2.1. Электротехнические устройства синусоидального тока

Электротехнические устройства синусоидального (переменного) тока находят самое широкое применение в различных областях народ­ного хозяйства: при генерировании, передаче и трансформировании электрической энергии, в электроприводе, бытовой технике, промыш­ленной электронике, радиотехнике и т. д. Преимущественное распро­странение электротехнических устройств синусоидального тока обу­словлено рядом причин.

Современная энергетика основана на передаче энергии на дальние расстояния при помощи электрического тока. Обязательным условием передачи электроэнергии на дальние расстояния и ее распределения является возможность применения простого и с малыми потерями энергии преобразования тока. Такое преобразование осуществимо лишь в электротехнических устройствах переменного тока — транс­форматорах. Вследствие громадных преимуществ трансформирования в современной электроэнергетике и применяется прежде всего сину­соидальный ток. Исключение составляют лишь линии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения и некоторые технологические установки, но и они входят составной частью в систему цепей сину­соидального тока.

Большим стимулом для разработки и развития электротехнических устройств синусоидального тока является возможность получения источников электрической энергии большой мощности. У современных турбогенераторов тепловых электростанций мощность равна 100— 1500МВт на один агрегат. Большие мощности имеют и генераторы гидростанций.

К наиболее простым и дешевым электрическим двигателям отно­сятся асинхронные двигатели синусоидального тока, в которых отсут­ствуют движущиеся электрические контакты.

Для электроэнергетических установок (в частности, для всех электрических станций) в РФ и в большинстве стран мира принята стандартная частота 50 Гц(в США — 60 Гц). Причины такого выбора простые: понижение частоты неприемлемо, так как уже при частоте тока 40 Гц лампы накаливания заметно для глаза мигают; повышение частоты нежелательно, так как пропорционально частоте растет ЭДС самоиндукции, отрицательно влияющая на передачу энергии по про­водам и работу многих электротехнических устройств.

1.2. Элементы электрической

ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Электрическая цепь синусоидального тока содержит помимо элек­тротехнических устройств, назначение которых совпадает с назначе­нием функционально аналогичных устройств цепи постоянного тока (источники энергии, измерительные приборы, коммутационные аппа­раты и т. д.), также устройства, присущие только цепям синусоидального тока: трансформаторы, конденсаторы, катушки индуктивности и др. Всю совокупность электротехнических устройств в цепи синусои­дального тока для наглядного и компактного отображения связей между ними можно представить принципиальной схемой, аналогичной показанной на рис. 1.2

Для расчета режима работы электротехнических устройств необхо­димо перейти от принципиальной схемы цепи к ее схеме замещения, которая является количественной моделью для описания процессов в цепи. Схема замещения цепи получается из принципиальной схемы цепи, если все электротехнические устройства представлены соответ­ствующими схемами замещения, состоящими из идеализированных элементов, каждый из которых с достаточно хорошим приближением описывает процессы в той или иной части реального устройства. Напря­жения и токи в электрических цепях синусоидального тока и в схемах замещения, соответствующие различным моментам времени, а также в других электрических цепях, в которых токи и напряжения зависят от времени, называются мгновенными значениями и обозначаются строчными буквами ( н и.

Элементами схем замещения цепей синусоидального тока являются источники синусоидального тока, источники синусоидальной ЭДС, резистивные, индуктивные и емкостные элементы. Понятия об источ­никах тока и ЭДС, а также резистивных элементах уже были рассмот­рены при анализе цепей постоянного тока. Индуктивные и емкостные элементы являются специфическими элементами при анализе электри­ческих цепей синусоидального тока.

Если параметры элементов не зависят от тока и приложенного к ним напряжения, то это линейные элементы. В противном случав элементы следует считать нелинейными.