Электричество шаг за шагом

Р-63. СОПРОТИВЛЕНИЕ АКТИВНОЕ И PEAKТИВНОЕ. Просто было иметь дело с цепями постоянного тока, особенно с активными сопротивлениями в них, вроде электрической лампочки или кофеварки. Активными такие сопротивления назвали потому, что они активно забирают электрическую энергию у генератора, превращают её в тепло, в свет, в механическую работу. Об этой забранной энергии можно судить по току, который пойдёт в цепи при включении в неё какого-либо активного сопротивления — чем больше этот ток, тем больше забранная энергия.

Конденсатор и катушка, включённые в цепь генератора переменного напряжения, тоже меняют ток цепи — они тоже создают для тока определённое сопротивление. Но только никакой энергии у генератора эти сопротивления не отбирают — поэтому в отличие от активных их называют реактивными сопротивлениями. Зная эти сопротивления, можно и в цепях переменного тока пользоваться законом Ома, не забывая при этом, что при расчётах значения всех токов и напряжений должны быть одного вида, например, только эффективные или только амплитудные. Для напоминания возле каждого из сопротивлений приведена векторная диаграмма, показывающая сдвиг по фазе между током и напряжением. Как и следовало ожидать, в активном сопротивлении R никакого сдвига фаз нет — ток и напряжение растут или падают одновременно.

Т-141. На векторной диаграмме нетрудно учесть появление третьего элемента и образование последовательной или параллельной LCR-цепи. Если в последовательную цепь из конденсатора С и сопротивления R включить ещё и катушку L, то на векторной диаграмме сначала появится всего один новый вектор U_L, отображающий напряжение на катушке. Он направлен строго против вектора U_c, поскольку напряжение на конденсаторе отстаёт от тока на 90°, а напряжение на катушке опережает ток на 90°, то есть суммарный сдвиг фаз между U_c и U_L составляет 180° (Р-66). В итоге общее реактивное напряжение U_LC будет равно разности двух этих напряжений — кто из них окажется больше, тот и определит направление результирующего вектора U_LC. Все дальнейшие построения векторной диаграммы ведутся так же, как и для последовательной цепи с двумя участниками — R_c или R_L.

Из тех же соображений строится векторная диаграмма для параллельного соединения LCR, но в этом случае за основу берётся вектор общего напряжения U_LCR, а вектор результирующего реактивного тока I_LCR определяется как разность противофазных, то есть действующих один против другого, векторов тока I_L и I_c. Чаще, правда, встречается иная схема параллельной LCR-цепи, где активное сопротивление R включено последовательно с катушкой L. Построить векторную диаграмму для этого случая несколько сложнее, но тоже не спеша это вполне может быть сделано.

Три последних примера показали, что построение векторных диаграмм дело не такое уж сложное. При этом они действительно очень наглядно рассказывают о многом, что трудновато представить себе без этих диаграмм. Кроме того, они в большом количестве присутствуют в серьёзных учебниках электротехники, и, таким образом, мы сделали ещё один вклад в непростое дело подготовки к работе с ними. Наконец, всматриваясь в векторные диаграммы, можно сделать немало полезных выводов. Например, о поведении некоторых цепей переменного тока при изменении его частоты.