Тема 1.3 Однофазные электрические цепи переменного тока.

Учащийся должен знать: основные правила и векторные диаграммы для различных элементов цепи переменного тока.

Уметь: решать несложные задачи на расчет цепей переменного тока, находить коэффициент мощности.

Изучение темы базируется на основных понятиях о переменном токе, его характеристиках и изображении, полученных в курсе физики. Поэтому указанные вопросы, исключая векторные диаграммы, рекомендуется повторить обзорно, включая самостоятельную работу на уроке и внеаудиторно. Векторные диаграммы, их обоснование. Активное сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока, сдвиг фаз между током и напряжением (без вывода формул). Последовательное соединение (неразветвленная цепь) с активными и реактивными элементами. Треугольник сопротивлений, напряжений, мощностей. Разветвленная цепь. Резонанс токов и напряжений в цепях переменного тока.

Коэффициент мощности, его значение и способы повышения.

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Каким образом можно получить Э.Д.С. синусоидальной формы и от каких факторов зависит ее значение?

2. Что называют мгновенным, амплитудным и действующим значениями переменного тока и напряжения? К каким на этих значений относятся стандартные напряжения 127, 220, 380, 660 В?

3. Выведите зависимость частоты переменного тока от частоты вращения рамки и числа пар полюсов машины.

4. Определите период и частоту переменного тока, если угловая частота равно 314 рад/с. Ответ: 0,02 с, 50 Гц.

5. Выражения для мгновенных значений тока и напряжения имеют вид i=14?2 sin(?t+?/2); u=169 sin(?t+?/2). Определите показания амперметра и вольтметра, включенных в эту цепь. Ответ: 10А, 120В.

6. Что называют начальным фазовым углом и углом сдвига фаз? Как определить угол сдвига фаз между двумя э.д.с., пользуясь их волновыми диаграммами?

7. Как определить, какая из синусоидальных величин опережает по фазе другую?

8. Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму для цепи с активным сопротивлением. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?

9. То же, для цепи с индуктивностью; то же, для цепи с емкостью.

10. То же, для неразветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Начертите для такой цепи треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей.

11. В чем заключается явление резонанса напряжения? Каковы его последствия? Почему при резонансе напряжения на катушке и конденсаторе могут превышать напряжение сети?

12. В цепь переменного тока включен резистор с сопротивлением R=10 Ом. Ток и напряжение в цепи не меняются по законам i=28,2 sin 314?t. Определите показания амперметра, вольтметра и ваттметра, включенных в эту цепь. Ответ: 20А, 22В, 4400Вт.

13. В цепь предыдущего примера включили катушку с индуктивностью L=0,01 Гн. Определите ее индуктивное сопротивление. Ответ: 3,14 Ом.

14. Определите сопротивление конденсатора емкостью 4 мкФ при частоте переменного тока 50 Гц. При какой частоте его сопротивление уменьшится в 10 раз? Ответ: 637 Ом, 500 Гц.

15. Конденсатор и электрическую лампу соединили последовательно и включили в сеть переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц. Какую емкость должен иметь конденсатор, чтобы лампа мощностью 60 Вт и напряжением 127 В имела нормальный накал? Ответ: 8,3 мкФ.

16. Начертите векторную диаграмму цепи при параллельном соединении реальной катушки и конденсатора без потерь.

17. Как определить ток в неразветвленной части цепи при параллельном соединении сопротивлений?

18. Напишите условие наступления в цепи резонанса токов и начертите для такого случая векторную диаграмму. В цепи реальная катушка и конденсатор без потерь.

19. Почему повышение реактивной мощности потребителя приводит к необходимости увеличивать установленную мощность генераторов и трансформаторов?

20. Что называют коэффициентом реактивной мощности?

21. Какую реактивную мощность называют оптимальной?

22. Предприятие потребляет активную мощность P=1000 кВт и реактивную Q- 800квАр. Энергосистема задает предприятию оптимальную реактивную мощность Q₂= 300квАр. Определите необходимую мощность конденсаторной батареи для выполнения предписания энергосистемы. Чему равен коэффициент реактивной мощности до установки батареи конденсаторов и после ее установки? Ответ Q_б=500 квАр; tg?=0,8; tg?₂=0,3.

23. Для неразветвленной цепи переменного тока, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, определите величины указанные в таблице вариантов.