Опір алюмінієвих шин. Визначення активного та реактивного опорів шинопроводу. Реактивний опір конденсатора

ВИЗНАЧЕННЯ АКТИВНОГО ТА РЕАКТИВНОГО ОПОРУ ШИНОПРОВОДУ

а) Активний опір шинопроводу
При визначенні активного опору за основу приймається омічний опір, який обчислюють за формулою де - питомий опір провідника при температурі (зазвичай приймають рівним 20°С); l – довжина провідника, м; s - переріз провідника; - температурний коефіцієнт зміни опору (для міді та алюмінію); - температура, за якої визначається опір провідника, °С
Як викладено у розділі , активний опір провідника збільшується за рахунок поверхневого ефекту, ефекту близькості та втрат на гістерезис та вихрові струми в металевих конструкціях або сталевих арматурах залізобетонних конструкцій шинопроводів.
Збільшення опору провідника за рахунок поверхневого ефекту та ефекту близькості враховується введенням коефіцієнта додаткових втрат з ( 10-4), а саме: Збільшення активного опору шинопроводу за рахунок втрат у металевих конструкціях, що містять шинопровід, враховується введенням у розрахунки коефіцієнта : Повне активне шинопроводу, Ом, визначається виразом або у питомих величинах (Ом/км) б) Реактивний опір шинопроводу
Для шинопроводів великої протяжності (довжина значно перевищує лінійні розміри шинопроводу в поперечному розрізі) індуктивність шинопроводу, Гн/км, підраховують за формулою де l - Довжина шинопроводу, см; g - середньогеометрична відстань площі поперечного перерізу пакета шин від самого себе, див.
Взаємну індуктивність, Гн/км, для цього випадку визначають за формулою де - Середньогеометрична відстань між двома пакетами шинопроводу, див.
Пакет шин, що складається з кількох смуг, повинен розглядатися як один провідник, але з відповідною для його виконання середньогеометричною відстанню. Середньогеометричні відстані площ перерізу один від одного і самих від себе можуть бути з табл. 10-1.

Таблиця 10-1 Формули визначення середньогеометричного відстані шин залежно від конструктивного виконання шинопровода

Таблиця визначення функції f

При розташуванні осей шин по рівносторонньому трикутнику, тобто для випадку, коли реактивний опір шинопроводу дорівнюватиме: З формул (10-8) і (10-9) при f = 50 Гц, l - 1 км знаходимо:

де d - відстань між осями фаз, див.
При розташуванні осей шин в одній площині (вертикально або горизонтально) і відстані між осями фаз 1-2 і 2-3 рівних d, а між осями фаз 1-3 2d

При розташуванні осей фаз шинопроводу в одній площині через неоднаковість взаємоіндукції між різними парами фаз відбувається перенесення потужності з однієї фази на іншу. Для усунення асиметрії навантажень при несиметричних шинопроводах застосовують транспозицію фаз. Якщо ж є необхідність взагалі позбутися прояву ефекту перенесення потужності, то вдаються до симетричних струмопроводів.

Тому облік активних опорів є обов'язковим. Більше того, у ряді випадків без особливої ​​шкоди для точності розрахунків можна знехтувати реактивними опорами. Істотний вплив у цьому сенсі чинять не тільки опір силового трансформатора, але й опору таких елементів, як збірні шини, невеликі відрізки кабелів, що приєднують, трансформатори струму, струмові котушки і контакти комутаційних апаратів. Нарешті, помітний вплив на струми короткого замикання в установках, що розглядаються, надають різні перехідні контакти (з'єднання шин, затискачів, роз'ємних контактів апаратів і т. д.), а також перехідний опір безпосередньо в місці замикання.

Наведено короткі теоретичні відомості про розрахунок струму трифазного короткого замикання, а також про розрахунок струмів несиметричних коротких замикань (однофазного та двофазного). Розглянуто розрахунок опорів різних елементів електроустановки. Відповідно до чинного стандарту надано рекомендації щодо необхідності врахування окремих елементів електроустановки.

Активний опір сталевих проводів значно відрізняється від їхнього омічного опору. Це тим, що всередині сталевого дроту внаслідок великої магнітної проникності сталі виникає магнітний потік. У довідниках наводяться криві та таблиці, в яких дано експериментальні залежності активного опору сталевих.

Внутрішній реактивний опір для сталевих проводів у багато разів більше внутрішнього опору лінії, виконаної з немагнітного матеріалу, внаслідок великої магнітної проникності, яка залежить від сили струму, що протікає по дроту.

У прийнятій проектній практиці розрахунок однофазних к. з. для перевірки їх автоматичного вимкнення спрощується. Зокрема, струм однофазного к. з., кА, визначається лише з урахуванням опорів силового трансформатора та лінії за формулою

ТСЗГЛ, ТСЗГЛФ – трифазні сухі трансформатори з геофоливою литою ізоляцією, клас нагрівальностійкості ізоляції – F (геафоль – епоксидний компаунд з кварцовим наповнювачем): ТСЗГЛ – введення ВН усередині кожуха; ТСЗГЛФ - введення ВН виведені на фланець, розташований на торцевій поверхні кожуха. ТМГ – трифазний герметичний масляний трансформатор. ТМГСУ – трифазний герметичний масляний з симетруючим пристроєм трансформатор, що забезпечує підтримання симетричності фазних напруг у мережах споживачів з нерівномірним пофазним навантаженням. Опір нульової послідовності цих трансформаторів у середньому втричі менший, ніж у трансформаторів без симетруючого пристрою.

У період розплавлення шихти виникають часті експлуатаційні короткі замикання в процесі плавки і безструмові паузи при випуску сталі і новому завантаженні печі, в результаті чого в мережах живлення спостерігаються поштовхові навантаження. Навантаження від однофазних печей несиметричне. Щодо надійності електропостачання дугові печі відносяться до приймачів першої категорії.

Випускаються печі в одно- та трифазному виконанні, потужністю до кількох тисяч кіловат. Характер їх навантаження рівний, однак, однофазні печі для трифазних мереж представляють несиметричне навантаження. Печі опору відносяться до ІІ категорії з надійності електропостачання.

Радіальні схеми застосовують у приміщеннях з будь-яким довкіллям. Дані схеми характерні тим, що від джерела живлення (КТП) прокладають лінії, що живлять безпосередньо ЕП великої потужності або комплектні розподільні пристрої (шафи, пункти, складання, щити), від яких по окремих лініях живляться електроприймачі малої та середньої потужності. Розподільчі пристрої слід розташовувати в центрі електричних навантажень цієї групи споживачів (якщо дозволяє довкілля) з метою зменшення довжини розподільчих ліній. Лінії, якими запитуються розподільні пристрої, називаються живильними і виконуються, зазвичай, кабелями. Радіальні схеми вимагають установки на цехових підстанціях великої кількості комутаційних апаратів та значної витрати кабелів.

На індуктивне опір ф??з багатофазних ЛЕП впливає також взаємне розташування фазних проводів (жил). Крім ЕРС самоіндукції, у кожній фазі наводиться протидіє їй ЕРС взаємоіндукції. Тому при симетричному розташуванні фаз, наприклад, по вершинах рівностороннього трикутника, результуюча протидіє ЕЛС у всіх фазах однакова, а отже, однакові пропорційні їй індуктивні опори фаз. При горизонтальному розташуванні фазних проводів потокозчеплення фаз неоднаково, тому індуктивні опори фазних проводів відрізняються один від одного. Для досягнення симетрії (однаковості) параметрів фаз на спеціальних опорах виконують транспозицію (перестановку) фазних проводів.

Індуктивний опір обумовлено магнітним полем, що виникає навколо і всередині провідника при протіканні струму. У провіднику наводиться ЕРС самоіндукції, спрямована відповідно до принципу Ленца, протилежно ЕРС джерела

Робоча ємність кабельних ліній значно вища за ємність ПЛ, оскільки жили дуже близьких друг і заземленим металевими оболонкам. Крім того діелектрична проникність? кабельної ізоляції значно більше одиниці – діелектрична проникність повітря. Велика різноманітність конструкцій кабелю, відсутність їх геометричних розмірів ускладнює визначення її робочої ємності, у зв'язку з чим практично користуються даними експлуатаційних чи заводських вимірів.

Омічний опір спрощено можна трактувати як перешкоду спрямованому руху зарядів вузлів кристалічних ґрат. матеріалу провідника, що здійснюють коливальні рухи біля рівноважного стану. Інтенсивність коливань і, відповідно, омічний опір зростають із зростанням температури провідника.

Відсутність у виробників та замовників чіткого уявлення про принципові відмінності властивостей силових трансформаторів малої потужності з різними схемами з'єднання обмоток призводить до помилок у їх застосуванні. Причому неправильний вибір схеми з'єднання трансформаторних обмоток не лише погіршує технічні показники електроустановок та знижує якість електроенергії, а й призводить до серйозних аварій.

Результати пошуку показали, що заявлений винахід не випливає для фахівця явно з відомого рівня техніки, оскільки винахід заснований на розрахунках, узагальненні та уніфікуванні розрахунків, що стало можливим при новому використанні властивостей опору короткозамкнутого ланцюга гранично допустимої величини за умовою чутливості. Отже, заявлений винахід відповідає умові "винахідний рівень".

Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що у відомому способі вибір і перевірка кабелів на захищеність від коротких замикань і уставок захисту на чутливість по номограмах виробляються шляхом порівняння кабелів, що вибираються або перевіряються (марка, перетин, довжина) і уставок захисту з контрольними на номограм , наведеними у вигляді граничних довжин кабелів, при яких відповідна уставка захисту чутлива до струмів короткого замикання; Порівняний аналіз заявляється з прототипом показує, що заявляється спосіб відрізняється від відомого тим, що дає точні результати, т.к. використовують уточнені номограми, що дозволяє заявлений спосіб застосовувати не для наближеного аналізу (як відомий спосіб - прототип), а для перевірок та вибору кабелів та захисту власних потреб електростанцій (АЕС та ТЕС) та ін.

Використання уточнених номограм, готових і вивірених, не вимагає підготовчих робіт та розрахунків (у порівнянні з чинним способом), це знижує багаторазово ймовірність помилок та трудовитрати та дозволить провести та завершити рекомендовані циркулярами перевірки (слід мати на увазі, що на електростанції кількість кабелів та захистів складає кілька тисяч і при існуючому способі перевірки набагато важче охопити цей обсяг). Уточнені номограми наводять гранично-допустимі величини, це виключає проміжні варіанти (при діючому способі шляхом розрахунків по кожному кабелю і захисту) і робить обсяг номограм оглядовим, зручним для оперативного аналізу, перевірки, вибору.

До причин, що перешкоджають досягненню вказаного нижче технічного результату при використанні відомого способу, відноситься те, що у відомому способі проводяться розрахунки для кожного кабелю, що перевіряється (вибирається) і відповідної уставки захисту в декількох варіантах застосування (слід мати на увазі, що в схемі власних потреб електростанції кількість кабелів та захистів становить кілька тисяч).

Так як КЗ може виникнути в будь-якій точці розподільної мережі, а значення струму КЗ зазвичай виявляється більше струму уставки захисних апаратів, то може відбутися відключення генератора та повне знеструмлення енергосистеми. Тому захисні апарати від струмів КЗ повинні забезпечувати вибіркове (селективне) відключення ділянок мережі.

Активний та реактивний опір - опором в електротехніці називається величина, яка характеризує протидію частини ланцюга електричному струму. Цей опір утворено шляхом зміни електричної енергії на інші типи енергії. У мережах змінного струму є незворотна зміна енергії та передача енергії між учасниками електричного кола.

При незворотній зміні електроенергії компонента ланцюга інші типи енергії, опір елемента є активним. При здійсненні обмінного процесу електроенергією між компонентом ланцюга та джерелом, то опір реактивний.

В електричній плиті електроенергія незворотно перетворюється на тепло, внаслідок цього електроплита має активний опір, так само як і елементи, що перетворюють електрику на світло, механічний рух і т.д.

В індуктивній обмотці змінний струм утворює магнітне поле. Під впливом змінного струму в обмотці утворюється ЕРС самоіндукції, яка спрямована назустріч струму при його збільшенні, та по ходу струму при його зменшенні. Тому ЕРС надає протилежну дію зміні струму, створюючи індуктивний опір котушки.

За допомогою ЕРС самоіндукції здійснюється повернення енергії магнітного поля обмотки в електричний ланцюг. У результаті обмотка індуктивності та джерело живлення здійснюють обмін енергією. Це можна порівняти з маятником, який при коливаннях перетворює потенційну та кінетичну енергію. Звідси випливає, що опір індуктивної котушки має реактивний опір.

Самоіндукція не утворюється в ланцюзі постійного струму і індуктивний опір відсутній. У ланцюзі ємності та джерела змінного струму змінюється заряд, отже між ємністю та джерелом струму протікає змінний струм. При повному заряді конденсатора енергія його найбільша.

У ланцюзі напруга ємності створює протидію течії струму своїм опором, і називається реактивним. Між конденсатором та джерелом відбувається обмін енергією.

Після повної зарядки ємності постійним струмом напруга його поля вирівнює напругу джерела, тому струм дорівнює нулю.

І в ланцюзі змінного струму працюють деякий час як споживач енергії, коли накопичують заряд. І також працюють як генератор при поверненні енергії назад у ланцюг.

Якщо сказати простими словами, то активний та реактивний опір – це протидія струму зниження напруги на елементі схеми. Величина зниження напруги на активному опорі має завжди зустрічний напрямок, але в реактивної складової – попутно струму чи назустріч, створюючи опір зміні струму.

Реальні елементи ланцюга практично мають всі три виду опору одночасно. Але іноді можна знехтувати деякими з них через незначні величини. Наприклад, ємність має тільки ємнісний опір (при нехтуванні втратами енергії), лампи освітлення мають тільки активний (омічний) опір, а обмотки трансформатора та електромотора – індуктивний та активний.

Активний опір

У ланцюзі дії створює протидію, зниження напруги на активному опорі. Падіння напруги, створене струмом і протидія йому, дорівнює активному опору.

При протіканні струму по компонентах з активним опором зниження потужності стає незворотним. Можна розглянути резистор, де виділяється тепло. Виділене тепло не перетворюється назад на електроенергію. Активний опір також може мати лінія передачі електроенергії, сполучні кабелі, провідники, котушки трансформаторів, обмотки електромотора і т.д.

Відмінною ознакою елементів ланцюга, які мають тільки активну складову опору, є збіг напруги та струму по фазі. Цей опір обчислюється за такою формулою:

R = U/I, де R- Опір елемента, U- Напруга на ньому, I- Сила струму, що протікає через елемент ланцюга.

На активний опір впливають властивості та параметри провідника: температура, поперечний переріз, матеріал, довжина.

Реактивний опір

Тип опору, що визначає співвідношення напруги та струму на ємнісному та індуктивному навантаженні, не обумовлене кількістю витраченої електроенергії, називається реактивним опором. Воно має місце тільки при змінному струмі, і може мати негативне та позитивне значення, залежно від напрямку зсуву фаз струму та напруги. При відставанні струму від напруги величина реактивної складової опору має позитивне значення, і якщо відстає напруга струму, то реактивний опір має знак мінус.

Активний та реактивний опір, властивості та різновиди

Розглянемо два види цього опору: ємнісний та індуктивний. Для трансформаторів, соленоїдів, обмоток генераторів та моторів характерний індуктивний опір. Ємнісний вид опору мають конденсатори. Щоб визначити співвідношення напруги та струму, потрібно знати значення обох видів опору, який чинить провідник.

Реактивний опір утворюється за допомогою зниження реактивної потужності, витраченої на утворення магнітного поля ланцюга. Зниження реактивної потужності створюється шляхом підключення трансформатора приладу з активним опором.

Конденсатор, підключений до ланцюга, встигає накопичити лише обмежену частину заряду перед зміною полярності напруги на протилежний. Тому струм не знижується до нуля, тому що при постійному струмі. Чим нижча частота струму, тим менше заряду накопичить конденсатор, і буде менше створювати опір струму, що утворює реактивний опір.

Іноді ланцюг має реактивні компоненти, але в результаті реактивна складова дорівнює нулю. Це передбачає рівність фазної напруги та струму. У разі відмінності від нуля реактивного опору між струмом і напругою утворюється різниця фаз.

Котушка має індуктивний опір у схемі ланцюга змінного струму. В ідеальному вигляді її активний опір не враховують. Індуктивний опір утворюється за допомогою ЕРС самоіндукції. У разі підвищення частоти струму зростає і індуктивний опір.

На індуктивний опір котушки впливає індуктивність обмотки та частота в мережі.

Конденсатор утворює реактивний опір через наявність ємності. При зростанні частоти в мережі його ємнісний опір (опір) знижується. Це дає можливість активно його застосовувати в електронній промисловості у вигляді шунта зі змінною величиною.

Трикутник опорів

Схема ланцюга, підключеного до змінного струму, має повний опір, який можна визначити у вигляді суми квадратів реактивного та активного опорів.

Якщо зобразити вираз у вигляді графіка, то вийде трикутник опорів. Він утворюється, якщо розрахувати послідовний ланцюг усіх трьох видів опорів.

За цим трикутним графіком можна побачити, що катети є активним і реактивним опором, а гіпотенуза є повним опором.

У цій статті ми поведемо про такі параметри, як активний та реактивний опір.

Активний опір

І почнемо ми статтю не з реактивного опору, як не дивно, а з простого та всіма нами улюбленого радіоелемента – , який, як кажуть, має активним опором.Ще іноді його називають омічним. Як нам каже вікі-словник, “активний – це діяльний, енергійний, який виявляє ініціативу”. Активіст готовий завжди рвати та метати навіть уночі. Він готовий ПОВНІСТТЮ викластися і витратити всю енергію на благо суспільства.

Те саме можна сказати і про інші навантаження, що володіють активним опором. Це можуть бути різні нагрівальні елементи типу тенів, а також лампи розжарювання.

Як дивитися силу струму в ланцюзі через осцилограф

Чим же резистор відрізняється від котушки індуктивності та конденсатора? Зрозуміло, що виконуються функціями, але цим все не обмежується. Отже, давайте розглянемо найпростішу схему у всій електроніці:

На схемі ми бачимо генератор частоти та резистор.

Давайте візуально подивимося, що у нас відбувається в цій схемі. Для цього, як я вже сказав, нам знадобиться

А також :

За допомогою нього ми будемо дивитися напругу і силу струму.

Що?

Силу струму?

Але ж осцилограф призначений для того, щоб розглядати форму сигналу напруги? Як же ми розглядатимемо форму сигналу сили струму? А все виявляється просто). Для цього досить згадати правило шунта.

Хто не пам'ятає – нагадаю. Маємо звичайний резистор:

Що буде, якщо через нього прогнати електричний струм?

На кінцях резистора ми матимемо падіння напруги. Тобто, якщо виміряти за допомогою мультиметра напругу на його кінцях, мультиметр покаже якесь значення у Вольтах

І тепер головне питання: чого залежить падіння напруги на резисторі? У справу знову вступає закон Ома для ділянки ланцюга : I=U/R. Звідси U=IR. Ми бачимо залежність від номіналу самого резистора і від сили струму, що в даний час в ланцюгу. Чуєте? Від СИЛИ СТРУМУ! То чому б нам не скористатися такою чудовою властивістю і не глянути силу струму через падіння напруги на самому резисторі? Адже номінал резистора у нас постійний і майже не змінюється зі зміною сили струму;

У цьому досвіді нам необов'язково знати номінал сили струму ланцюга. Ми просто дивитимемося, від чого залежить сила струму і чи змінюється взагалі?

Тому наша схема набуде ось такого вигляду:

У цьому випадку шунтом буде резистор опором 0,5 Ом. Чому саме 0,5 Ом? Та тому що він не буде сильно грітися, оскільки має маленький опір, а також його номінал цілком достатній, щоб зняти з нього напругу.

Залишилося зняти напругу з генератора, а також із шунта за допомогою осцилографа. Якщо ви не забули, зі шунта ми знімаємо осцилограму сили струму в ланцюзі. Червона осцилограма – це напруга з генератора U ген, а жовта осцилограма – це напруга із шунту U ш, у разі – сила струму. Дивимося, що в нас вийшло:

Частота 28 Герц:

Частота 285 Герц:

Частота 30 Кілогерц:

Як ви бачите, зі зростанням частоти сила струму у нас залишилася такою самою.

Давайте побалуємося формою сигналу:

Як бачимо, сила струму повністю повторює форму сигналу напруги.

Отже, які можна зробити висновок?

1) Сила струму через активний (омічний) опір має таку ж форму, як і форма напруги.

2) Сила струму та напруга на активному опорі збігаються по фазі, тобто куди напруга, туди і струм. Вони рухаються синфазнотобто одночасно.

3) Зі зростанням частоти нічого не змінюється (якщо тільки на дуже високих частотах).

Конденсатор у ланцюгу змінного струму

Ну, а тепер давайте замість резистора поставимо конденсатор.

Дивимося осцилограми:

Як ви бачите, конденсатор має опір, оскільки сила струму в ланцюзі значно зменшилася. Але зверніть увагу, що відбулося зрушення жовтої осцилограми, тобто осцилограми сили струму.

Згадуємо алгебру старші класи. Отже, повний період T – це 2П

Тепер давайте прикинемо, яке зрушення фаз у нас вийшло на графіку:

Десь приблизно П/2чи 90 градусів.

Чому так сталося? У всьому винна фізична властивість конденсатора. У перші частки секунд, конденсатор веде себе як провідник з дуже малим опором, тому сила струму в цей момент буде максимальна. У цьому можна легко переконатися, якщо різко подати напругу на конденсатор і в початковий момент часу подивитися, що відбувається з силою струму

Червона осцилограма – це напруга, яку ми подаємо на конденсатор, а жовта – це сила струму в ланцюзі конденсатора. У міру заряду конденсатора сила струму падає та досягає нуля при повному заряді конденсатора.

До чого призведе подальше збільшення частоти? Давайте подивимося:

50 Герц.

100 Герц

200 Герц

Як ви бачите, зі збільшенням частоти у нас сила струму в ланцюзі з конденсатором зростає.

Реактивний опір конденсатора

Як ми побачили з минулого досвіду, зі збільшенням частоти зростає сила струму! До речі, у резистора не росла. Тобто виходить у даному випадку із закону Ома, що опір конденсатора залежить від частоти! Так, все так воно і є. Але називається воно не просто опором, а реактивним опоромі обчислюється за такою формулою:

де

Х с - реактивний опір конденсатора, Ом

F – частота, Гц

С – ємність конденсатора, Фарад

Котушка індуктивності в ланцюзі змінного струму

Ну а тепер давайте візьмемо котушку індуктивності замість конденсатора:

Проводимо всі аналогічні операції, як і з конденсатором. Дивимося на осцилограми в ланцюзі з котушкою індуктивності:

Якщо пам'ятаєте, ось таку осцилограму ми отримали у схемі з конденсатором:

Бачите різницю? На котушці індуктивності струм відстає від напруги на 90 градусів, П/2,або, як ще кажуть, на чверть періоду (весь період у нас 2Пчи 360 градусів).

Так Так Так…. Давайте зберемося з думками. Тобто в ланцюзі зі змінним синусоїдальним струмом, струм на конденсаторі випереджає напругу на 90 градусів, а на котушці індуктивності струм відстає від напруги теж на 90 градусів? Так все вірно.

Чому на котушці струм відстає від напруги?

Не заглиблюватимемося в різні фізичні процеси та формули, просто порахуємо за даність, що сила струму не може різко зростати на котушці індуктивності. Для цього проведемо найпростіший досвід. Так само як і на конденсатор, ми різко подамо напругу на котушку індуктивності і подивимося, що сталося з силою струму.

Як ви бачите, при різкій подачі напруги на котушку, сила струму не прагне різко зростати, а зростає поступово, якщо бути точніше, по експоненті.

Згадаймо, як це було у конденсатора:

Усі з точністю навпаки! Можна навіть сказати, що котушка - це повна протилежність конденсатору;-)

Ну і насамкінець давайте ще побавимось частотою:

240 Кілогерц

34 Кілогерці

17 Кілогерц

10 Кілогерц

Висновок?

Зі зменшенням частоти сила струму через котушку збільшується.

Реактивний опір котушки індуктивності

З досвіду вище ми можемо зробити висновок, що опір котушки залежить від частоти та обчислюється за формулою

де

Х L – реактивний опір котушки, Ом

П - постійна і приблизно дорівнює 3,14

F – частота, Гц

L – індуктивність, Генрі

Чому не згорає первинна обмотка трансформатора

Ну і тепер головне питання, яке часто ставлять у особі: “Чому коли я міряю первинну обмотку трансформатора, у мене видає від 10 Ом і більше залежно від трансформатора. На трансформаторних зварювальних апаратах взагалі пару Ом! Адже первинна обмотка трансформатора чіпляється до 220 Вольтів! Чому не згоряє обмотка, адже опір обмотки всього то десятки або сотні Ом, і може статися!

Але ж і справді, потужність дорівнює як напруга помножена на струм P=IU. Тобто через пару секунд від первинної обмотки трансформатора має залишитися куточок.

Справа все в тому, що парні обмотки трансформатора являють собою котушку індуктивності з якоюсь індуктивністю. Виходить, що реальний опір обмотки виражатиметься через формулу

поставте сюди індуктивність, яка в трансформаторах становить від одиниці Генрі і отримаємо щось від 300 і більше Ом. Але це ще квіточки, ягідки попереду;-)

Для подальшого пояснення цього явища нам буде потрібна наша осцилограма з котушки індуктивності:

Отже, давайте виділимо на ній один період і розділимо його на 4 частини, тобто по 90 градусів кожна або П/2.

Потужність у ланцюзі з реактивними радіоелементами

Почнемо з такого поняття, як потужність. Якщо не забули, потужність – це сила струму помножена на напругу, тобто P=IU. Отже, у першу четвертинку періоду t1у нас напруга набуває позитивних значень і сила струму теж позитивна. Плюс плюс дає плюс. У цю чверть періоду енергія надходить із джерела в реактивний опір.

Тепер давайте розглянемо відрізок часу t2. Тут струм зі знаком “плюс”, а напруга зі знаком “мінус”. Зрештою плюс на мінус дає мінус. Виходить потужність зі знаком "мінус". Хіба так буває? Ще як буває! У цей час реактивний радіоелемент віддає запасену енергію назад у джерело напруги. Для кращого розуміння розглянемо простий життєвий приклад.

Уявімо коваля за роботою:

Не знаю, яке було у вас дитинство, але я колись був салабоном, брав свинець з акумуляторів і плющив його в металеві пластинки. І що думаєте? Свинець нагрівався. Не так, щоб прям обпікав, а був тепленький на дотик. Тобто моя енергія удару перетворювалася на тепло, можна навіть сказати, на корисну енергію.

А що, якщо взяти пружину від стійок ВАЗу і вдаряти по ній?

Із пружиною не стане НІ-ЧЕ-ГО! Адже вона не свинець. Але ... зауважте ось таку річ: як тільки ми починаємо "плющити" пружину кувалдою, у нас вона починає стискатися. І ось вона стиснулася до упору і ... вистрілила вгору, підхопивши з собою важку кувалду, яка щойно намагалася її розплющити. Тобто в цьому випадку енергія повернулася назад у джерело енергії, тобто назад до коваля. Він ніби і намагався розплющити пружину, але пружина повернула енергію назад своїм розтисканням. Тобто ковалю не треба було вже піднімати важкий молот, бо за нього це вже зробила пружина.

Розтискання пружини та повернення нею енергії назад – це і є негативна потужність. У цьому випадку енергія повертається назад у джерело. Чи це добре чи погано – це вже інша історія для повноцінної статті.

У третій проміжок часу t3і струм і напруга у нас зі знаком мінус. Мінус на мінус – це плюс. Тобто реактивний елемент знову поглинає енергію, а на t4, Знову її віддає, тому що плюс на мінус дає мінус.

В результаті за весь період у нас сумарне споживання енергії дорівнює чому?

Правильно, нулю!

То що це виходить тоді? На котушці та конденсаторі не виділятиметься жодної енергії? Виходить так. Тому в схемах вони найчастіше холодні, хоча можуть і трохи теплими, оскільки реальні параметри котушки і конденсатора виглядають зовсім інакше.

Еквівалентна схема реальної котушки індуктивності виглядає так:

де

R L – це опір втрат. Це можуть бути втрати у дротах, оскільки будь-який провід має опір. Це можуть бути втрати в діелектриці, втрати в осерді і втрати на вихрові струми. Як бачите, якщо є опір, значить на ньому може виділятися потужність, тобто тепло.

L – власне сама індуктивність котушки

С – міжвіткова ємність.

А ось і еквівалентна схема реального конденсатора:

де

r – опір діелектрика та корпусу між обкладками

С – власне сама ємність конденсатора

ESR – еквівалентний послідовний опір

ESI (ESL) – еквівалентна послідовна індуктивність

Тут ми теж бачимо такі параметри, як r і ESR, які на високих частотах будуть ще краще проявляти себе, завдяки скін-ефекту. Ну і, відповідно, на них виділятиметься потужність, що призведе до невеликого малопомітного нагрівання.

Резюме

Резистор має активний (омічний) опір. Котушка індуктивності і конденсатор мають реактивний опір.

У ланцюзі змінного струму на конденсаторі струм випереджає напругу на 90 градусів, але в котушці струм відстає від напруги на 90 градусів.

Опір котушки обчислюється за формулою

Опір конденсатора обчислюється за такою формулою:

У ланцюзі змінного струму на ідеальному реактивному опорі не виділяється потужність.