6. Режимы холостого хода и короткого замыкания в цепях постоянного тока.

Рис. 1.8. Режим холостого хода

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута (рис. 1.8.) При этом ее сопротивление равно бесконечности, а величина тока в цепи равна нулю. Следовательно, напряжение на зажимах генератора: U_xx= E.

Короткое замыкание возникает обычно в результате повреждения изоляции соединительных проводов. При этом зажимы генератора оказываются замкнуты проводником с ничтожно малым сопротивлением (рис. 1.9).

Рис. 1.9 Режим короткого замыкания.

Практически напряжение на зажимах генератора в режиме короткого замыкания равно нулю, и сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению генератора R₀. Так как R₀ обычно мало, величина тока короткого замыкания I_кз= оказывается очень большой.

Короткое замыкание является аварийным режимом работы и представляет собой большую опасность для электрических установок, т.к. может повлечь за собой их разрушение, вследствие перегрева, вызванного большими токами.

7. Баланс мощностей в сложных электрических цепях постоянного тока.

IE = I2 R0 + I2 Rл + I2 R уравнением баланса мощностей.

Произведение IE представляет собой полную электрическую мощность P1, развиваемую генератором. Рассмотрим слагаемые в правой части выражения (1.5) Обозначим их соответственно

∆Pг = I2 R0 - потери мощности внутри генератора.

∆ Pл = I2 Rл - потери мощности в линии передач.

Р2 = I2R - полезная мощность, потребляемая нагрузкой.

Подставляя полученные выражения мощностей в уравнение получаем:

P1 = ∆ Pг + ∆ Pл + Р2

8. КПД весь.

Коэффициентом полезного действия (КПД) электрической цепи называют отношение полезной мощности Р₂, потребляемой нагрузкой к полной мощности Р₁, развиваемой генератором , т.е.

η =

КПД современных энергетических установок достигает 95%.

9. Однофазный переменный ток

Основными преимуществами переменного тока перед постоянным являются:

1. Относительная простота конструкции и надежность в эксплуатации генераторов переменного тока;

2. Возможность передачи переменного тока практически на любые расстояния с помощью современных трансформаторов;

3. Двигатели переменного тока проще, надёжнее и дешевле двигателей постоянного тока.

Рис. 2.1 Генератор переменного тока.

Получение однофазного переменного тока можно пояснить из следующей схемы (рис. 2.1). Между полюсами N и S постоянного магнита помещён виток провода, начало и конец которого присоединены к двум изолированным друг от друга кольцам К₁ и К₂. На кольца наложены токосъемные щетки С₁ и С_2, к которым через ключ К подключается нагрузка R.

Если привести виток во вращение, то магнитные силовые линии начнут пронизывать проводники витка ab и cd и, в соответствии с законом электромагнитной индукции, в них будет наводиться ЭДС индукции, определяемая законом Фарадея:

(2.1)

где – мгновенное значение ЭДС (B);

B – магнитная индукция измеряемая в теслах (Тл);

– длина проводника ab или cd (м);

V – скорость вращения витка (м/сек);

– угол между вектором магнитной индукции и направлением движения проводника в магнитном поле.

При одном полном обороте витка угол принимает все значения от нуля до 360° и, как следствие, ЭДС проходит полный цикл изменения по синусоидальному закону. При , ЭДС достигает своего максимального значенияE_m:

(2.2)

Подставляя (2.2) в (2.1) имеем: (2.3)

Если вращение витка будет происходить с постоянной угловой скоростью ω, то угол =ωt(2.4)

Подставляя (2.4) в (2.3), получим:

При замыкании ключа К (рис. 2.1) по замкнутой цепи потечет электрический ток, мгновенное значение которого , согласно закону Ленца, будет изменяться во времени так же как и ЭДС по синусоидальному закону:

Этот ток, проходящий по сопротивлению нагрузки R, вызывает на его зажимах синусоидальное падение напряжения, мгновенное значение которого равно:

Волновая диаграмма токаприведена на рис. 2.2. Волновые диаграммы ЭДС и напряжения имеют аналогичный вид.

В цепях переменного тока различают мгновенные, амплитудные и действующие значения ЭДС, тока и напряжения. Значение переменной величины в произвольный момент времени называют мгновенным значением. Мгновенные значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через , и . Наибольшее значение этих величин называют амплитудным или максимальным значением. Амплитудные значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через .

Действующие значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через и определяются по формулам :

; ; ;

Рис. 2.2 Волновая диаграмма однофазного переменного тока.

Промежуток времени, в течении которого проходит полный цикл изменения синусоидальной величины, называется периодом и обозначается буквой Т (рис. 2.2).

Число периодов в единицу времени называется частотой, обозначается буквой ƒи измеряется в герцах.

Между угловой частотой ω, измеряемой в радианах в секунду, и частотой электрического тока ƒ существует прямая пропорциональная зависимость: .

Цепь переменного тока с активным, реактивным и индукт сопротивлениями. Мгновенная и ср. Мощность

Цепь переменного тока с активным сопротивлением

Электрические заряды, обуславливающие постоянный ток, распределяются по сечению проводника равномерно, примерно так, как показано на рис. 2.3, а. При прохождении по проводнику переменного тока, создаваемый им переменный магнитный поток вытесняет электрические заряды из центральной части проводника к его периферийным слоям (рис. 2.3, б).

а) постоянный ток б) переменный ток

Рис. 2.3 Распределение электрических зарядов по сечению проводника

Чем выше частота тока в цепи, тем ближе к поверхности проводника располагаются электрические заряды. При этом плотность зарядов на поверхности проводника увеличивается и его сопротивление возрастает. Сопротивление проводника постоянному току называют омическим сопротивлением, а его сопротивление переменному току – активным сопротивлением.К активным сопротивлениям относят электрические лампы накаливания, электрические печи, различные нагревательные приборы и провода, где электрическая энергия почти целиком превращается в тепловую энергию.

Рассмотрим цепь, состоящую из активной нагрузки с сопротивлением R(рис. 2.4), к зажимам которой приложено переменное напряжение.

(2.5)

Рис. 2.4 Цепь переменного тока с активной нагрузкой.

Мгновенное значение тока в цепи определяется по закону Ома

(2.6)

где

Сравнивая между собой выражения (2.5) и (2.6), отметим, что в цепи переменного тока с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе друг с другом.

Мгновенная мощность такой цепи равна произведению мгновенных значений тока и напряжения.

(2.7)

Построим волновую и векторную диаграммы цепи переменного тока с активным сопротивлением (рис. 2.5).

Рис. 2.5 Волновая и векторная диаграммы цепи переменного тока с активным сопротивлением.

Мощность цепи переменного тока принято оценивать по среднему значению мгновенной мощности за период:

Следовательно, в цепи переменного тока с активным сопротивлением активная мощность определяется как произведение действующих значений тока и напряжения: