Меню

Сдвиг фазы напряжения конденсатором



Напряжение и ток конденсатора

Когда к конденсатору приложено синусоидальное напряжение, он периодически заряжается и разряжается. Ввиду переменного характера напряжения периодически меняется и полярность заряда конденсатора. Ток в конденсаторе ic достигает своего амплитудного значения каждый раз, когда напряжение uC на нем проходит через нуль (рис. 1). Таким образом, синусоида тока iC опережает синусоиду напряжения uc на 90°.

Фазовый сдвиг:

Реактивное сопротивление конденсатора

Конденсатор в цепи синусоидального тока оказывает токоограничивающий эффект, который вызван встречным действием напряжения при изменении знака заряда. Этот токоограничивающий эффект принято выражать как

емкостное реактивное сопротивление (емкостной реактанс) Хc.

Величина емкостного реактанса Хc зависит от величины емкости конденсатора, измеряемой в Фарадах, и частоты приложенного напряжения переменного тока. В случае синусоидального напряжения имеем:

где Хс — реактивное емкостное сопротивление, Ом;

С — емкость конденсатора, Ф;

= 2πf- угловая частота синусоидального напряжения (тока).

Цепи синусоидального с катушками индуктивности

Напряжение и ток катушки индуктивности

Когда к катушке индуктивности подведено синусоидальное напряжение, ток в ней отстает от синусоиды напряжения на 90°. Соответственно, мгновенное значение тока достигает амплитудного значения на четверть периода позже, чем мгновенное значение напряжения (рис. 2). В этом рассуждении пренебрегается активным сопротивлением катушки.

Лабораторная работа 3

Последовательное соединение резистора

И конденсатора

Когда к цепи (рис. 3.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

Между напряжениями UR, UС и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением XС. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 3. 2).

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе Ur отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе Uc равен 90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением между сопротивлениями Хс и R.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения для квартирного щитка

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений (рис. 3.3). В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно. Невозможно и сложение разнородных (активных и реактивных) сопротивлений. Однако в векторной форме

Действующее значение полного напряжения цепи, как следует из векторной диаграммы,

Полное сопротивление цепи:

Активное сопротивление цепи:

Емкостное реактивное сопротивление цепи:

Угол сдвига фаз

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте и вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе Ur и конденсаторе UC, ток I, угол сдвига фаз φ, полное сопротивление цепи Z и емкостное реактивное сопротивление ХC и активное сопротивление R.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 3.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

· Выполните мультиметрами измерения действующих значений тока и напряжений, указанных в таблице 1.

U, B UR, B UC, B I, мА φ, град. R, Ом ХΔ, Ом Z, Ом Примечание

Полное сопротивление цепи

Активное сопротивление цепи

Емкостное реактивное сопротивление цепи

·Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 5) и треугольник сопротивлений (рис. 6).

Контрольные вопросы:

  1. Что называется периодом?
  2. Что называется частотой?
  3. Для переменного напряжения и тока записать выражения мгновенных напряжений и токов, дать определение амплитуды и начальной фазы.
  4. Дать определение действующего напряжения (тока), указать его связь с амплитудой напряжения (тока).
  5. Дать определения мгновенной и активной мощности.
  6. Объяснить назначение приборов в измерительной цепи.
  7. Какие элементы обладают активным сопротивлением.
  8. Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при последовательном соединении R и C-цепей?
  9. Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для цепи с активно-ёмкостной нагрузкой. Чем они отличаются от треугольников для активно-индуктивной нагрузки?
Читайте также:  Повреждение кабеля под напряжением

Источник

Как конденсатор и дроссель сдвигают фазу.Для чего нужен рабочий конденсатор

Есть известные схемы,как подключить трехфазный электродвигатель к однофазной сети 230 Вольт,или как из однофазной сети 230В сделать три фазы с помощью трехфазного электродвигателя.

В этих схемах,для запуска двигателя применяют фазосдвигающие конденсаторы,еще их называют рабочими или пусковыми конденсаторами.Если не будет этих конденсаторов,ротор вращаться не будет, ток поступит на одну из обмоток и она нагреется,произойдет короткое замыкание и двигатель станет неисправным.Конденсатор создает фазовый сдвиг на 90 градусов,тем самым происходит запуск двигателя.Как же работает этот конденсатор?

Чтобы проверить,я взял конденсатор емкостью 22 мкФ,конденсатор электролит полярный,взят только для исследования и показа,в реальности он должен быть не полярным.Источником сигнала служит трансформатор на 13 Вольт переменного напряжения,а нагрузкой является лампа накаливания.Сигналы подаются на два канала осциллографа.Когда нет сдвиг фаз,два сигнала выглядят как на фото.

фазового сдвига нет

К выходу трансформатора подключил конденсатор и к нему нагрузку-лампу накаливания.На вход и выход конденсатора подключил щупы.Зеленая синусоида отошла влево от синей,произошел фазовый сдвиг на 90 градусов,на больше градусов сдвинуть сигнал не выйдет.

фазовый сдвиг на 90 градусов на конденсаторе

Фазовый сдвиг на 90 градусов будет и с индуктивностью.Для проверки взял дроссель от люминисцентной лампы и подключил его вместо конденсатора.Теперь зеленая синусоида сдвинулась вправо от синей синусоиды на 90 градусов.Конденсатор сдвигает синусоиду на плюс 90 градусов а индуктивность на минус 90 градусов.

Благодаря этому сдвигу и происходит запуск двигателя,а если на валу будет мощная нагрузка,то параллельно рабочему конденсатору кратковременно подключают пусковой конденсатор.

Источник

Конденсаторный двигатель

В ГОСТ 27471-87 [1] дано следующее определение:
Конденсаторный двигатель — двигатель с расщепленной фазой, у которого в цепь вспомогательной обмотки постоянно включен конденсатор.

Конденсаторный двигатель, хотя и питается от однофазной сети, по существу является двухфазным.

Читайте также:  Падение напряжения при передаче электроэнергии

Схема конденсаторного двигателя

Схема конденсаторного двигателя с пусковым конденсатором

Конструктивно конденсаторный асинхронный двигатель представляет из себя двухфазный двигатель. На статоре располагают две обмотки фаз, оси которых смещены относительно друг друга на 90 электрических градусов. Обе обмотки занимают равное число пазов. Питание электродвигателя осуществляется от однофазной сети переменного тока, при этом одна обмотка подключается непосредственно к сети, а другая через конденсатор. Таким образом, в отличии от однофазного двигателя, который после пуска работает с пульсирующим магнитным потоком, конденсаторный электродвигатель работает с вращающимся магнитным потоком.

Емкость рабочего конденсатора, требуемая для получения кругового вращающегося поля, определяется по формуле [2]

  • где Сраб – емкость рабочего конденсатора, Ф,
  • IA — ток обмотки A, А,
  • IB — ток обмотки B, А,
  • — угол фазового сдвига между током IA и напряжением питания U при круговом вращающемся поле, градусов,
  • U — напряжение питания сети, В,
  • f — частота сети, Гц,
  • k — коэффициент, определяемый отношением эффективных чисел витков в обмотках фаз статора B и A.
  • где – число последовательно соединенных витков в обмотки фазы А и B статора,
  • kобА и kобВ — обмоточный коэффициент обмоток фаз статора А и B

Для повышения пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Cп. Для создания пускового момента, равного номинальному, требуется пусковой конденсатор Cп в 2 — 2,5 раза больше рабочего Cр.

Источник

Adblock
detector