Что такое активное сопротивление переменного тока?

Величина и начальная фаза переменного тока, создаваемого переменным напряжением, зависят не только от величины сопротивлений, образующих электрическую цепь, но и от индуктивности и емкости этой цепи.

Активное сопротивление в цепи переменного тока

Активное сопротивление в цепи переменного тока.

Строго говоря, любая электрическая цепь обладает, кроме сопротивления, также индуктивностью и емкостью. Если по проводнику проходит ток, то вокруг него возбуждается магнитное поле, т. е. имеют место явления индуктивности. Ток возникает под действием электрического поля на заряды, следовательно, проводник должен обладать емкостью, так как в диэлектрической среде вокруг него возникает поток смещения.

Однако в ряде случаев относительная роль двух из трех параметров R, L, С в электрической цепи практически незначительна. Это позволяет рассматривать подобную цепь как обладающую только сопротивлением, или только индуктивностью, или только емкостью. Мы рассмотрим поочередно условия в трех таких простейших цепях переменного тока.

В цепи, содержащей только сопротивление г, синусоидальное напряжени u = Um sin ?t источника электроэнергии создает ток:

i = u : r = (Um : r ) sin ?t

Так как сопротивление r от времени не зависит, то в этой цепи ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 1) и изменяется также синусоидально:

i = Im sin ?t

здесь:

Im = Um : r

Кривые мгновенных значений напряжения и тока в цепи,содержащей только сопротивление r

Рисунок 1 Кривые мгновенных значений напряжения и тока в цепи,содержащей только сопротивление r.

Разделив последнее выражение на , получим формулу закона Ома для действующих значений напряжения и тока:

I = U : r

Как видно из формулы, этот закон для цепей переменного тока, содержащих только сопротивление r, имеет такой же вид, как и закон Ома для цепи постоянного тока.

В цепи переменного тока сопротивление r называется активным сопротивлением. Это сопротивление, в котором электроэнергия преобразуется в другую форму (в теплоту и др.). Оно может существенно отличаться от сопротивления r при постоянном токе. Сопротивление для постоянного тока называют омическим, чтобы отличить его от активного сопротивления для переменного тока.

Различие между активным и омическим сопротивлениями обуславливается рядом причин. Одна из них - поверхностный эффект, частичное вытеснение переменного тока в поверхностные слои проводника. Чем больше частота переменного тока, тем это вытеснение значительнее. Из-за поверхностного эффекта сопротивление r оказывается уже существенно большим, чем вычисленное по формуле:

r = ? (l : S)

Поверхностный эффект создается тем, что переменное магнитное поле индуктирует во внешних слоях проводника меньшую ЭДС самоиндукции, чем во внутренней его части. Особенно сильно поверхностный эффект увеличивает активное сопротивление стальных проводов. На активное сопротивление медных и алюминиевых проводов при промышленной частоте поверхностный эффект существенно влияет только при больших сечениях проводов (свыше 25 кв.мм).

Кроме поверхностного эффекта, большое увеличение активного сопротивления электрической цепи могут вызывать потери энергии в переменном электромагнитном поле цепи от гистерезиса и вихревых токов.

The magnitude and initial phase alternating current generated by the alternating voltage, depends not only on the value of resistors constituting an electrical circuit, but also on the inductance and capacitance of the circuit.

The resistance in the AC circuit

The resistance in the AC circuit.

Strictly speaking, any electrical circuit has, besides the resistance, inductance and capacitance also. If the conductor is a current, then around him excited magnetic field, t. E. There are phenomena inductance. Current occurs under the influence of an electric field on the charges, therefore, the conductor should have a capacity as a dielectric medium around the flow offsets arises.

However, in some cases, the relative role of two of the three parameters R, L, C in the circuit is almost negligible. This makes it possible to consider such a chain is only as having resistance or inductance only or capacitance only. We will examine in turn the conditions of three of the simplest AC circuits.

The circuit containing only resistance g, sinusoidal voltage u = Um sin? t?power source produces a current:

i = u: r = (Um :? R) sin t

Because the resistance r is independent of time, then the current in this circuit is in phase with the voltage (Figure 1.), And also varies sinusoidally:

i = Im sin? t

here:

Im = Um : r

Curves instantaneous voltage and current in a circuit containing only resistance r

The curves of Figure 1 instantaneous voltage and current in a circuit containing only resistance r.

Dividing the last expression?, we obtain the formula Ohm's law for operating voltage and current:

I = U: r

As can be seen from the formula, this law for AC circuits containing resistance r only, has the same form as Ohm's Law for DC circuit.

The AC circuit resistance r is called the active resistance. This resistance, in which electric power is transformed into a different form (and in heat al.). It may differ significantly from the resistance r at constant current. DC resistance ohmic called to distinguish it from the active impedance for alternating current.

The difference between the active and ohmic resistance is caused by a number of reasons. One of them - the surface effect, a partial displacement of an AC into the surface layers of the conductor. The greater the frequency of the AC, the displacement is greater. Due to the skin effect resistance r It is already significantly greater than that calculated by the formula:

r =? (L: S)

Surface effect is created that induces an alternating magnetic field in the outer layers of self-induction EMF conductor smaller than in the inner portion thereof. Particularly strong skin effect increases the resistance of the steel wires. On resistance of copper and aluminum wires at a power frequency skin effect significant effect only for large sections of the wires (more than 25 square millimeters).

Also the effect of the surface, a large increase in circuit resistance can cause losses of energy in an alternating electromagnetic field from the circuit hysteresis and eddy currents.

Величина і початкова фаза змінного струму, створюваного змінним напругою, залежать не тільки від величини опорів, що утворюють електричний ланцюг, але і від індуктивності і ємності цього ланцюга.

Активний опір у колі змінного струму

Активний опір у колі змінного струму.

Строго кажучи, будь-яка електрична ланцюг має, крім опору, також індуктивністю і ємністю. Якщо по провіднику проходить струм, то навколо нього порушується магнітне поле, т. Е. Мають місце явища індуктивності. Струм виникає під дією електричного поля на заряди, отже, провідник повинен володіти ємністю, так як в діелектричній середовищі навколо нього виникає потік зміщення.

Однак в ряді випадків відносна роль двох з трьох параметрів R, L, С в електричному ланцюзі практично незначна. Це дозволяє розглядати подібну ланцюг як володіє тільки опором, або тільки индуктивностью, або тільки ємністю. Ми розглянемо по черзі умови в трьох таких найпростіших ланцюгах змінного струму.

У ланцюзі, що містить лише опір г, синусоидальное напруги u = Um sin? t джерела електроенергії створює струм:

i = u: r = (Um : R) sin? T

Так як опір r від часу не залежить, то в цьому ланцюзі струм збігається за фазою з напругою (рис. 1) і змінюється також синусоидально:

i = Im sin? t

тут:

Im = Um : r

Криві миттєвих значень напруги і струму в ланцюзі, що містить лише опір r

Малюнок 1 Криві миттєвих значень напруги і струму в ланцюзі, що містить лише опір r.

Розділивши останній вираз на , отримаємо формулу закону Ома для діючих значень напруги і струму:

I = U: r

Як видно з формули, цей закон для ланцюгів змінного струму, що містять тільки опір r, має такий же вигляд, як і закон Ома для кола постійного струму.

У колі змінного струму опір r називається активним опором. Це опір, в якому електроенергія перетворюється в іншу форму (в теплоту і ін.). Воно може істотно відрізнятися від опору r при постійному струмі. Опір для постійного струму називають омічним, щоб відрізнити його від активного опору для змінного струму.

Різниця між активним і омічним опорами обумовлюється рядом причин. Одна з них - поверхневий ефект, часткове витіснення змінного струму в поверхневі шари провідника. Чим більше частота змінного струму, тим це витіснення значніше. Через поверхневого ефекту опір r виявляється вже істотно більшим, ніж обчислена за формулою:

r =? (L: S)

Поверхневий ефект створюється тим, що змінне магнітне поле індукує в зовнішніх шарах провідника меншу ЕРС самоіндукції, ніж у внутрішній його частині. Особливо сильно поверхневий ефект збільшує активний опір сталевих дротів. На активний опір мідних і алюмінієвих проводів при промисловій частоті поверхневий ефект істотно впливає тільки при більшому перерізі проводів (понад 25 кв.мм).

Крім поверхневого ефекту, велике збільшення активного опору електричного кола можуть викликати втрати енергії в змінному електромагнітному полі ланцюга від гистерезиса і вихрових струмів.


» » » Что такое активное сопротивление переменного тока?