Основні теоретичні положення. Більшість сучасних споживачів електричної енергії являють собою активно-індуктивні навантаження: електричні машини змінного струму

Більшість сучасних споживачів електричної енергії являють собою активно-індуктивні навантаження: електричні машини змінного струму, трансформатори й ін., струми яких відстають по фазі від напруги джерела живлення.

Активна потужність таких споживачів залежить від , що показує, яка частина повної потужності джерела використовується у вигляді активної потужності, тому її називають коефіцієнтом потужності.

Для підвищення економічності джерел електричної енергії, зменшення втрат енергії на лініях електропередач необхідно збільшувати .

Один із цих способів - зменшення реактивного струму I_L споживача за рахунок паралельного підключення конденсатора з реактивним ємнісним струмом , що має протилежний знак із струмом I_L.

Схема заміщення активно-індуктивного приймача з паралельно включеним конденсатором зображена на мал.2.1.

За першим законом Кирхгофа комплекс струмуI дорівнює сумі комплексів струмів гілок , тобто струм у нерозгалуженій частині кола дорівнює геометричній сумі струмів першої і другої гілок кола.

Значення струму першої і другої гілок за законом Ома визначимо як

де

Вектор струму відстає від прикладеної напруги на кут , а вектор струму випереджає прикладену напругу на кут 90°, тому що має виключно ємнісної характер.

На мал.2.2 зображена векторна діаграма струмів і напруг схеми мал.2.1.

İ +j

İ₂

Ů І U

İ₁ 0 +1

І1L I1

I1А

Мал.2.1 МАЛ.2.2

Із діаграми видно, що значення загального струму I, яке є геометричною сумою векторів струму менше від струму приймача I₁.

Активна і реактивна складового струму I, як видно з діаграми мал.2.2, рівні:

де і - відповідно активна і реактивна провідності першої гілки.

При рівності реактивної складової струму першої гілки і струму другої гілки () загальний струм споживаний колом стає рівним активній складовій струму першої гілки і співпадає по фазі з напругою живлення кола.

Явище, при якому в колі з паралельно з'єднаними активно-індуктивним і ємнісним опорами реактивні провідності гілок рівні, а, отже, вектори струму і напруги збігаються по фазі, називається резонансом струмів.

При резонансі струмів коло являє собою виключно активний опір. Активна потужність, споживана колом, дорівнює повній потужності, реактивна потужність, споживана колом, дорівнює 0.

Для схеми (див.мал.2.I) умовою виникнення резонансу струмів є рівність реактивних провідностей першої і другої гілки , або

Фізичне пояснення ролі конденсатора в процесі компенсації реактивної потужності полягає в тому, що ємність конденсатора С і індуктивність споживача L утворюють коливальний контур, у якому здійснюється обмін енергіями між електричним полем конденсатора і магнітним полем індуктивності. Коло у цьому випадку споживає тільки активну потужність.

Опис схеми

На мал. 2.3 показана схема з паралельним з'єднанням двох гілок, одна з яких являє собою котушку індуктивності, послідовно до якої підключений змінний резистор , а друга являє собою змінний конденсатор С.