Двухполюсник в цепи синусоидальноrо тока

Содержание

Слайд 2

Частотные xapaктepистики (ЧХ) двухполюсника: зависимость модуля входного сопротивления (проводимости) от частоты; зависимость

Частотные xapaктepистики (ЧХ) двухполюсника: зависимость модуля входного сопротивления (проводимости) от частоты; зависимость
действительной или мнимой части входного сопротивления (проводимости ) от частоты.
Резонансный режим (режимы) работы при котором входное сопротивление двухполюсника чисто активное. По отношению к внешней цепи двухполюсник в резонансном режиме ведёт себя .как активное сопротивление, ток и нaпряжение на ero входе совпадают по фазе, реактивная мощность двухполюсника равна нулю. Цепи, в которых возникает явление резонанса, наз. резонансными, могут наблюдаться резонанс токов, резонанс напряжений.
Мощности цепи синусоидального тока:
Мгновенная
В
В
Активная
реактивная

Слайд 3

Резонанс в электрических цепях
- режим работы электрической цепи, содержащей индуктивные и ёмкостные

Резонанс в электрических цепях - режим работы электрической цепи, содержащей индуктивные и
элементы, при котором
входное сопротивление цепи имеет чисто активный характер и, следовательно, сдвиг фаз между напряжением и током на ее входе равен нулю (φ = 0).
Разнородные реактивные сопротивления (проводимости) цепи полностью компенсируют друг друга. Полная реактивная мощность Q цепи при этом равна нулю.
Цепи, в которых возникают резонансные явления, называют резонансными цепями или колебательными контурами.
Различают : резонанс напряжений (в цепях или колебательных контурах с последовательным соединением ветвей, содержащих L и C элементы) и резонанс токов (в цепях или колебательных контурах с параллельным соединением ветвей, содержащих L и C элементы).
В электротехнических установках резонанс часто оказывается опасным и нежелательным явлением, так как может привести к авариям вследствие перегрева элементов электрической цепи или пробоя изоляции при перенапряжениях.
Тем не менее, резонансные явления широко применяют в радиоэлектронике. Резонансные контуры входят в состав многих радиотехнических устройств, электронные фильтры являются сложными резонансными системами.

Слайд 4

Признаки резонанса напряжений:
Напряжение на входе совпадает по фазе с током, т.е. сдвиг

Признаки резонанса напряжений: Напряжение на входе совпадает по фазе с током, т.е.
фаз между I
и U φ=0, cos(φ)=1
2. Ток в цепи наибольший и, как следствие, активная мощность Pmax=I2maxR максимальна, а реактивная - равна нулю.
3. Напряжения на реактивных элементах цепи могут в несколько раз превышать напряжение на входе.
4.

Простейшая цепь, где возможен резонанс напряжений, - последовательный колебательный контур. Режим работы RLC цепи, при условии равенства реактивных сопротивлений XC=XL, когда общее напряжение цепи совпадает по фазе с её током φ=0, наз. резонансом напряжений. Цепь имеет активный характер:

Резонанс напряжений

Слайд 5

Исходя из условия наступления РН в схеме - равенство нулю реактивного сопротивления

Исходя из условия наступления РН в схеме - равенство нулю реактивного сопротивления
на входе цепи

откуда угловая (рад/с) и циклическая (Гц) резонансные частоты контура

Характеристическое (волновое) сопротивление контура (r, десятки - сотни Ом) равно его индуктивному или ёмкостному сопротивлению при резонансе:

Добротность Q контура — отношение характеристического сопротивления r контура к активному R при резонансе:

Чем больше ρ, тем добротнее контур, тем уже частотные характеристики тока и напряжений на элементах контура. В радиотехнических контурах добротность Q = 100–1000, в электротехнических цепях добротность Q - 3–5.
Добротность Q показывает, во сколько раз напряжение на зажимах конденсатора UC = UL при резонансе больше напряжения питания U

Слайд 6

Полосой пропускания контура последовательного колебательного контура называют диапазоном частот: Dw = wв

Полосой пропускания контура последовательного колебательного контура называют диапазоном частот: Dw = wв
- wн, в пределах которого значение нормированного тока Ni(w) не уменьшается более чем 0,707 относительно своего максимального значения, равного единице. На границах полосы пропускания (на частотах wн и wв (нижней и верхней частот среза) фазовый угол равен ±45 град.

Слайд 7

При резонансе напряжений общая накопленная энергия в контуре остаётся неизменной, при этом

При резонансе напряжений общая накопленная энергия в контуре остаётся неизменной, при этом
магнитная энергия WL изменяется во времени по закону квадрата синуса, а электрическая энергия WC — по закону квадрата косинуса (рис.). Т.е. в контуре происходит обмен энергией между элементами L и C без участия в этом процессе источника е(t), для которого контур — чисто активная нагрузка.

Амплитуда колебаний электрической энергии в электрическом поле конденсатора равна амплитуде колебаний магнитной энергии в магнитном поле катушки, а сумма магнитной и электрической энергии в контуре постоянна и равна

Слайд 8

РЕЗОНАНС ТОКОВ

Резонанс токов (РТ) возникает в параллельном колебательном контуре при равенство нулю

РЕЗОНАНС ТОКОВ Резонанс токов (РТ) возникает в параллельном колебательном контуре при равенство
входной реактивной
проводимости bPT = bL(PT) – bC (PT) = 0 или

Резонансная угловая частота

где - резонансная частота
контура без потерь (R1 = R2 = 0);
- характеристическое сопротивление контура.

В частном случае при R2 = 0
когда R2 = 0 и R1 << wL, резонанс наступает при

Т.к. резонансная частота — действительна и положительна, то при
режим резонанса невозможен.
такой режим возможен при

Слайд 9

Резонансные свойства цепи с двумя ветвями R1L и R2C удобно изучать на

Резонансные свойства цепи с двумя ветвями R1L и R2C удобно изучать на
эквивалентной схеме замещения с тре­мя параллельно соединёнными ветвями с параметрами g, bL и bC, равными

Добротность Q параллельного колебатель­ного контура равна
либо отношению тока IС в ветви с конденсатором (при R2 = 0) при режиме РТ и тока IРТ на зажимах контура

Ток I при РТ минимален

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тока I(f) и фазо-частот­ная ха­рак­теристика (ФЧХ) ϕ(f) реального и идеального контуров

Слайд 10

Параллельное соединение элементов в цепях синусоидального тока

Параллельное соединение элементов в цепях синусоидального тока

Слайд 11

Треугольники проводимостей

G – действительная часть, активная составляющая
B – мнимая часть, реактивная составляющая

Треугольники проводимостей G – действительная часть, активная составляющая B – мнимая часть, реактивная составляющая

Слайд 12

Треугольники токов

Треугольники токов

Слайд 13

Резонанс токов

Режим токов при котором в цепи, содержащей параллельные ветви с индуктивными

Резонанс токов Режим токов при котором в цепи, содержащей параллельные ветви с
и емкостными элементами, ток неразветвленного участка цепи совпадает по фазе с напряжением (φ=0), называют резонансом токов.

Условие резонанса токов:
Равенство реактивных составляющих проводимостей в ветвях

Слайд 14

Признаки резонанса токов
Токи ветвей равны IPC=IPL и находятся в противофазе.
Токи ветвей превышают

Признаки резонанса токов Токи ветвей равны IPC=IPL и находятся в противофазе. Токи
полный ток цепи, который имеет минимальное значение.
и совпадают по фазе, φ= 0

Слайд 15

Частотные характеристики цепей синусоидального тока

R – активное сопротивление не зависит от частоты
XL,XC

Частотные характеристики цепей синусоидального тока R – активное сопротивление не зависит от
– реактивные сопротивления зависят от частоты

На графиках показаны зависимости тока, полного комплексного сопротивления и угла сдвига фаз от частоты

Слайд 16

Применение электрического резонанса

Применение электрического резонанса

Слайд 17

I

m

ν

ν

0


Резонансная кривая при электрическом резонансе

I m ν ν 0 Резонансная кривая при электрическом резонансе

Слайд 18

Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если

Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если
мы настроим контур на желательную частоту, например n1, то э. д. с. с частотой n1 вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все остальные э. д. с.— слабые. Следовательно,

Слайд 19

Из этого графика видно, что в течение одной четверти периода мощность положительна

Из этого графика видно, что в течение одной четверти периода мощность положительна
и энергия от сети поступает к данному участку цепи; но в течение следующей четверти периода мощность отрицательна, и данный участок отдает без потерь обратно в сеть полученную ранее энергию. Поступающая в течение четверти периода энергия запасается в магнитном поле тока, а затем без потерь возвращается в сеть

Лишь при наличии проводника с активным сопротивлением в цепи, электромагнитная энергия превращается во внутреннюю энергию проводника, который нагревается. Обратного превращения внутренней энергии в электромагнитную на участке с активным сопротивлением уже не происходит, энергия в сеть не возвращается.

График колебаний мощности
при наличии в цепи переменного тока только индуктивного сопротив-
ления.

Имя файла: Двухполюсник-в-цепи-синусоидальноrо-тока.pptx
Количество просмотров: 51
Количество скачиваний: 0