную и реактивную составляющие тока, полную, активную и реактивную мощности до резонанса и в момент резонанса. Построить векторные диаграммы для этих двух режимов.

Решение:

f = ( 1/2pL ) ( ZL 2 — RL 2 ) 1/2 = 612 Гц, XL= 88,4 Ом

cos j = 0,83 sin j = 0,56 S = UI = 77,6 В×А P = UI cos j = 64,4 Вт Q = UI sin j = 43,3 вар

XL = XC => C = 1/(4p 2 f 2 L) = 2,9 мкФ

Задача № 25

Чему равен ток в неразветвленной части цепи?

Задача № 26

К электрической цепи прикладывается напряжение U = 160 В. Сопротивление резистора R = 20 Ом, сопротивление катушки индуктивности XL = 60 Ом. Определить напряжение на конденсаторе при резонансе.

При резонансе в цепи протекает электрический ток = 8 А. При резонансе напряжений падение напряжения на катушке равно падению напряжения на конденсаторе.

Задача № 27

Последовательно соединены R, L и C. L = 0,1 Гн; XC = 31,4 Ом; f = 50 Гц. Выполняются ли условия резонанса?

=> = 100 мкФ; = 28,4 Гц. Не выполняется.

Задача № 28

Последовательно соединены R, L и C. При каком условии векторная диаграмма имеет вид, изображенный на рисунке?

При резонансе напряжений. XL = XC

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХфазного ТОКА

Задача № 29

Полная мощность, потребляемая трехфазной нагрузкой 1000 В·А. Реактивная мощность 600 Вар. Найдите коэффициент мощности нагрузки.

Задача № 30

Три одинаковые катушки включены в трехфазную сеть с линейным напряжением 380 В. Активное сопротивление каждой катушки 16 Ом, индуктивное 12 Ом. Катушки соединены треугольником. Определите активную мощность, потребляемую катушками.

Из треугольника сопротивлений è

Читайте также:  Сплит система сила тока

Задача № 31

К трехфазной сети с линейным напряжением 380 В и частотой 50 Гц подключена равномерная нагрузка, соединенная звездой, с активным сопротивлением в фазе 70 Ом и индуктивностью 180 мГн. Определить линейный ток.

Задача № 32

В трехфазную сеть с действующим значением напряжения в фазе 380 В и частотой 50 Гц включена равномерная индуктивная нагрузка, соединенная треугольником. Коэффициент мощности нагрузки 0,85, а потребляемая мощность 1,44 кВт. Определить индуктивность катушек.

, из треугольника сопротивлений =>

Задача № 33

В каждую фазу трехфазной четырехпроводной цепи с нейтральным проводом последовательно включены активные, индуктивные и емкостные сопротивления. Сопротивления во всех фазах одинаковы и равны: активные 8 Ом, индуктивные 12 Ом, емкостные 6 Ом. Линейное напряжение сети 220 В. Определить фазные токи.

Задача № 34

Индуктивный потребитель мощностью 4,8 кВт соединен треугольником и подключен к трехфазной сети с линейным напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Коэффициент мощности потребителя равен 0,8. Определить линейный ток.

Задача № 35

К источнику трехфазной сети с линейным напряжением Uл =380 В и частотой f = 50 Гц подключена равномерная нагрузка, соединенная звездой, с полным сопротивлением в фазе 90Ом и индуктивностью L = 180 мГн. Определить активную, реактивную и полную мощности, коэффициент мощности, действующие значения линейного тока и напряжения. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.

Решение.

Реактивное сопротивление в фазе

Активное сопротивление в фазе

R = (Z 2 — XL 2 ) 1/2 = 70 Ом.

Коэффициент мощности катушки

Мощности, потребляемые нагрузкой:

Векторная диаграмма токов и напряжений представлена на рисунке:

Задача № 36

К трехфазной четырехпроводнрй сети с дей­ствующим значением линейного напряжения Uл= 380 В и частотой f = 50 Гц подключен приемник энергии, соединенный звездой. В фазу А включена катушка с индуктивностью L = 0,18 Гн и активным сопротивлением RA = 80 Ом, в фазу В -резистор сопротивлением RB = 69 Ом, в фазу С — конденсатор емкостью С = 30 мкФ с последова­тельно соединенным резистором сопротивлением RC = 40 Ом. Определить действующие значения линей­ных и фазных токов, полную потребляемую нагруз­кой мощность.

Решение.

в фазе С: ZC = (RC 2 + XC 2 ) 1/2 = 110 Ом.

Коэффициенты мощности в фазах:

Полная мощность нагрузки: S = (P 2 + Q 2 ) 1/2 = 1280 В×А

Задача № 37

В трехфазную сеть с действующим значением линейного напряжения 220 В и частотой 50 Гц включен потребитель, соединенный тре­угольником и имеющий равномерную нагрузку, со­стоящую из катушки с индуктивностью L = 0,3 Гн и последовательно включенного с ней резистора с активным сопротивлением 20 Ом в каждой фазе. Определить действующие значения линейных и фаз­ных токов, фазное напряжение, потребляемую полную, активную и реактивную мощности.

Решение.

Полное сопротивление нагрузки в фазе

Z = (R 2 + XL 2 ) 1/2 = 96 Ом.

Коэффициент мощности: cosj = R /Z = 0,208;

Активная: P = 3Uф Iф cosj = 317 Вт.

Реактивная: Q = 3Uф Iф sinj = 1470 вар.

Трансформатор

Задача № 38

Трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены способом «звезда‑звезда», имеет следующие характеристики: потери холостого хода 140 Вт, потери в режиме короткого замыкания 650 Вт. Трансформатор отдает в нагрузку активную мощность 6000 Вт. Коэффициент загрузки трансформатора 0,8. Определить КПД трансформатора.

Задача № 39

Номинальное напряжение первичной обмотки трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены способом «звезда‑звезда», равно10 кВ. Амплитудное значение магнитной индукции в сердечнике трансформатора 1,6 Тл, площадь поперечного сечения магнитопровода трансформатора 25см 2 , вторичная обмотка содержит 65 витков. Линейный коэффициент трансформации равен 15. Найдите частоту переменного тока в сети.

Задача № 40

Обмотки трехфазного трансформатора соединены способом «звезда‑звезда». Трансформатор имеет следующие характеристики: U = 690 В, Bm = 1,3 Тл, N2 = 70 витков. Частота переменного тока в сети 100 Гц. Определите площадь поперечного сечения магнитопровода.

Задача № 41

Трехфазный трансформатор характеризуется следующими параметрами: номинальный ток вторичной обмотки 87 А, потери холостого хода трансформатора 800 Вт, потери короткого замыкания 4000 Вт, КПД трансформатора 0,92. Рабочий ток во вторичной обмотке равен 71 А. Какая активная мощность передается нагрузке от трансформатора?

Задача № 42

Трехфазный трансформатор характеризуется следующими параметрами: полная мощность трансформатора 160 кВ×А, потери короткого замыкания 3000 Вт, КПД трансформатора 0,95. Трансформатор отдает нагрузке активную мощность 100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки 0,85. Чему равны потери холостого хода?

Задача № 43

Чему равна полная мощность трехфазного трансформатора с номинальным током вторичной обмотки 91 А, если нагрузке с коэффициентом мощности 0,75 передается активная мощность 1000 кВт? Рабочий ток при этом равен 80 А.

Асинхронные двигатели

Задача № 44

Три катушки обмотки статора асинхронного двигателя питаются трехфазным током частотой 50 Гц. Частота вращения ротора 2850 об/мин. Найдите скольжение.

Задача № 45

Скольжение асинхронного двигателя 5 %; частота питающей сети 50 Гц; число пар полюсов вращающегося магнитного поля р = 1. Найдите частоту вращения ротора.

Задача № 46

Определить число полюсов у статора обмотки асинхронного трехфазного двигателя, имеющего номинальную частоту вращения 750 об/мин.

Задача № 47

Частота питающего тока 50 Гц. Найдите скорость вращения четырехполюсного вращающегося магнитного поля в об/мин.

Задача № 48

Чему равна сумма потерь асинхронного двигателя при КПД 90%, если он потребляет активную мощность 20 кВт?

Задача № 49

Определите КПД асинхронного двигателя, если потери энергии в нем 5 кВт, а потребляемая из сети мощность 25 кВт.

Источник

Определите индуктивность катушки , если при частоте переменного тока 50 Гц ее сопротивление 785 Ом?

Физика | 10 — 11 классы

Определите индуктивность катушки , если при частоте переменного тока 50 Гц ее сопротивление 785 Ом.

Сопротивлением проводов принебречь.

Катушка индуктивностью 0?

Катушка индуктивностью 0.

2 Гн включена в сеть переменного тока с частотой 50 ГЦ.

Чему равно индуктивное сопротивление катушки?

Катушка индуктивностью 0, 8 гн включена в сеть промышленного тока переменного тока?

Катушка индуктивностью 0, 8 гн включена в сеть промышленного тока переменного тока.

Определите индуктивное сопротивление катушки.

Определите сопротивление катушки с индуктивностью 10 мгн включенное в сеть переменного тока частотой 400 гц?

Определите сопротивление катушки с индуктивностью 10 мгн включенное в сеть переменного тока частотой 400 гц.

Как изменится индуктивное сопротивление катушки при увеличении частоты переменного тока в 1?

Как изменится индуктивное сопротивление катушки при увеличении частоты переменного тока в 1.

Катушка индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока?

Катушка индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока.

Определитель индуктивное сопротивление катушки при частоте 60 Гц.

Катушка индуктивностью 0?

Катушка индуктивностью 0.

4 Гн обладает активным сопротивлением 5 Ом.

При какой частоте переменного тока оммическое сопротивление катушки будет в 20 раз меньше индуктивного?

Катушка индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока?

Катушка индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока.

Определите сопротивление катушки при частотах 60 Гц,.

Определите индуктивность катушки если при прохождении через нее промышленного переменного тока ее индуктивность сопротивление равно 157 ом?

Определите индуктивность катушки если при прохождении через нее промышленного переменного тока ее индуктивность сопротивление равно 157 ом.

Катушка индуктивностью 20 мгц включена в сеть промышленного переменного тока?

Катушка индуктивностью 20 мгц включена в сеть промышленного переменного тока.

Определить индуктивное сопротивление катушки.

Сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока с частотой 50Гц составляет 62, 8Ом?

Сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока с частотой 50Гц составляет 62, 8Ом.

Вычислите индуктивность катушки.

На этой странице находится вопрос Определите индуктивность катушки , если при частоте переменного тока 50 Гц ее сопротивление 785 Ом?, относящийся к категории Физика. По уровню сложности данный вопрос соответствует знаниям учащихся 10 — 11 классов. Здесь вы найдете правильный ответ, сможете обсудить и сверить свой вариант ответа с мнениями пользователями сайта. С помощью автоматического поиска на этой же странице можно найти похожие вопросы и ответы на них в категории Физика. Если ответы вызывают сомнение, сформулируйте вопрос иначе. Для этого нажмите кнопку вверху.

Источник

Катушка индуктивности. Описание, характеристики, формула расчета

Катушка индуктивности является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Читайте также:  Найдите эдс источника тока если r1 2ом r2 3ом а сила

фото катушка индуктивности

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Самоиндукция и измерение индуктивности

Расчет катушки индуктивности

При изменении тока, который протекает в замкнутом электрическом контуре, меняется создаваемый им магнитный поток. Вследствие этого наводится ЭДС, которая называется ЭДС самоиндукции.

Напряжение ЭДС определяется формулой расчета индукции:

То есть ЭДС прямо пропорциональна величине скорости изменения тока с некоторым коэффициентом L, который и называется «индуктивность».

Гидравлическая модель

Работу катушки индуктивности можно сравнить с работой гидротурбины в потоке воды. Поток воды, направленный сквозь еще не раскрученную турбину, будет ощущать сопротивление до того момента, пока турбина полностью не раскрутится.

Далее турбина, имеющая определенную степень инерции, вращаясь в равномерном потоке, практически не оказывая влияния на скорость течения воды. В случае же если данный поток резко остановить, то турбина по инерции все еще будет вращаться, создавая движение воды. И чем выше инерция данной турбины, тем больше она будет оказывать сопротивление изменению потока.

Также и индуктивная катушка сопротивляется изменению электрического тока протекающего через неё.



Обозначение и единицы измерения

Сопротивление тока: формула

В честь Ленца, единица измерения индуктивности получила обозначение символом «L». Выражается в Генри, сокращенно Гн (в англоязычной литературе Н), в честь известного американского физика.


Джозеф Генри

Если при изменении тока в один ампер за каждую секунду ЭДС самоиндукции составляет 1 вольт, то индуктивность цепи будет измеряться в 1 генри.

Как может обозначаться индуктивность в других системах:

  • В системе СГС, СГСМ – в сантиметрах. Для отличия от единицы длины обозначается абгенри;
  • В системе СГСЭ – в статгенри.



Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Свойства

Имеет следующие свойства:

  • Зависит от количества витков контура, его геометрических размеров и магнитных свойств сердечника;
  • Не может быть отрицательной;
  • Исходя из определения, скорость изменения тока в контуре, ограничена значением его индуктивности;
  • При увеличении частоты тока реактивное сопротивление катушки увеличивается;
  • Обладает свойством запасать энергию – при отключении тока запасенная энергия стремится компенсировать падение тока.



Работа конденсатора

Устройство представляет собой двухполюсник малой проводимости и с переменным или постоянным значением емкости. Когда конденсатор не заряжен, сопротивление его близко к нулю, в противном случае оно равно бесконечности. Если источник тока отсоединить от данного элемента, то он становится этим источником до своей разрядки. Использование конденсатора в электронике заключается в роли фильтров, которые удаляют помехи. Данное устройство в блоках питания на силовых цепях применяются для подпитки системы при больших нагрузках. Это основано на способности элемента пропускать переменную составляющую, но непостоянный ток. Чем выше частота составляющей, тем меньше у конденсатора сопротивление. В результате через конденсатор глушатся все помехи, которые идут поверх постоянного напряжения.

индуктивность конденсатора

Сопротивление элемента зависит от емкости. Исходя из этого, правильнее будет ставить конденсаторы с различным объемом, чтобы улавливать разного рода помехи. Благодаря способности устройства пропускать постоянный ток только в период заряда его используют как времязадающий элемент в генераторах или как формирующее звено импульса.

Конденсаторы бывают многих типов. В основном используется классификация по типу диэлектрика, так как этот параметр определяет стабильность емкости, сопротивление изоляции и так далее. Систематизация по данной величине следующая:

  1. Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  2. Вакуумные.
  3. С жидким диэлектриком.
  4. С твердым неорганическим диэлектриком.
  5. С твердым органическим диэлектриком.
  6. Твердотельные.
  7. Электролитические.

Существует классификация конденсаторов по назначению (общий или специальный), по характеру защиты от внешних факторов (защищенные и незащищенные, изолированные и неизолированные, уплотненные и герметизированные), по технике монтажа (для навесного, печатного, поверхностного, с выводами под винт, с защелкивающимися выводами). Также устройства можно различить по способности к изменению емкости:

  1. Постоянные конденсаторы, то есть у которых емкость остается всегда постоянной.
  2. Подстроечные. У них емкость не меняется при работе аппаратуры, но можно ее регулировать разово или периодически.
  3. Переменные. Это конденсаторы, которые допускают в процессе функционирования аппаратуры изменение ее емкости.

Схемы соединения катушек

Как радиотехнический элемент, катушки индуктивностей обладают свойствами соединений, полностью идентичными соединениям резисторов.

Источник

Решение типовых задач. Синусоидальные токи, напряжения

Синусоидальные токи, напряжения. Параметры идеальных элементов электрических цепей синусоидального тока

Общие сведения

Электромагнитный процесс в электрической цепи считается периодическим, если мгновенные значения напряжений и токов повторяются через равные промежутки времени Т. Время Т называется периодом. Напряжения u(t) = u(t+T) и токи i(t)=i(t+T) ветвей электрической цепи являются периодическими функциями времени.

Величина, обратная периоду (число периодов в единицу времени), называется частотой: f = 1/T. Частота имеет размерность 1/c, а единицей измерения частоты служит Герц (Гц).

Широкое применение в электротехнике нашли синусоидальные напряжения и токи:

В этих выражениях:

u(t), i(t) – мгновенные значения,

Um, Im – максимальные или амплитудные значения,

ω = 2π/T = 2πf – угловая частота (скорость изменения аргумента),

ψu, ψi – начальные фазы,

ωt + ψu, ωt + ψi – фазы, соответственно напряжения и тока.

Графики изменения u(t), i(t) удобно представлять не в функции времени t, а в функции угловой величины ωt , пропорциональной t (рис. 1.1).

Величина φ = (ωt + ψu) – (ωt + ψi) = ψu, — ψi называется углом сдвига фаз. На рис. 1.1 ψu > 0, ψi > 0, φ = ψuψi > 0, т.е. напряжение опережает ток. Аналогично можно ввести понятие углов сдвига фаз между двумя напряжениями или токами.

Количество тепла, рассеиваемого на сопротивление R при протекании по нему тока, электромагнитная сила взаимодействия двух проводников с равными токами, пропорциональны квадрату тока. Поэтому о величине тока судят по действующему значению за период. Действующее значение периодического тока i(t) определяется по выражению

Для квадратов левой и правой частей этого равенства, после умножения их на RT, будем иметь:

Из этого равенства следует, что действующее значение периодического тока равно по величине такому постоянному току I, который на неизменном сопротивлении R за время T выделяет тоже количество тепла, что и ток i(t).

При синусоидальном токе i(t) = Im sin ωt интеграл

Следовательно, действующее значение синусоидального тока равно

Действующее значение синусоидальных напряжений u(t), э.д.с. e(t) определяются аналогично:

Для измерения действующих значений используются приборы электромагнитной, электродинамической, тепловой и др. систем.

Среднее значение синусоидального тока определяется как среднее за половину периода. Поэтому,

Средние значения синусоидальных напряжений u(t), э.д.с. e(t) определяются аналогично:

Отношение амплитудного значения к действующему называется коэффициентом амплитуды ka, а отношение действующего значения к среднему – коэффициентом формы kф. Для синусоидальных величин, например, тока i(t), эти коэффициенты равны:

Для синусоидальных токов i(t) = Im sin(ωt + ψi) уравнения идеальных элементов R, L, C при принятых на рис. 1.2. положительных направлениях имеют вид

На активном сопротивлении R мгновенные значения напряжения и тока совпадают по фазе. Угол сдвига фаз φ = 0.

Читайте также:  Схема реактивного тока с трансформаторами

На индуктивности L мгновенное значение тока отстает от мгновенного значения напряжения на угол . Угол сдвига фаз .

На емкости C мгновенное значение напряжения отстает от мгновенного значения тока на угол . Угол сдвига фаз .

Величины ωL и 1/ωC имеют размерность [Ом] и называются реактивным сопротивлением индуктивности или индуктивным сопротивлением XL:

и реактивным сопротивлением емкости или емкостным сопротивлением XС:

Величины 1/ωL и ωC имеют размерность [Ом -1 ] и называются реактивной проводимостью индуктивности или индуктивной проводимостью BL:

и реактивной проводимостью емкости или емкостной проводимостью BС:

Связь между действующими значениями напряжения и тока на идеальных элементах R, L, C устанавливают уравнения:

Для синусоидального напряжения u = Um sin ωt начальная фаза тока на входе пассивного двухполюсника (рис. 1.3.) равна

ψi = – φ, поэтому i = Im sin(ωt – φ)

Проекция напряжения на линию тока

называется активной составляющей напряжения.

Проекция напряжения на линию, перпендикулярную току,

называется реактивной составляющей напряжения.

Проекция тока на линию напряжения

называется активной составляющей тока.

Проекция тока на линию, перпендикулярную напряжению,

называется реактивной составляющей тока.

Имеют место очевидные соотношения:

В цепи синусоидального тока для пассивного двухполюсника по определению вводятся следующие величины:

1. Полное сопротивление Z:

2. Эквивалентные активное Rэк и реактивное Xэк сопротивления:

3. Полная проводимость Y:

4. Эквивалентные активная Gэк и реактивная Bэк проводимости:

Из треугольников сопротивлений и проводимостей (рис. 1.4) следует:

Эквивалентные параметры являются измеряемыми величинами, поэтому могут быть определены из физического эксперимента (рис. 1.5).

Электрическая цепь по схеме рис. 1.5 должна содержать амперметр А и вольтметр U для измерения действующих значений напряжения и тока, фазометр φ для измерения угла сдвига фаз между мгновенными значениями напряжения и тока на входе пассивного двухполюсника П.

Угол сдвига фаз пассивного двухполюсника .

Физическая величина, численно равная среднему значению от произведения мгновенных значений напряжения u(t) и тока i(t), называется активной мощностью Р.По определению имеем:

называются полной мощностью S и реактивной мощностью Q в цепи синусоидального тока. Имеет место равенство

Коэффициент мощности kм в цепи синусоидального тока определяется выражением:

Единицей измерения активной мощности является Ватт [Вт]. Для измерения активной мощности служит ваттметр. Ваттметр включается по схеме рис. 1.6.

Единица измерения полной мощности [ВА], реактивной – [ВАр].

Для вычисления мощностей удобно использовать следующие выражения:

Решение типовых задач

Для измерения мгновенных значений напряжений u(t) и токов i(t) служит осциллограф. Поскольку сопротивление входа этого прибора очень большое, непосредственно для измерения тока осциллограф использовать нельзя. Измеряют не ток, а пропорциональное току напряжение на шунте Rш (рис. 1.7, а).

Задача 1.1

К источнику синусоидального напряжения частотой f = 50 Гц подключена катушка индуктивности (рис. 1.7, а). Активное сопротивление провода, из которого изготовлена катушка, R = 10 Ом, индуктивность L = 1,6 мГн. Осциллограмма напряжения uш(t) представлена на рис. 1.7, б. Сопротивление шунта Rш = 0,1 Ом. Масштаб по вертикальной оси осциллограммы mu = 0,02 В/дел (0,02 вольта на деление).

Рассчитать действующие значения напряжения uRL, составляющих uR и uL этого напряжения. Построить графики мгновенных значений напряжений uRL, составляющих uR и uL.

Решение.

По осциллограмме рис. 1.7, б двойная амплитуда напряжения на шунте 2А = 10 дел. Находим амплитудное значение Im тока i:

Реактивное сопротивление Х индуктивности L на частоте

Амплитудные значения напряжений uR и uL:

Мгновенные значения составляющих напряжения на сопротивление R катушки индуктивности и индуктивности L соответственно равны (ψi = 0):

Мгновенное значение напряжения на активном сопротивлении в фазе с током, на индуктивности – опережает на угол .

Действующие значения напряжений:

Векторные диаграммы напряжений и тока приведены на рис. 1.8.

Зависимости uR(ωt); uL(ωt); uRL(ωt) представлены на рис. 1.9.

Задача 1.2

К цепи со схемой рис.1.10 приложено синусоидальное напряжение u = 141 sin 314t B.

Найти мгновенные и действующие значения тока и напряжения на всех участках цепи, если R = 30 Ом,

С = 79,62 мкФ.

Решение.

Назначаем положительные направления тока и напряжений как на рис. 1.10. Определяем реактивное сопротивление ХС емкости C на частоте ω = 314с -1 :

Полное сопротивление цепи:

– напряжения на резисторе R: ;

– напряжения на емкости С: .

Угол сдвига фаз между напряжением u и током i:

Начальная фаза тока i определяется из соотношения . Откуда,

Мгновенные значения тока и напряжений на участках цепи:

Задача 1.3

Для пассивного двухполюсника (рис. 1.5) экспериментально определены:

U = 10 В; I = 2 А; φ = 30 о .

Найти полное и эквивалентные активное и реактивное сопротивления двухполюсника.

Решение.

Имеем по определению:

Задача 1.4

По цепи по схеме рис. 1.10 действующие значения тока i на частотах

f1 = 500 Гц и f2 = 1000 Гц равны, соответственно, I1 = 1 А и I2 = 1,8 А.

Определить параметры цепи R и C, если на этих частотах напряжение на входе U = 100 В.

Решение.

По определению на частотах f1 и f2 имеем:

Непосредственно по схеме цепи рис. 1.10 находим:

Значения параметров R и С найдем из решения системы уравнений

Программа расчета в пакете MathCAD.

U:=100 f1:=500 f2:=1000 I1:=1 I2:=1.8 ←Присвоение переменным заданных условием задачи величин.
←Расчет полных сопротивлений на частотах f1 и f2.
←Расчет угловой частоты.
←Задание приближенных значений параметров R и C цепи.
Giver
←Решение системы нелинейных уравнений. Для набора «=» нажмите [Ctrl]=.
←Присвоение вектору RC найденных значений параметров R и C цепи.

Значения параметров цепи: .

Задача 1.5

Вычислить действующее значение тока и активную мощность на входе пассивного двухполюсника с эквивалентными активной проводимостью

G = 0,011 Ом -1 и реактивной проводимостью B = 0,016 Ом -1 . Напряжение на входе двухполюсника U = 30 В.

Решение.

Действующее значение тока

Задача 1.6

Действующее значение синусоидального тока ветви с резистором R равно 0, 1 А (рис. 1.11). Найти действующие значения напряжения u, и токов iL и i, если R = 430 Ом; XL = 600 Ом. Чему равна активная, реактивная и полная мощности этого двухполюсника?

Решение.

Положительные направления напряжения и токов указаны на рис. 1.11.

Действующее значение тока IR = 0,1 А.

По закону Ома U = IRR = 0,1∙430 = 43 В.

Действующее значение тока I можно вычислить, определив полную проводимость Y цепи. По виду схемы имеем

Задача 1.7

Действующее значение синусоидального напряжения на емкости С в цепи со схемой рис. 1.10 UС = 24 В. Найти действующее значение напряжения u и тока i, если XC = 12 Ом; R = 16 Ом.

Решение.

Определяем действующее значение тока i

Полное сопротивление цепи

Определяем действующее значение напряжения u

Задача 1.8

Для определения эквивалентных параметров пассивного двухполюсника в цепи синусоидального тока были сделаны измерения действующих значений напряжения, тока и активной мощности (рис. 1.12).

A → 0,5 A, U → 100 B, W → 30 Вт.

Для определения характера реактивного сопротивления (проводимости) параллельно двухполюснику была включена емкость С (ВС ˂ Вэк). При этом показания амперметра уменьшились. Рассчитать эквивалентные сопротивления и проводимости двухполюсника.

Решение.

Действующее значение: I = 0,5 A, U = 100 B. Активная мощность, потребляемая двухполюсником, P = 30 Вт. Полное сопротивление двухполюсника

Эквивалентное активное сопротивление

Эквивалентное реактивное сопротивление

Характер реактивного сопротивления индуктивный (Хэк = ХL, φ > 0). После включения параллельно двухполюснику емкости С, ток I’ ˂ I. Этому случаю соответствует векторная диаграмма рис. 1.13 а. Емкостному характеру соответствует векторная диаграмма рис. 1.13 б.

Полная проводимость двухполюсника

Эквивалентная активная проводимость

Эквивалентная реактивная проводимость

Следует обратить внимание, что треугольники сопротивлений и проводимостей для одного и того же двухполюсника подобны (рис. 1.4). Поэтому,

1.3. Задачи и вопросы для самоконтроля

1. Какими параметрами описываются синусоидальные токи в электрических цепях?

2. Как связаны между собой круговая частота ω и период Т синусоидального тока?

3. Что такое действующее значение переменного тока?

4. Запишите формулы для вычисления индуктивного и емкостного сопротивлений.

5. Объясните, как определить напряжение на участке цепи, если заданы и r и x.

6. Нарисуйте треугольник сопротивлений и треугольник проводимостей с необходимыми обозначениями.

7. Запишите формулы для вычисления активной и реактивной мощностей.

8. Напряжение на индуктивности L = 0,1 Гн в цепи синусоидального тока изменяется по закону . Найти мгновенное значение тока и индуктивности.

9. Ток в емкости С = 0,1 мкФ равен . Найти мгновенное значение напряжения на емкости.

10. На участке цепи с последовательно включенными активным сопротивлением R = 160 Ом и емкостью С = 26,54 мкФ мгновенное значение синусоидального тока . Найти мгновенные значения напряжений на емкости и на всем участке цепи. Чему равны действующие значения этих величин?

Дата добавления: 2016-01-29 ; просмотров: 85051 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector