Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса, страница 13

          А это приводит к увеличению потерь в линии электропередачи.

Для того чтобы понять, как можно бороться за повышение коэффициента мощности, рассмотрим следующий пример. На станке установлен электродвигатель мощностью 20 кВт. При нормальной работе станка двигатель загружен полностью и почти вся подводимая к нему электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Коэффициент мощности двигателя в этом случае 0,93. Если рабочий, кончив обрабатывать деталь, не выключит двигатель, последний будет работать вхолостую, его   упадет до 0,1-0,2 и двигатель по существу будет представлять индуктивную нагрузку. Поэтому нельзя оставлять включенными электродвигатели в том случае, когда они работают вхолостую.

          Для повышения коэффициента мощности электродвигателей параллельно им подключают конденсаторы. Благодаря тому, что конденсатор и индуктивность создают противоположные сдвиги фаз, при одновременном их включении происходит взаимная компенсация сдвига и возрастает. Всемерное повышение  электрических установок является важной народнохозяйственной задачей.

14 Явление резонанса в цепях переменного тока

а) Резонанс в последовательном контуре. К генератору переменного тока регулируемой частоты подключим последовательно конденсатор, катушку индуктивности и лампочку накаливания, по яркости, свечения которой можно судить об изменениях силы тока (рисунок 16). Цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных последовательно, получила название последовательного контура. При малой частоте переменного тока нить лампочки нагревается слабо и лампочка не светит. При увеличении частоты нить нагревается сильнее и лампочка светит все ярче, что свидетельствует об увеличении силы тока в цепи. При некотором значении частоты яркость свечения лампочки будет максимальной. Дальнейшее увеличение частоты приводит уже не к увеличению силы тока, а к её уменьшению (лампочка начинает светить все более тускло). При очень большой частоте сила тока уменьшается настолько, что лампочка перестает светить. Наблюдаемому явлению может быть дано следующее объяснение. Полное сопротивление цепи определяется по формуле:

при малой частоте емкостное сопротивление конденсатора велико, а индуктивное сопротивление катушки, наоборот мало. Разность  X_L-X_c   также велика и полное сопротивление цепи Z оказывается большим (рисунок 17). При увеличении частоты емкостное сопротивление уменьшается, а индуктивное увеличивается, при этом разность X_l-X_c уменьшается и, следовательно, уменьшается полное сопротивление  Z. Наконец, при некоторой частоте емкостное сопротивление будет равно индуктивному, а их разность станет равной нулю. При этом полное сопротивление цепи равно её активному сопротивлению (Z=R), и сила тока достигает максимальной величины:

При дальнейшем увеличении частоты индуктивное сопротивление становится больше емкостного и полное сопротивление будет больше активного – ток в цепи уменьшается.      

На рисунке 18 показана зависимость силы тока от частоты. Правильность приведенного объяснения может быть проверена на опыте. Для этого в момент когда сила тока достигнет максимального значения, закоротим с помощью ключа К₂ см. (рисунок 16) конденсатор и катушку, что равносильно их отключению. Изменения яркости свечения лампочки  мы не заметим. Следовательно, опыт подтверждает, что при указанной частоте полное сопротивление контура действительно равно его активному сопротивлению (практически сопротивлению лампочки). Иными словами, емкостное сопротивление и индуктивное сопротивление равны между собой и компенсируют друг друга. В цепи устанавливается такой режим, при котором конденсатор и катушка обмениваются энергией: энергия электрического, поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, и