Общие сведения
На рис. 6.9.1а изображена произвольная пассивная цепь синусоидального тока с двумя зажимами для подключения источника питания (пассивный двухполюсник).
В общем случае ток и напряжение на входе этой цепи сдвинуты по фазе на угол j:
u=Umsin(w t); i=Imsin(w t- j).
Мгновенная мощность, потребляемая цепью от источника:
p= ui= UmImsin(w t) sin(w t- j)= UIcos j- UIcos(2 w t- j).
График изменения этой мощности представлен на рис. 6.9.1.б вместе с графиками изменения тока и напряжения. Мощность колеблется с двойной частотой. Большую часть периода она имеет положительное значение, а меньшую – отрицательное. Отрицательное значение мощности свидетельствует о возврате части накопленной в конденсаторах и катушках энергии в питающий цепь источник энергии.
Среднее значение потребляемой мощности:
P= UIcos j=I2 R
называется активной мощностью. Она характеризует среднюю скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Потребляемая в пассивной цепи активная мощность имеет всегда положительное значение. Она измеряется в ваттах (Вт).
Амплитуда переменной составляющей мощности:
S= UI= I2 Z
называется полной мощностью. Она характеризует максимальную мощность, на которую должен быть рассчитан источник для питания данной цепи. Её иногда называют кажущейся, габаритной или аппаратной мощностью. Единицей её измерения является вольт-ампер (ВА)
Рис. 6.9.1.
Величина Q= UIsin j=I2 X называется реактивной мощностью. Она характеризует максимальную скорость обмена энергии между источником и цепью. Она может быть как положительной (при j>0, т.е.в индуктивной цепи), так и отрицательной (при j<0, т.е. в ёмкостной цепи). В связи с этим иногда говорят, что индуктивность потребляет «реактивную энергию», а ёмкость вырабатывает её. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр).
В электрической цепи синусоидального тока выполняется баланс как активных, так и реактивных (но не полных!) мощностей, т. е. сумма мощностей всех источников равна сумме мощностей всех потребителей:
S Pист.= S Pпотр.; S Qист.= S Qпотр..
Соотношения между различными мощностями в цепи синусоидального тока можно наглядно представить в виде треугольника мощностей (рис. 6.9.2).
Рис.6.9.2
Экспериментальная часть
Задание
Измерьте с помощью виртуальных приборов мощности в цепи синусоидального тока. Расчётом проверьте баланс активных и реактивных мощностей.
Порядок выполнения работы
· Измерьте омметром активное сопротивление катушки индуктивности 40мГн:
.
Rк= Ом.
· Вычислите реактивные сопротивления катушки L=40 мГн и конденсатора
С=1 мкФ:
XL=2 p fL= Ом;
XC=1/2 p fC= Ом.
· Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.9.3), включив в неё виртуальные приборы V1 и A1 и безразлично виртуальные или реальные А2 и А3.
· Подайте на схему синусоидальное напряжение 500 Гц и установите максимальную амплитуду, которую может дать генератор.
· Активизируйте виртуальные приборы: для измерения напряжения и тока на входе цепи, а также активной и реактивной мощности источника.
Примечание:
Избегайте включать одновременно большое количество виртуальных приборов в основном блоке. Это уменьшает количество отсчётов и снижает точность измерений!
· Запишите в табл 6.9.1 значения токов IRL, IR, IC и мощностей Рист и Qист.
Рис.6.9.3.
Таблица. 6.9.1
| Ветвь | RкL | R | C |
Баланс мощностей, мВт, мВАр | |||
| I, мА | |||||||
| Р=I2R,мВт | 0 | Рист | SPпотр | ||||
| Q=I2X, мВАр | 0 | Qист | SQпотр | ||||
· Вычислите по приведённым в табл. формулам значения активной и реактивной мощностей каждого потребителя. Вычислите сумму активных и алгебраическую сумму реактивных мощностей их суммы и проверьте баланс мощностей.
Трансформаторы
Введение
Трансформатор состоит из двух или большего числа катушек (обмоток), магнитная связь, между которыми обеспечивается с помощью ферромагнитного сердечника. Трансформаторы используются для преобразования и согласования напряжений, токов и сопротивлений, а также для развязывания электрических цепей (гальваническая развязка).
В идеальном трансформаторе, то есть в трансформаторе без потерь, потребляемая им мощность равна мощности отдаваемой. В реальности, однако, имеют место потери мощности в меди обмоток (в омических сопротивлениях обмоток) и в сердечнике трансформатора, поэтому резистору нагрузки отдается только часть потребляемой трансформатором мощности.
