Лекція на тему: Однофазні електричні кола змінного струму

Дидактична мета: Забезпечити засвоєння знань про електричні кола змінного струму; сформувати вміння знаходити параметри електричних кіл змінного струму; визначати активні і реактивні опори; визначати активну, реактивну і повну потужності; навчити будувати векторні діаграми струмів і напруг; пояснити явища резонансу; пояснити суть і значення коефіцієнту потужності, важливість його підвищення для промисловості і сільського господарства.

Розвиваюча мета: Сформувати вміння відрізняти активний і реактивний опір котушки, пояснювати появу активної, реактивної і повної потужності в електричних колах змінного струму; формувати пізнавальний інтерес до теми на прикладі мирного застосування в промисловості і техніці змінних струмів.

Виховна мета: Сприяти вихованню акуратності, ретельності, точності, дисциплінованості.

Забезпечення теми: Діафільм "Електричні кола змінного струму"

Набір по темі: Резистор, котушка, блок живлення. Стенд-макет по темі "Cos f в колах змінного струму"

Демонстрації: електроустановки лабораторних робіт №3 "Нерозгалуджене коло змінного струму з активно-індуктивним опором і ємністю" та №4 "Паралельне з'єднання котушки, котра має активний опір та індуктивність і конденсатора". Контролюючі матеріали.

Логіко-педагогічний план лекції.

1. Ввідна частина. Формулювання завдання лекції. Коротка характеристика проблем. Показ стану питання. Література. При необхідності - встановлення зв'язку з попереднім - невеликий вступ.

2. Виклад. Докази. Аналіз, освітлення. Розбір фактів. Демонстрація досліду. Характеристика різних точок зору. Формулювання висновків (проміжних). Показ зв’язку з практикою.

3. Заключна частина. Формулювання основного висновку. Установа для самостійної роботи. Методичні поради. Відповіді на питання. Література

1.1. Борисов Ю.М. и др. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

_____________________________________________________________с.

1.2. Вартабедян В.А. Загальна електротехніка. – К.: Вища школа, 1985.

_____________________________________________________________с.

1.3. Иванов И.И. и др. Электротехника. – Санкт-Петербург: Лань, 2002, - 192с. _____________________________________________________________с.

1.4. Паначевний Б.І. Електротехніка. – Харків.: Торнадо, 1999, - 288с.

_____________________________________________________________с.

1.5. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і

практикум. – К.: Каравела, 2003, - 440с. ___________________________с.

2.1. Гаврилюк В.А. и др. Общая электротехника с основами электроники. – М. Высшая школа, 1880, - 480с. __________________________________________с.

2.2. Данилов И.А., Іванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Высшая школа, 1989, - 752с.

______________________________________________________________с.

2.3. Попов B.C., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия, - 567с. _______________________________с.

2.4. Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач по электротехнике и основам

электроники. – М.: Высшая школа, 1991, - 416с.

______________________________________________________________с.

2.5. Токарев Б.Ф. Электрические машины. – М: Энергоатомиздат, 1990, - 624с.

______________________________________________________________с.

2.6. Электротехника. Терминология – М.: Издательство стандартов, 1989, - 343с. _________________________________________________________с.

2.7. Шихин А.Я. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1991. - 336с.

______________________________________________________________с.

План

1. Одержання змінної електрорушійної сили

2. Синусоїдна електрорушійна сила

3. Активний опір у колі змінного струму

4. Котушка індуктивності у колі змінного струму

5. Коло змінного струму з активним та індуктивним опорами

6. Конденсатор у колі змінного струму

7. Коло змінного струму з активним і ємнісним опорами

8. Коло змінного струму з активним, індуктивним та ємнісним опорами

9. Паралельне з’єднання реактивних опорів. Резонанс струмів

1. ОДЕРЖАННЯ ЗМІННОЇ ЕЛЕКТРОРУШІЙНОЇ СИЛИ

Як відомо, постійний струм в металах являє собою усталений по­ступальний рух вільних електронів. Якщо ж ці електрони замість поступального здійснюють коливальний рух, то струм періодично, через рівні проміжки часу, змінюється як за силою, так і за напрям­ком і називається змінним.

Д ля змінного струму характерна здатність трансформуватися (змі­нювати напругу за допомогою трансформаторів), що забезпечує еко­номне передавання електричної енергії на великі відстані. Крім того, двигуни змінного струму відзначаються простотою будови й малими габаритами. Тому змінний струм застосовується дуже широко і май­же вся електрична енергія виробляється генераторами змінного струму.

Схему будови найпростішого генератора змінного струму наведе­на на рис. 30. У магнітному полі електромагніту NS, яке збуджується постійним струмом у його обмотці, по­міщено виток із провідників 1 і 2. Кінці витка з'єднані з металевими кіль­цями, які ізольовані одне від одного та від корпуса й обертаються разом з вит­ком. На кільцях установлені нерухомі щітки 3, якими виток можна замкнути на опір навантаження.

П рипустимо, що магнітне поле між полюсами N і S рівномірне, тобто маг­нітна індукція за значенням і напрям­ком всюди однакова. За час одного оберту площина витка описує кут 360°. Розіб'ємо цей кут на вісім рівних частин, по 45° кожна, і розглянемо, як змінювати­меться магнітний потік, що пронизує контур витка, під час його пере­ходу з одного положення в інше у процесі обертання. Окремі положен­ня витка відносно магнітного поля показані у верхній частині рис. 31. Почнемо розглядати зміну ЕРС з того моменту, коли площина витка розташована перпендикулярно до напрямку магнітних ліній (положення І). У цей момент контур витка пронизується найбільшим магнітним потоком, який позначимо Ф₁; рух виткових провідників проходить у вертикальному напрямку, який збігається з напрямком магнітних ліній, отже, провідники не перетинають магнітних ліній, а тому магнітний потік, що пронизує контур витка, не змінюється і ЕРС дорівнює нулеві.

Починаючи з цього положення, виткові провідники 1 і 2, рухаю­чись по колу, переміщуються під кутом до напрямку магнітних ліній і перетинають їх. Перетнуті магнітні лінії опиняються поза витком і, отже, магнітний потік, що пронизує витковий контур, зменшується. Оскільки цей магнітний потік змінюється, то на основі закону електро­магнітної індукції у витку виникає ЕРС індукції. Під час переходу площини витка з положення І в положення ІІ, тобто під час повороту на кут 45°, ЕРС індукції зростає до певного значення, яке визнача­ється відношенням зміни магнітного потоку від Ф₁ до Ф₂, тобто Ф₁ — Ф₂ до часу Δt, протягом якого відбувається зміна. Електрорушійна сила у витку має такий напрямок (положення ІІ): у проводі 1 — за площину рисунка, у проводі 2 — із-за площини рисунка. Умовимося вважати цей напрямок ЕРС додатним. У такому разі значення ЕРС у замкненому колі витка в момент проходження його через положення ІІ маємо відкласти у вигляді деякого відрізка, як це показано на діа­грамі в нижній частині рис. 31.

Під час переходу площини витка з положення ІІ в положення ІІІ, тобто під час повороту ще на кут 45°, магнітний потік, що пронизує контур витка, зменшившись до нуля, зміниться на Ф₂ - 0 = Ф₂. Оскільки в цьому випадку магнітний потік зміниться більше, ніж під час переходу витка з положення І в положення ІІ, то ЕРС у витку, коли він перебуває у положенні ІІІ , більша від ЕРС, яка відповідає положенню ІІ. Тому значення ЕРС, яке відповідає положенню ІІІ витка, коли площина його знаходиться під кутом 90° до напрямку вихідного положення, маємо відкласти у вигляді відрізка більшої величини, ніж попередній. Цей відрізок, як і попередній, зобразимо на діаграмі вище від горизонтальної осі, тому що в обох проводах 1 і 2 електрорушійна сила має позитивний напрямок, тобто у проводі 1 — за площину рисунка, у проводі 2 — із-за площини рисунка, в чому неважко переконатися, застосувавши правило правої руки.

З подальшим обертанням площини витка ЕРС у ньому зменшува­ тиметься, залишаючись додатною. Коли площина витка повернеться на 180° відносно початкового положення і займе положення V, ЕРС у ньому зменшиться до нуля, незважаючи на те, що магнітний потік, який пронизує контур витка, має найбільше значення, як і в поле женні І.

Після переходу площини витка через положення V напрямок EPС індукції в ньому зміниться: у проводі 1 — із-за площини рисунка, у проводі 2 — за площину рисунка. В міру обертання витка ЕРС у ньому за абсолютним значенням збільшується. У момент проходжен­ня витка через положення VII ЕРС буде найбільшою, однаковою за аб­солютним значенням, але протилежною за знаком ЕРС у витку в положенні III. З подальшим обертанням витка на 360° від початкового поло­ження ЕРС у його площині дорівнює нулеві. З цього моменту процес зміни ЕРС повторюється.

Якщо з'єднати вершини відрізків, які виражають собою значення ЕРС для певних положень площини витка, плавною лінією, то одержи­мо часову діаграму у формі синусоїди. Змінна ЕРС і сила струму, що змінюються згідно з зазначеною кривою, називаються синусоїдними.

Отже, значення ЕРС, індукованої у провіднику, що переміщується з рівномірною швидкістю в однорідному полі, залежать від кута між напрямком магнітних ліній і напрямком руху цього провідника.