Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

дальнейшем прохождении тока в этом же направлении конден­ сатор начнет заряжаться напряжением противоположной поляр­ ности. В момент h это напряжение будет максимальным, а ток станет равным нулю. В дальнейшем весь цикл изменений тока и напряжения будет периодически повторяться.

В точках t2, ti напряжение равно нулю; в это время оно из­ меняется с наибольшей скоростью. Разрядный и зарядный токи конденсатора в эти моменты имеют максимальные значения.

Рис. 5. Емкость в цепи переменного тока

Таким образом, все изменения тока опережают соответст­ вующие изменения приложенного напряжения на 90°. Это опе­ режение изображено на векторной диаграмме, представленной на рис. 5, в.

Сопротивление конденсатора переменному току называется емкостным сопротивлением, оно является реактивным, обозна­ чается буквой хс и измеряется в омах; причиной его возникнове­ ния является взаимодействие зарядов, накопленных на обклад­ ках конденсатора, и электронов, движущихся по проводнику.

где f — частота, Гц;

С — емкость конденсатора, Ф.

Действующее значение тока / в такой цепи можно опреде:

9

§ 3. Резонанс напряжений и токов

Рассмотрим самый общий случай, когда цепь переменного тока (рис. 6, а) состоит из последовательно соединенных сопро­ тивлений: активного Ra, индуктивного Xl и емкостного хс. Пе­ ременное напряжение и, приложенное к такой цепи, создает в ней переменный ток

который на всех участках цепи будет одним и тем же. Тогда в любой момент времени сумма падений напряжений на отдель­ ных элементах цепи будет равна напряжению и, т. е.

Рис. 6. Цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным

сопротивлениями

Это напряжение складывается из активного падения напря­ жения «а, совпадающего по фазе с током, и реактивного паде­ ния напряжения, сдвинутого относительно тока на четверть пе­ риода. Падение напряжения на реактивных сопротивлениях равно разности uL — ис или ис — uL, так как индуктивное на­ пряжение Ul всегда сдвинуто по фазе относительно емкостного

«с на 1'80° (рис. 6, б).

Отложим в произвольном направлении вектор тока I. Вектор активного падения напряжения иа, совпадающего по фазе с то­ ком, должен быть направлен вдоль вектора /. Вектор индуктив­ ного падения напряжения uL должен быть повернут в сторону

10

Активная мощность Ра является мощностью, потребляемой в цепи (в ее активном сопротивлении); измеряется она в ваттах или в единицах, производных от ватта.

Эта мощность зависит, как видим, не только от действующих значений приложенного напряжения U и тока /, но и от разно­ сти их фаз ср. Множитель cosep, входящий в выражение актив­ ной мощности, называется коэффициентом мощности.

Реактивная мощность также имеет вполне определенный физический смысл; она является амплитудой скорости поступле­ ния энергии в магнитное и электрическое поля, связанные с дан­ ной цепью. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) или их производных.

Полная мощность называется кажущейся мощностью и обо­

Мощность Pi измеряется в вольт-амперах (или их производ­ ных) .

Понятия о кажущейся мощности вводят для того, чтобы оценить предельную мощность электрических машин, трансфор­ маторов и других электромагнитных устройств.

Кажущаяся мощность

Активная мощность Pa = UIcosep зависит от cosep, т. е. от ха­ рактера нагрузки генератора переменного тока. Если приемник энергии при неизменном напряжении (t/ = const) представляет собой активную нагрузку (cosep=l) и потребляет мощность Ра, то для ее передачи требуется ток

Та же мощность при cos <р< 1 требует для своей передачи ток

т. е. с уменьшением cosep (увеличением угла <р) при неизменной мощности увеличивается потребляемый цепью ток, что в свою очередь ведет к увеличению потерь энергии внутри генератора и в соединительных проводах.

12

§ 5. Свободные колебания

Основой работы радиолокационных станций является исполь­ зование электрических колебаний высокой частоты, получаемых в колебательных контурах.

Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из индуктивности L и емкости С и некоторого актив­ ного сопротивления Ra (рис. 7). Так как вся

средоточенными параметрами.

Получение колебаний и процессы в кон­ туре можно рассмотреть на примере работы схемы, представленной на рис. 8, а. При установке переключателя П в положение «1» конденсатор С зарядится до напряжения ба­

6

Рис. 8. Свободное колебание в контуре

Затем переведем переключатель П в положение «2», т. е. об­ разуем замкнутый колебательный контур. Конденсатор начина­ ет разряжаться; через катушку течет ток, который создает во­ круг ее витков магнитное поле. Энергия, запасенная в электри­ ческом поле конденсатора, уменьшается и превращается в энер­ гию магнитного поля катушки.

Но процесс заряда конденсатора происходит не мгновенно, а постепенно, потому что быстрому увеличению тока разряда препятствует э. д. с. Самоиндукции катушки, образующаяся при

13

нарастании магнитного поля. Лишь через некоторое время кон­ денсатор разрядится полностью.

Если активные потери в контуре отсутствуют (Ra = 0), вся энергия электрического поля конденсатора перейдет в энергию магнитного поля катушки:

Характер изменения U на конденсаторе и тока i в контуре без потерь показан на рис. 8, б. Описанный процесс разряда конденсатора и увеличения тока разряда показан на отрезке О- h .

В момент ti напряжение U на конденсаторе равно нулю, а ток i достиг максимального значения. С момента t\ ток в конту­ ре начинает убывать, но направление его остается прежним. Конденсатор начинает заряжаться, на его обкладках возникает напряжение с противоположной полярностью. Как и в преды­ дущем случае, этот процесс происходит не мгновенно, а посте­ пенно, так как э.д.с. самоиндукции препятствует быстрому уменьшению тока.

К моменту t2 ток i будет равен нулю, а напряжение на кон­ денсаторе достигнет максимального значения. Вся энергия маг­ нитного поля катушки перейдет в энергию электрического поля конденсатора. С момента t2 начинается разряд конденсатора, а ток I, протекающий в противоположном направлении, возра­ стает.

К моменту /3 конденсатор полностью разрядится, а ток до­ стигнет максимального значения. На отрезке t3—1^ происходит заряд конденсатора и соответственно уменьшение тока.

В момент ^4 восстанавливается исходное состояние, и этим завершается полный цикл колебаний. Далее процесс повторя­ ется.

Таким образом, в цепи, состоящей из катушки индуктивно­ сти L и конденсатора С, происходит периодический колебатель­ ный процесс перехода энергии электрического поля конденсато­ ра в энергию магнитного поля катушки и обратно. Так как эти колебания происходят самостоятельно, без воздействия внешне­ го источника энергии, то они получили название свободных ко­ лебаний.

Частота свободных колебаний контура определяется по фор­

где L — индуктивность катушки, Гц; С —емкость конденсатора, Ф.

14