Шпаргалки / шпаргалки электротехника

1. Энергия — общая количественная мера различных форм движения материи. Носителем электрической энергии является особая форма материи — электромагнитное поле.

Поскольку общее определение энергии - ϶ᴛᴏ мощность в единицу времени, то единицей измерения электрической энергии является киловатт в час (кВт час). Для характеристики больших объёмов производства (электростанции, энергосистемы) используются единицы измерения мегаватт в час (МВт час) и гиговатт в час (ГВт час).

Электрическая энергия получается путем преобра­зования других видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной и др.) и обладает ценными свой­ствами:

1)  Электрическая энергия получается из других видов энергии.

2)  Электрическая энергия практически мгновенно (3*108 м/с) со скоростью, близкой к скорости света и относительно с небольшими потерями передается на большие расстояния.

3)  Электрическая энергия сравнительно легко распределяется среди потребителей.

4)  Электрическая энергия сравнительно легко преобразуется в другие виды энергии.

5)  Электрическая энергия одновременно вырабатывается и потребляется.

6)  Электрическая энергия самый опасный вид энергии. На него приходится 18-20% среди несчастных случаев.

Электрическая энергия находит применение повсеместно. Множество приборов, которым пользуется человек основаны на применении электрической энергии.

2. Электрический заряд – носитель электромагнитного взаимодействия.

Фундаментальные свойства зарядов

1)Электрический заряд может быть двух типов: положительный (при трении кожи о стекло) и отрицательный(при трении меха с эбонитом). Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, тела с зарядами противоположных знаков – притягиваются.

2) Носителями электрического заряда являются заряженные элементарные частицы с элементарным зарядом 1,602*10¹⁹Кл (Кулон – единица электрического заряда в СИ)

протон – носитель положительного заряда (+e), (m_p=1,6710^-27 кг );

электрон – носитель отрицательного заряда (–e), (m_e=9,1110^-31 кг ).

Заряд любого другого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

3) Фундаментальный закон сохранения электрического заряда (выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц): в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется.

Закон Кулона – закон о взаимодействии точечных зарядов: сила взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов q₁ и q₂ в вакууме направлена вдоль линии, соединяющей оба заряда, прямо пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропор­ци­ональна квадрату расстояния между ними:

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения. В системе СИ

Сила F называется кулоновской силой, она является силой притяжения, если заряды имеют разные знаки (рис.1), и силой отталкивания, если заряды одного знака.

Параметры электрического поля

Потенциал – φ – это отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.

Основная единица потенциала ровна 1в.

Разность потенциалов между двумя точками называется напряжение.

• U – напряжение

• φ₁ – φ₂ = U

• U = 1в

• 1в = 10³мв = 10⁶мкв

• 1кв = 10³в

3.Основная особенность проводников – наличие свободных носителей зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему вещества. К таким веществам относятся растворы солей, расплавы, вода (кроме дистиллированной), влажная почва, тело человека и, конечно же, металлы.

Металлы считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.

Все проводники обладают такими свойствами, как сопротивление и проводимость. Ввиду того, что электрические заряды, сталкиваясь с атомами или ионами вещества, преодолевают некоторое сопротивление своему движению в электрическом поле, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением (R). Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.

В отличие от проводников, в диэлектриках при низких температурах нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

К диэлектрикам относятся, в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также стекло, фарфор, керамика, резина, картон, сухая древесина, различные пластмассы и смолы.

Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами. Диэлектрические свойства изоляторов во многом зависят от состояния окружающей среды: в условиях повышенной влажности (вода является хорошим проводником) некоторые диэлектрики могут частично терять свои диэлектрические свойства.

Полупроводники- это вещества, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Они отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости электрических зарядов от температуры, а также от концентрации примесей и могут иметь свойства, как проводников, так и диэлектриков.

В отличие от металлических проводников, у которых с ростом температуры проводимость уменьшается, у полупроводников проводимость растет с увеличением температуры, а сопротивление, как величина обратная проводимости - уменьшается.

Из п/п изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.

4.Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы:

U1 = U2 = U, а заряды равны q1 = С1U и q2 = C2U.

Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом

q = q1 + q2 при напряжении между обкладками равном U.

Общая емкость при параллельном соединении конденсаторов определяется по формуле:

C = C1 + C2

При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q1 = q2 = q, а напряжения на них равны и. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками

U = U1 + U2.

По величине эти напряжения не равны между собой:

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

5. Ист.питания цепи постоянного тока — это гальванические элементы, электр. аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все ист. питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Электроприемниками пост. тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники хар-ся электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность. Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников пост. тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В. Ист. Электр. энергии в электр. цепях принято рассматривать как источники ЭДС или как источники тока. Ист. Электр. энергии хар-ся ЭДС Е и внутренним сопротивлением Rвн. К ист ЭДС обычно относят ист. электромагнитной энергии, в которых ЭДС Е не зависит или практически не зависит от тока I, идущего от источника в приемник, и их внутреннее сопротивление Rвн. К ист. тока обычно относят ист. электромагнитной энергии, в которых ток не зависит от напряжения U, которое создается источником на зажимах приемника. Ист. тока представляет собой идеализированный источник питания, который создает ток I, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединен, а его ЭДС Е и внутреннее сопротивление Rвн равны бесконечности.

6. Электрическим током называется упорядоченный поток отрицательно заряженных элементарных частиц – электронов. Электрический ток необходим для освещения домов и улиц, обеспечения работоспособности бытовой и производственной техники, движения городского и магистрального электротранспорта и.т.п.

Ток – это количество зарядов прошедших в единицу времени через поперечное сечение проводника.Ток в замкнутой цепи, движется от положительного, к отрицательному полюсу источника питания.

I =q/t

I – сила тока

q – количество электричества

t – время

Единицу силы тока называют амперам А, по имени французского учёного Ампера.

1А = 103мА = 106мкА

Электр. току присущ ряд физических характеристик, имеющих количественные значения, выражаемые в определенных единицах. Осн. физическими характеристиками электротока являются его сила и мощность. Сила тока количественно выражается в амперах, а мощность тока – в ваттах. Кроме этого используется понятие плотность тока. В частности, понятием плотности тока пользуются при проектировании линий электропередач.

J – плотность электрического тока А / ММ²

S – площадь поперечного сечения

I – ток

7. Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока. R =

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Всякий проводник можно характеризовать не только его сопротивлением, но и так называемой проводимостью — способностью проводить электрический ток. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению. Единица проводимости называется сименсом (См). 1 См равен 1/1 Ом. Проводимость обозначают буквой G (g). Следовательно, G = 1 / R (4)

10. Работа является мерой превращения одного вида энергии в другой. А=UIt

Ватт-секунда – эта работа электрического тока величиной 1А при напряжении 1В в течение 1с.

1 Ватт ∙ час [Вт ∙ ч] = 3600 Вт ∙ ч = 3600 Дж

1 кВт ∙ ч = 1000 Вт ∙ ч = 3600 000 Дж

Работа электрического тока в одну секунду называется мощностью электрического тока, она характеризует интенсивность работы, совершенной током. За единицу мощности принят Ватт [Вт]. Р=UI=I²R

Ватт – мощность, которую развивает при

1 кВт = 1000 Вт 1 МВт = 1000 000 Вт

Полной называется мощность, развиваемая источником тока , а полезной – мощность, расходуемая во внешней цепи потребителем .

При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновения электронов с его атомами проводник нагревается.

Закон Джоуля – Ленца.Количество выделенного тепла прямо пропорционально квадрату величины тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока через проводник.

Q=I²Qt

8. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. Свойства последовательного соединения

1. Ток во всех резисторах одинаков- I1 = I2 = I3;

2. Общее напряжение цепи равно сумме напряжений на всех резисторах- U=U1 + U2 + U3;

3.Сопротивление по отношению к входным зажимам называется входным сопротивлением и равно сумме сопротивлений участков - Rвх= R1 + R2 + R3;

.При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами.

Св-ва парал. соединения резистора:

1. Общее напряжение цепи равно напряжению на каждом участке-

U = U₁ = U₂ = U₃

2. Общий ток цепи равен сумме токов на всех участках- I = I₁ + I₂ + I₃

3. Чтобы найти входное сопротивление, рассчитывают вначале величину обратную входному сопротивлению

1/R - проводимость (G)

Общая проводимость цепи равна сумме проводимостей на каждом участке.

G = G₁ + G₂ + G₃

11. Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментамиэлектронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции   (вектор индукции магнитного поля) В [Тл]

Напряженность магнитного поля Н- векторная величина, которая не зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающими магнитное поле. Единица напряженности магнитного поля – ампер на метр [А/м].Приведенные характеристики магнитного поля являются основными. Производные характеристики: 1)магнитный поток Ф — поток магнитной индукции. Магнитный поток Ф через площадку S в однородном магнитном поле равен произве- дению нормальной составляющей вектора индукции Вп на площадь S: Ф = Вп S = B S cos β 2)Магнитное напряжение Uм на участке в однородном магнитном поле определяется как произведение проекции Hl вектора Н на отрезок АВ и длину этого отрезка l, единица магнитного напряжения -ампер (А): Uм = Hl l (2.4)

9. Закон Ома для участка цепи: сила тока I на участке электр. цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его со противлению R. Формула закона: I= Отсюда:U= IR и R = .

Закон Ома для полной цепи: сила тока I полной электр.цепи равна ЭДС (электродвижущей силе) источника тока Е, деленной на полное сопротивление цепи (R + r). Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R и внутреннего r источника тока. Формула закона I =  . 

Элект. цепь может работать при различных значениях ЭДС, протекающих в ней токов создаваемых падений напряжения,. Режим электрической цепи - совокупность режимов работы отдельных ее элементов:номинальный;режим холостого хода; режим короткого замыкания.

Номин. режим работы будет при номин. значении сопротивления приемника (при R_н = R_ном).

Режим холостого хода – это режим работы в отсутствие нагрузки: электрическая цепь разомкнута, Rн= ∞, I = 0. U = E.

Режим корот. Замыкания возникает при Rн= 0. Выводы источника будут соединены между собой проводом, сопротивление которого равно нулю.

12 Абсолютная магнитная проницаемость среды μа – вели- чина, являющаяся коэффициентом, отражающим магнитные свойства среды, единица измерения – генри деленный метр [Гн / м]. μ _а = μ₀ μ_r

где μ₀ = 4π⋅10-7 Гн / м – магнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства (проницаемость) вакуума. Величину μ_r называю относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает, во сколько раз магнитная проницаемость среды больше чем вакуума, и является безразмерной величиной.Вещества, в зависимости от величины μ_r , делятся на: диамагнетики ( μ_r • 1); парамагнетики ( μ_r • 1), (алюминий); ферромагнетики ( μ_r •• 1), (железо, кобальт, никель).Для большинства материалов проницаемость μr постоянна и близка к единице. Парамагнетики и диамагнетики. отличаются тем, что при внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю, а диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. Поэтому у парамагнетиков μ > 1, а у диамагнетиков μ < 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ – 1 ≈ 2,1·10–5, у хлористого железа (FeCl3) μ – 1 ≈ 2,5·10–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь (μ – 1 ≈ –3·10–6), вода (μ – 1 ≈ –9·10–6), висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10–3) и другие вещества. Для ферромагнитных материалов μ_r является функцией тока, создающего магнитное поле, и достигает больших значений.

13. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F=B^.I^.ℓ^.sin α — закон Ампера.

Н аправление силы Ампера (правило левой руки) Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.

С ила Ампера — векторная величина. Сила Ампера принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления тока перпендикулярны

Е сли по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников.

Эталон силы тока: 1Ампер – это сила постоянного тока при длине проводников и расстоянию между ними в 1 м в вакууме, равная 210^-7 Н..

14.Электромагнитная индукция - это явление возникновения тока в замкнутом проводнике, при прохождении через него магнитного потока. То есть, благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую.

Когда проводник оказывается под действием магнитного поля, в нем возникает ЭДС, которую количественно можно выразить через закон электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции: электродвижущая сила, индуцируемая в проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока, сцепляющегося с этим контуром.

ЭДС возбуждаемая в контуре, создает ток. Наиболее простым примером появления тока в проводнике является катушка, через которую проходит постоянный магнит. Направление индуцируемого тока можно определить с помощью правила Ленца:ток, индуцируемый при изменении магнитного поля проходящего через контур, своим магнитным полем препятствует этому изменению.

1 5. Если по катушке идет переменный ток, то: магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется во времени, а в катушке возникает ЭДС индукции . Это явление называют самоиндукцией. По правилу Ленца при увеличении тока напряженность вихревого электрического поля направлена против тока, т.е. вихревое поле препятствует нарастанию тока. При уменьшения тока напряженность вихревого электрического поля и ток направлены одинаково, т.е.вихревое поле поддерживает ток.

На рисунке: при замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая — с заметным запозданием, т.к. ЭДС самоиндукции в цепи второй лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения. При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, которая поддерживает уменьшающийся ток. В момент размыкания через гальванометр идет ток размыкания, направленный против начального тока до размыкания. Сила тока при размыкании может быть больше начального тока, т.е. ЭДС самоиндукции больше ЭДС источника тока.

ИНДУКТИВНОСТЬ Величина индукции магнитного поля, создаваемого током, пропорционален силе тока, а магнитный поток пропорционален магнитной индукции. Следовательно Ф = LI где L — индуктивность контура (иначе коэффициентом самоиндукции), т.е. это коэффициент пропорциональности между током в проводящем контуре и магнитным потоком. Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на 1 А за 1 с.

И ндуктивность зависит от размеров проводника, его формы и магнитных свойств среды, в которой находится проводник, но не зависит от силы тока в проводнике. Индуктивность катушки (соленоида) зависит от количества витков в ней. Единицу индуктивности в СИ называется генри (1Гн). И ндуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при равномерном изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле

16. Для преобразования механичес­кой энергии в электрическую предназначены электрические машины, которые называются генераторами. Если электрическую в механическую , то двигатели. Принцип действия всех элек­тромашин основан на законе электромагнитной индукции и возник­новении электромагнитной силы.

П ри перемещении прямолинейного проводника, замкнутого че­рез внешнюю цепь на нагрузку, с постоянной скоростью в одно­родном магнитном поле в проводнике индуктируется неизменяю­щаяся э.д. с. электромагнитной индукции, а в замкнутой цепи возникает электрический ток . Направление э. д. с. в про­воднике определяют по правилу правой руки (рис. А), а ее вели­чину — по формуле E=Blv sin а, где В — магнитная индукция, характеризующая интенсивность маг­нитного поля; l — активная длина проводника, пронизываемая силовыми линиями магнитного поля, м; v — скорость перемещения проводника в магнитном поле, м/с: а — угол между направлением скорости движения проводника и направлением вектора магнитной индукции. Направление тока в проводнике совпадает с направлением э. д. с.

На проводник с током действует электромагнитная сила (Н).Эта сила препятствует перемещению проводника в магнитном поле. Направление электромагнитной силы определяют по правилу левой руки (рис. 22,г). Для ее преодоления необходима внешняя сила. Чтобы проводник перемещался с постоянной скоростью, не­обходимоприложить внешнюю силу, равную по величине и противоположно направленную электромагнитной силе.

Из сказанного следует, что механическая мощность, затрачиваемая на движение проводника в магнитном поле, пре­образуется в электрическую мощность в цепи проводника.

Преобразование электрической энергии в механическую. При пропускании электрического тока одного направления через прямо­линейный проводник, расположенный в однородном магнитном по­ле, возникает электромагнитная сила, под действием ко­торой проводник перемещается в магнитном поле с линейной ско­ростью V (рис. б) Направление движения проводника совпадает с направлением действия электромагнитной силы и определяется по правилу левой руки. Во время движения проводника в нем ин­дуктируется э д. с, направленная встречно напряжению U источника электроэнергии. Часть этого напряжения затрачива­ется на внутреннем сопротивлении проводника R.

Таким образом, электрическая мощность в проводнике, преобразуется в

механическую и частично расходуется на тепловые потери проводника Именно на этом принципе ос­нована работа электродвигателей.

17. Главной конструктивной и характерной принадлежностью машины постоянного тока, служит использование для присоединения к электрической сети коммутатора, предназначенного для преобразования величин постоянного тока в переменный ток. Двигатель, как и любая другая машина этого типа, содержит в своей конструкции статор, являющегося неподвижным элементом, и ротор (якорь) – вращающийся элемент машины, между ними находится воздушный зазор. В якоре двигателя происходит индуцирование ЭДС. Создание основного магнитного поля происходит при помощи главных полюсов, состоящих из сердечников и катушек возбуждения.

Равномерное распределение полученной магнитной индукции в области воздушного зазора обеспечивается полюсными наконечниками.

Чередование полярности полюсов во время движения электрического тока достигается за счет соединения катушек главных полюсов в обмотку возбуждения. Для улучшения коммутации предусмотрены добавочные полюса.

Уменьшение вихревых токов, которые появляются в результате перемагничивания якоря в процессе его вращения в созданном магнитном поле, происходит за счет конструкции сердечника, исполненного из пластин электротехнической стали, для большего эффекта он покрывается специальным лаком.

Контакт внешней цепи машины с коллектором осуществляется за счет щеток, основным материалом для них является графит. С помощью таких двигателей приводятся в работу прокатные станы, они используются для привода гребного винта на кораблях, а также для транспортных средств, имеющих систему питания на постоянном токе.

Область использования ДПТ характерна для нужд там, где необходима электрическая тяга, это: тепловозы, электровозы, электропоезда, городской транспорт, то есть там, где необходимо применить мягкие механические характеристики и широкие пределы регулировки количества оборотов вращения.

18. Возможны три способа пуска двигателя в ход:

1) прямой пуск, когда цепь якоря приключается непосредственно к сети на ее полное напряжение;

2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря;

3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых Ra относительно велико и поэтому при пуске процесс пуска длится не более 1—2 сек.

Самым распространенным является пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений

Способы пуска двигателя постоянного тока

1. 1.Прямой пуск - обмотка якоря подключается непосредственно к сети. Если считать, что при прямом пуске значения напряженияпитания U и сопротивления якорной обмотки R_я остаются неизменными, то ток якоря зависит от противо - ЭДС Е. В начальный момент пуска якоря двигатель неподвижен (=0) и в его обмотке Е=0.Поэтому при подключении к сети в обмотке возникает пусковой ток 

2. 2)Реостатный пуск - в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока. В начальный момент пуска при =0 и R_п=мах ток якоря будет равен

3. . В реальных устройствах пуск осуществляется автоматически.

4. Микроконтроллер, по заданному алгоритму, управляет коммутирующими элементами (релейное управление), отключая секции пускового реостата и практически реализуя описанный выше процесс.

5. 3.Пуск путем плавного повышения питающего напряжения - пуск осуществляется от отдельного регулируемого источника питания. Применяется для двигателей большой мощности, где нецелесообразно применять громоздкие реостаты из-за значительных потерь электроэнергии.

19. Измерение — это процесс определения физической величины с помощью технических средств.

Измери́тельный прибо́р — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:

• методу измерения;

• роду измеряемой величины;

• роду тока;

• степени точности;

• принципу действия.

Например, по роду измеряемой величины различают амперметры (для измерени тока, вольтметры для измерения напряжения, ваттметры для измерения мощности, омметры для измерения сопротивлений и т.д.

20. Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения.

Абсолютная погрешность – это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.

Абсолютная погрешность вычисляется по следующей формуле:

ΔQ_n = Q_n − Q₀,

где AQ_n – абсолютная погрешность;

Q_n – значение некой величины, полученное в процессе измерения;

Q₀ – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).

Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности измерения.Относительная погрешность вычисляется по следующей формуле: г де ΔQ – абсолютная погрешность;

Q₀ – настоящее (действительное) значение измеряемой величины.Относительная погрешность выражается в процентах.

Приведенная погрешность – это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.

Инструментальная погрешность – это погрешность, возникающая из—за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.

Класс точности измерительного прибора — это характеристика, определяемая нормированными предельными значениями погрешности средства измерений.

По приведенной погрешности приборы делятся на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

21. В амперметрах ток, проходящий по прибору, создает вращающий момент, вызывающий отклонение его подвижной части на угол, зависящий от этого тока. По этому углу отклонения определяют величину тока амперметра.

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником элект роэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, - он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

22. Электр. сопротивление - основная электр. характеристика проводника, величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току. Электр. сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии и измеряется в Омах.

Измерение методом амперметра и вольтметра. Сопротивление какой-либо электр. установки или участка электр. цепи можно определить с помощью амперметра и вольтметра, пользуясь законом Ома. П ри включении приборов по схеме рис. (а) через амперметр проходит не только измеряемый ток Ix, но и ток Iv, протекающий через вольтметр. Поэтому сопротивление

Rx = U / (I - U/Rv) (110)

где Rv -- сопротивление вольтметра.

При включении приборов по схеме рис., б вольтметр будет измерять не только падение напряжения Ux на определенном сопротивлении, но и падение напряжения в обмотке амперметра UA = IRА. Поэтому

Rx = U/I – R_А, где R_А -- сопротивление амперметра.

В тех случаях, когда сопротивления приборов неизвестны и, следовательно, не могут быть учтены, нужно при измерении малых сопротивлений пользоваться схемой рис. ,а, а при измерении больших сопротивлений -- схемой рис., б. При этом погрешность измерений, определяемая в первой схеме током Iv, а во второй -- падением напряжения UА, будет невелика по сравнению с током Ix и напряжением Ux.

Измерение сопротивлений электр. мостами. Мостовая схема (рис. а) состоит из источника питания, чувствительного прибора (гальванометра Г) и четырех резисторов, включаемых в плечи моста: с неизвестным сопротивлением Rx (R4) и известными сопротивлениями R1, R2, R3, которые могут при измерениях изменяться. Прибор включают в одну из диагоналей моста (измерительную), а источник питания -- в другую (питающую).

С опротивления R1 R2 и R3 можно подобрать такими, что при замыкании контакта В показания прибора будут равны нулю (в таком случае принято говорить, что мост уравновешен). При этом неизвестное сопротивление

Rx = (R1/R2)R3

23. Пусть имеется однородное магнитное поле, образованное между полюсами NS электромагнита (рис, а).

Внутри поля под действием посторонней силы вращается по окружности в сторону движения часовой стрелки металлический прямолинейный проводник. Как известно, пересечение проводником магнитных линий приведет к появлению в проводнике индуктированной электродвижущей силы (ЭДС). Величина этой ЭДС, как было указано в статье "Величина и направление ЭДС индукции", зависит от величины магнитной индукции B, активной длины проводника l, скорости пересечения проводником магнитных линий v и синуса угла α между направлением движения проводника и направлением магнитного поля. e = B × l × v × sin α .Разложим окружную скорость v на две составляющие – нормальную и тангенциальную по отношению к направлению магнитной индукции B, как было показано в вышеуказанной статье. Нормальная составляющая скорости vn обусловливает наводимую ЭДС индукции и равна: vn = v × sin α Тангенциальная составляющая скорости vt не принимает участия в создании индуктированной ЭДС и равна: vt = v × cos α ;при α = 90° нормальная скорость: vn = v × sin α = v × sin 90° = v ,то есть в этом случае нормальная составляющая скорости имеет максимальное значение. Такое же значение имеет в этот момент величина индуктированной ЭДС в проводнике:e = B × l × v = Em ,откуда общее выражение для ЭДС в проводнике будет: e = Em × sin α или e = sin α .При движении проводник будет занимать различные положения. На чертеже положения проводника даны через каждые 45° угла поворота. Рассматривая отдельные положения проводника, мы видим, что угол пересечения α меняется и, кроме того, при переходе проводника через нейтральную линию направление индуктированной ЭДС, определяемое по правилу правой руки, также меняется.

24. Переменным называется ток i(t) [напряжение u(t)], периодически изме­няющийся во времени по произвольному закону. В электроэнергетике понятие ’’переменный’’ употреб­ляют в более узком смысле, а именно под переменным понимают ток (напряжение), изменяющийся во времени по синусоидальному закону

i(t)=I_m sin(t+_i),

u(t)=U_msin(t+_u)

Графические диаграммы этих функций имеют вид рис. 43:

Время, за которое происходит одно полное колебание, называется пе­риодом и обо­значается буквой Т. Число полных колебаний (периодов) в еди­ницу времени называется час­тотой f:

Гц

Из математики известно, что синусоидальная функция времени может быть описана вращающимся вектором со скоростью вращения . В технике эта величина получила назва­ние угловой частоты

 = 2f = с^-1 или радс

В выражениях функций i(t) и u(t) приняты обозначения:

u(t), i(t) или u, i  мгновенные значения функций, т.е. их значения в произвольно выбранный мо­мент времени;

U_m, I_m  амплитудные (максимальные) значения функций;

(t+)  фаза, определяющая момент времени;

_u, _i – начальные фазы функций, определяющие их значения в момент t=0, зависят от выбора начала отсчета времени;

 = _u_i – угол сдвига фаз (разность начальных фаз) между напряже­нием и током, не зависит от выбора начала отсчета времени.

Синусоидальная форма для функций токов и напряжений в электроэнер­гетике ут­верждена в качестве стандарта и является одним из показателей каче­ства электроэнергии как товара.

Из физических законов следует, что при протекании синусоидального тока i=I_msint через любой линейный элемент электрической цепи напряже­ние на его зажимах также будет синусои­дальным, и наоборот, при синусои­дальном напряжении ток также будет иметь синусоидальную форму.

25. Рассмотрим электрическую цепь, содержащую активное сопротивление (R), к которой приложено переменное напряжение, изменяющееся по закону:

u = U_msinwt.

Необходимо определить законы изменения тока и мощности в цепи.

Согласно закону Ома для участка цепи:

i = u/R = U_msinwt/R = I_m sinwt, где U_m/R = I_m.

Таким образом, мы получили: u = U_msinwt, i = I_m sinwt.

Из этих двух выражений следует, что начальная фаза для тока и напряжения в цепях переменного тока, содержащих активное сопротивление, равна нулю, т.е. напряжение и ток совпадают по фазе.

Построим векторную диаграмму для R-цепи: сначала горизонтально в масштабе откладываем вектор тока, затем параллельно ему (т.к. ток и напряжение на резисторе совпадают по фазе) откладываем вектор U_R.

Теперь выведем закон изменения мгновенного значения мощности в R-цепи:

p = ui = U_msinwt× I_msinwt = U_mI_msin2wt = U_mI_m/2 - U_mI_mcos2wt/2 = UI - UIcos2wt, учитывая, что sin2wt = 1/2 - cos2wt/2.

Таким образом, в R-цепи активная мощность равна: Р = UI [P] = [1Вт

26. Рассмотрим электрическую цепь переменного тока, содержащую идеальную катушку индуктивности, т.е. катушку индуктивности, не обладающую активным сопротивлением. Закон изменения тока в данной цепи имеет вид: i = I_msinwt. Необходимо вывести формулы законов изменения напряжения и мощности в данной цепи.

Т.к. по цепи протекает переменный ток, то в катушке будет наводиться ЭДС индукции

e_L = -u, eL = - Ldi/dt, т.е. u = Ldi/dt.

Подставим в последнюю формулу закон изменения тока:

u = Ldi/dt = Ld(I_msinwt)/dt = LI_md(sinwt)/dt = wLI_mcoswt, где wLI_m = U_m,

т.е.u = U_mcoswt = U_msin(wt + π/2)

Величина wL = Х_L называется реактивным сопротивлением катушки индуктивности или индуктивным сопротивлением. [Х_L] = [1 Ом].

Закон Ома для L-цепи будет имет ь вид: U = I×Х_L

Таким образом, для L-цепи мы получили: i = I_msinwt, u = U_msin(wt + p/2). Из этих двух формул следует, что начальная фаза по току равна нулю, начальная фаза по напряжению равна +p/2, т.е. напряжение на катушке индуктивности опережает ток на угол +p/2.

Векторная диаграмма L-цепи: сначала в масштабе по горизонтали откладываем вектор тока. Т.к. напряжение на катушке индуктивности опережает ток на угол +p/2, то вектор UL необходимо отложить вверх перпендикулярно

Мощность: p = ui = I_msinwt×U_mcoswt = ImUmsin2wt/2 = UIsin2wt

Идеальная катушка индуктивности обладает только реактивной индуктивной мощностью: QL = UI = wLI2 = I2ХL [QL] = [1 вар ] = [1 ВАр ] = [1 Вольт-Ампер-реактивный ].

27. Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения.

При изменении напряжения на конденсаторе изменяется заряд и возникает электрический ток:

i=dq/dt= C·du/ dt

Идеализированный конденсатор обладает только параметром С.

Рассмотрим электрические процессы в цепи с идеаль ным ёмкостным элементом.

Пусть напряжение источника изменяется по закону

u = U_m·sinω·t, (ψu = 0).

В цепи возникает ток i=dq/dt= C·du/ dt

Из полученного выражения видно, что начальная фаза тока ψi = π/2. Угол сдвига фаз между напряжением и током составляет

φ = ψu – ψi = 0 – π/2 = - π/2.

Следовательно, синусоида напряжения на емкости отстаёт от синусоиды тока на угол π/2. На практике, если в электрической цепи напряжение отстаёт по фазе от тока, говорят об ёмкостном характере нагрузки.

Амплитуда тока I_m = ω·C·Um

2 8. Резонанс напряжений возникает в последовательной RLC-цепи.Условием возникновения резонанса является равенство частоты источника питания резонансной частоте w=wр, а следовательно и индуктивного и емкостного сопротивлений x_L=x_C. Так как они противоположны по знаку, то в результате реактивное сопротивление будет равно нулю. Напряжения на катушке UL и на конденсаторе UC будет противоположны по Условием возникновения резонанса является равенство частоты источника питания резонансной частоте w=w_р, а следовательно и индуктивного и емкостного сопротивлений x_L=x_C. Так как они противоположны по знаку, то в результате реактивное сопротивление будет равно нулю. Напряжения на катушке U_L и на конденсаторе U_C будет противоположны фазе и компенсировать друг друга. Полное сопротивление цепи при этом будет равно активному сопротивлению R, что в свою очередь вызывает увеличение тока в цепи, а следовательно и напряжение на элементах.При резонансе напряжения U_C и U_L могут быть намного больше, чем напряжение источника, что опасно для цепи.

Особенности цепи при резонансе напряжений:

1. Электрическая цепь обладает резистивным (активным) характером: ток совпадает с напряжением (ток и напряжение синфазны), сдвиг фаз в цепи φ = 0 , Z = R и схема замещения содержит только один резистивный элемент.

2. Коэффициент мощности сos φ = 1 – вся поступающая в цепь электрическая энергия преобразуется в работу, как полезную, так и различного рода потери.

3. Полное сопротивление цепи минимально: и равно активному сопротивлению цепи: X _L– X _C = 0  Z = R = min .

4. Ток в цепи максимален: I = U / Z = U / R = max и при малой величине активного сопротивления может достигать очень больших и опасных для цепи значений.

5.Цепь потребляет от сети максимальную и только активную мощность, равную полной мощности: P = I ² R = I U сos φ = IU = S = max.

  6. Цепь не потребляет от сети реактивную мощность Q = I U sin φ = 0 - обмена реактивной энергией между источником электрической энергии и цепью не происходит. Однако в самой цепи существует реактивная мощность и между реактивными элементами (катушкой и конденсатором) происходит обмен реактивной энергией. 7. При резонансе напряжений (Х _L = Х _C) или при условиях близких к резонансу (Х _L ≈ Х _C) возможновозникновение явления перенапряжений на реактивных элементах, когда напряжение на катушке и конденсаторе может превысить приложенное к цепи напряжение.

 Явление перенапряжений возникает всегда при условии: Х _L = Х _C > R , а также может возникать при условии: Х _L≈ Х _C > R .

29. Резонанс токов возникает в цепи с параллельно соединёнными катушкой резистором и конденсатором.

Условием возникновения резонанса токов является равенство частоты источника резонансной частоте w=wр, следовательно проводимости BL=BC. То есть при резонансе токов, ёмкостная и индуктивная проводимости равны.

Явление резонанса может носить как положительный, так и отрицательный характер. Например, любой радиоприемник имеет в своей основе колебательный контур, который с помощью изменения индуктивности или емкости настраивают на нужную радиоволну. С другой стороны, явление резонанса может привести к скачкам напряжения или тока в цепи, что в свою очередь приводит к аварии.

Особенности цепи при резонансе токов: 1. Электрическая цепь обладает резистивным (активным) характером: ток совпадает с напряжением (ток и напряжение синфазны), сдвиг фаз в цепи φ = 0 , Z = R и схема замещения содержит только один резистивный элемент:

2. сos φ = 1 – вся поступающая в цепь электрическая энергия преобразуется в работу, как полезную, так и различного рода потери.

3. Полная проводимость параллельной цепи минимальна и равна активной проводимости цепи: В Э = 0  Y = G = min .

4. Общий ток в неразветвленной части цепи минимален: I = U Y = U G = min, однако токи в ветвях в зависимости от величины реактивных проводимостей могут достигать очень больших значений.

5. Цепь потребляет от сети только активную мощность, равную полной мощности: P = I U сos φ = G U2 = S .

6. Цепь не потребляет от сети реактивную мощность Q = I U sin φ = 0 - обмена реактивной энергией между источником электрической энергии и цепью не происходит. Однако в самой цепи существует реактивная мощность и между ветвями с реактивными элементами (катушкой и конденсатором) происходит обмен реактивной энергией.

_{30. Три обмотки трехфазного генератора всегда объединяют в единую (связанную) систему. Обмотки трёхфазного генератора можно соединить между собой по схеме "звезда"}

_{З вездойназывается соединение обмоток, когда их концы объединены в одну общую точку, называемую нейтральной или нулевой. Нейтральная точка обозначается на схеме буквой N.}

Фазнымназывается напряжение U_ф, измеренное между линейным и нулевым проводом; его можно также измерить между выводами а и х сопротивления фазы потребителя.

Линейнымназывается напряжение U_л, измеренное между двумя линейными проводами; также можно измерить линейное напряжение между началами двух фаз потребителя – между точками а и с.

В схеме звезда можно измерить три фазных напряжения и три линейных напряжения:

Uфа= Uфb=Uфс=220В; Uл ab=Uл bc=Uл са=380В.

В обозначении фазных и линейных величин буквы "ф" (фазное) и "л" (линейное) часто не указывают. Кроме буквы U остаются только буквы наименования фазы. Например: Uа – напряжение на фазе А; Uac – линейное напряжение между линейными проводами a и с. Заметим, что фазное напряжение обозначается одной буквой нижнего индекса, а линейное – двумя.

Потребитель.При равномерной или симметричной нагрузке всех трех фаз, когда во всех фазах включены одинаковые активные и реактивные сопротивления (RA =RB = RC и ХA=ХВ=ХС), фазные токи i_A, i_B и i_C будут равны по величине и сдвинуты от соответствующих фазных напряжений на равные углы. В этом случае получаем симметричную систему токов, при которой токи i_A, i_B, i_C будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 120°, а ток i0 в нулевом проводе в любой момент времени равен нулю. Очевидно, что при равномерной нагрузке можно удалить нулевой провод и передавать электрическую энергию источника к приемнику по трем линейным проводам 1, 2 и 3 (рис. 209). Такая схема называется «звезда без нулевого провода». При трехпроводной системе передачи электрической энергии в каждое мгновение ток по одному (или двум) проводу проходит от источника трехфазного тока к приемнику, а по двум другим (или одному) протекает обратно от приемника к источнику (рис. 210).

31. Три соединении фазных обмоток трехфазного генератора треугольником начало Н' одной фазы соединяют с концом К" другой, начало другой Н" — с концом третьей К'" и начало третьей Н'" фазы соединяют с концом первой Н'.

Фазные обмотки генератора образуют замкнутый контур с малым внутренним сопротивлением. Но при симметричных э. д. с. (равных по величине и одинаково сдвинутых друг относительно друга) в фазах и при отключенной внешней цепи ток в этом контуре равен нулю, так как сумма трех симметричных э. д. с. в любой момент равна нулю. При таком соединении напряжения между линейными проводами равны напряжениям на фазных обмотках:

Е сли все три фазы генератора нагружены совершенно одинаково, то в линейных проводах текут равные токи. Каждый из этих линейных токов равен геометрической разности токов в двух смежных фазах. Так, вектор линейного тока Iс равен геометрической сумме векторов в фазах Iса и Iсb (рис. 2, а). Векторы фазных токов сдвинуты друг относительно друга на угол 120° (рис. 2,б).

_{32. Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным. Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:}

Ток в нулевом проводе равен нулю при строго симметричной на­грузке. Если нагрузка несимметричная, т. е. сопротивления фаз разнве, то неравными будут и токи. Тогда при симметрии фазных напряжений ток в нулевом проводе не будет равен нулю.

Итак, при симметрии фазных напряжений и несимметрии нагрузки в нулевом проводе есть ток. 

33. Расчет трехфазных цепей проводится так же, как и однофазных, со следующими особенностями:

•-при симметричной нагрузке рассчитывают одну фазу и результаты распространяют на две другие с учетом того, что напряжения и токи фаз сдвинуты на 120°;

-при несимметричной нагрузке рассчитывают каждую фазу в отдельности и результирующие мощности определяют по формулам

Р=√3Uф Iфcosφ

Q=√3Uф Iфsinsφ

S= √3Uл Iл

При расчете трехфазных цепей комплексным методом фазные и линейные напряжения генератора представляются в комплексной форме, при этом один из векторов системы принимают за начальный и совмещают его с вещественной осью, а остальные вектора получают начальные фазы согласно их углам сдвига по отношению к начальному вектору. На рис. 74 а показан вариант представления напряжений трехфазного генератора в комплексной форме, когда за начальный вектор принимается фазное напряжение фазы А. В этом случае фазные напряжения генератора в комплексной форме получат вид :

UA=Uфej0°, UB=Uфe-j120°, UC=Uфej120°,

линейные напряжения:

UAB=Uлej30°, UBC=Uлe-j90°, UCA=Uлej150°.

Расчет токов выполняется в соответствии с законом Ома для каждой фазы

34. Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей ее фаз:

Р= Р_а+ Р_в+ Р_с

Реактивная мощность трехфазной цепи равна сумме реактивных мощностей ее фаз: Q= Q_а + Q_в + Q_с Очевидно, что в симметричной трехфазной цепи Р_ф= Р_а=Р_в= Р_с

Q_ф= Q_а = Q_в = Q_с

Тогда Р= 3Р_ф ;Q = 3Q_ф

Мощность одной фазы определяется по формулам для однофазной цепи. Таким образом, Р=3U_ф I_фcosφ; Q=3U_ф I_фsinsφ

Эти формулы можно использовать для подсчета мощности симмет­ричной трехфазной цепи. Однако измерения фазных напряжений и токов связаны с некоторыми трудностями, так как необходим доступ к нулевой точке. Проще измерить линейные токи и напряжения непо­средственно на клеммах щита питания. Поэтому формулы мощности трехфазной системы записывают через линейные токи и напряжения.

При соединении звездой

Р=√3U_л I_лcosφ

При соединении треугольником

Р=√3 U_л I_лcosφ

Таким образом, в обоих случаях активная мощность симметричной цепи:

Р=√3U_ф I_фcosφ

Аналогично реактивная мощность

Q=√3U_ф I_фsinsφ

Полная мощность S= √3U_л I_л

Все эти формулы точны для симметричных цепей. Реальные цепи рассчитывают таким образом, чтобы их нагрузка была близка к сим­метричной, поэтому приведенные формулы имеют широкое применение.

36. Как видно из приведенной схемы, вместо трех однофазных устройств может быть использован один трехфазный трансформатор. В состав его магнитопровода входят три стержня, которые замыкаются ярмами сверху и снизу. На каждый стержень наматывается первичная и вторичная обмотка, соединяемые затем звездой или треугольником. Каждый стержень с обмотками по своей сути является однофазным трансформатором. Одновременно, он выполняет функцию отдельной фазы трехфазного трансформатора.

П од действием тока первичной обмотки во всех стержнях происходит появление магнитного потока. Следует учитывать принадлежность каждой такой обмотки к одной из фаз, входящих в трехфазную систему. Поэтому токи, протекающие по этим обмоткам, а также приложенные напряжения, относятся к трехфазным. Поэтому сформированные магнитные потоки тоже являются трехфазными. а рисунке представлена схема соединений обмоток для трехфазного трансформатора \рис. \. Начала обмоток обозначены в схеме прописными буквами — А, В, С и концы обмоток низкого напряжения с обозначением букв — a, b, c. Конструкция трехфазного трансформатора, как видно по рисунку, состоит из трех отдельных магнитопроводов. Данный тип трансформаторов имеет редкое свое применение. Обычно, обмотки низкого и высокого напряжений трехфазных трансформаторов — выполняются на общем магнитопроводе.

В схемах трехфазных трансформаторов, приняты стандартные обозначения прописными буквами:А, В, С — начала обмоток высокого напряжения;

X, Y, Z — концы обмоток высокого напряжения

Строчными буквами — а, в, с и x, y, z обозначаются начала и концы вторичных обмоток.Принцип действия трехфазного трансформатора основан на принципе возникновения электродвижущей силы \э.д.с\ в его обмотках.

35.Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II).

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

37. Различают несколько режимов работы трансформатора:

1) номинальный режим работы – при номинальных значениях напряжения и токапервичной обмотки трансформатора;

2) рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному , а токI1 определяется нагрузкой трансформатора;

3) режим холостого хода – режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I2=0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (вольтметр);

4) режим короткого замыкания – режим трансформатора, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко (U2=0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (амперметр).

Режимы холостого хода и короткого замыкания возникают при авариях или их специально создают при опытных испытаниях трансформатора.

В режиме нагрузки напряжение первичной обмотки близко к номинальному , ток первичной обмоткиI1 определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током .

По данным измерений аналитически определяют коэффициенты мощности и полезного действия трансформатора соответственно по формулам

38. Коэффициентом трансформации называют физическую величину, которая показывает относительное изменение параметра электрической сети, на который направлено преобразование.

Разделив амплитуду напряжения на вторичной об­мотке U₂ на амплитуду напряжения, действующего на первичной обмотке U₁ получим величину, которая ха­рактеризует степень преобразования величины напря­жения и называется коэффициентом транс­формации: При трансформации электрической энергии часть ее расходуется на покрытие потерь, которые разделяют на электрические и магнитные. Все потери носят активный характер.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток трансформатора при протекании по ним электрического тока и определяются суммой электрических потерь в первичной и вторичной обмотках:

Магнитные потери возникают в магнитопроводе трансформатора из-за наличия в нем переменного магнитного потока. Этот поток вызывает в магнитопроводе два вида потерь:потери от вихревых токов   в стали магнитопровода и потери от гистерезис(перемагничивания)   , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода:

39. Асинхронные электродвигатели – самые распространенные в мире благодаря своей относительной простоте и низкой стоимости. Простота конструкции и высокая надежность позволяет применять их не только в промышленных электроустановках (станки, краны, подъемные машины), но и в бытовых (компрессора холодильников, вентиляторы, пылесосы). Довольно широкое применение получили однофазные и двухфазные асинхронные управляемые электродвигатели, а также сельсины и тахогенераторы асинхронные.

40. Трехфазная асинхронная машина состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор асинхронной машины представляет собой полый цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали,изолированных друг от друга слоем лака а). Три фазные обмотки, возбуждающие вращающееся магнитное поле машины, раз­мещены в пазах на внутренней стороне статора. Чтобы лучше исполь­зовать окружность статора, каж­дая из фазных обмоток распола­гается по нескольким пазам (рас­пределенная обмотка). Распределение обмот­ки по пазам обусловливает соот­ветствующее распределение маг­нитного поля вдоль окружности статора. Для того чтобы распре­делить многовитковую фазную об­мотку по нескольким пазам, ее раз­деляют на соответствующее число соединенных последовательно сек­ций каждая из кото­рых состоит из нескольких витков.

Секции обмотки укладываются в пазы. В асинхронных машинах сердечник статора изготовляется с полуоткрытыми илиоткрытыми пазами. На стороне полуоткрытых пазов преимущество меньшего магнитного сопротивления, следовательно, в двигателе с такими пазами меньше намагничивающий ток. С другой стороны, при открытых пазах проще осуществляется укладка секцийобмотки и надежнее условия для изоляции, что весьма важно для дви­гателей высокого напряжения.

Формула для определения частоты вращения электр.двигателя.

41. Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную.Электронная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, A Посредством четырех валентных электронов, мышьяк установит ковалентные связи c четырьмя соседними атомами кремния. Для пятого валентного электрона не останется пары, и он станет слабо связанным с атомом.Под действием электромагнитного поля, такой электрон легко отрывается, и вовлекается в упорядоченное движение заряженных частиц (электрический ток). Атом, потерявший электрон, превращается в положительно заряженный ион с наличием свободной вакансии — дырки.

Несмотря на присутствие дырок в полупроводнике кремния с примесью мышьяка, основными носителями свободного заряда являются электроны. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник с электронной проводимостью — полупроводником N-типа. Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены трехвалентные атомы (например, атомы индия). Индий установит ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами кремния. Для четвертого «соседа», у индия не хватает одного электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов кремния.

Атом индия превратиться в негативно заряженный ион, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия (дырка). В свою очередь, на это место может перескочить электрон из соседней ковалентной связи. В результате получается хаотическое блуждание дырок по кристаллу.

Если поместить полупроводник в электромагнитное поле, движение дырок станет упорядоченным, т.е. возникнет электрический ток. Таким образом, обеспечивается дырочная проводимость. Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником P-типа.

42. Работа большинства полупроводниковых приборов основана на использовании p-n-перехода. Физически это приконтактный слой толщиною в несколько микрон разновесных кристаллов.

На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела.

Приложим внешнее напряжение плюсом к p-области. Внешнее электрическое поле направлено навстречу внутреннему полю p-n перехода, что приводит к уменьшению потенциального барьера. Основные носители зарядов легко смогут преодолеть потенциальный барьер, и поэтому через p-n переход будет протекать сравнительно большой ток, вызванный основными носителями заряда.

Такое включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область, а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению потенциального барьера и ширины p-n перехода. Основные носители заряда не смогут преодолеть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее - являются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обратным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным.

Свойства p-n перехода.

К основным свойствам p-n перехода относятся:

- свойство односторонней проводимости;

- температурные свойства p-n перехода;

- частотные свойства p-n перехода;

- пробой p-n перехода.

4 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД - полупроводниковый прибор с двумя электродами, обладающий односторонней проводимостью. К полупроводниковым диодам относят обширную группу приборов с p-n-переходом, контактом металл - полупроводник и др. Наиболее распространены электропреобразовательные (выпрямительные) полупроводниковые диоды. Служат для преобразования и генерирования электрических колебаний. Один из основных современных электронных приборов. Принцип действия полупроводникового диода: В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя сопротивление очень велико и ток перекрыт. Устройство данного элемента состоит всего из двух слоев полупроводника, в роли которого часто используют германий либо кремний. Первый из них обладает электропроводимостью n-типа (негатив), а второй – электропроводимостью p-типа (позитив). На их границе образуется так называемый «p-n»-переход. При этом зона «р» выступает в качестве анода, а область «n» - в роли катода. Благодаря такому устройству полупроводниковый диод содержит в себе свободные частицы противоположных зарядов. В слое «р» имеются положительные ионы, которые называют «дырками», а в слое «n» – отрицательно заряженные свободные электроны.

44.у стройство и принцип действия

Транзистор – электронный полупроводник, состоящий из 3 электродов, одним из которых является управляющий. Транзистор биполярного типа отличается от полярного наличием 2 типов носителей заряда (отрицательного и положительного).

Отрицательные заряды представляют собой электроны, которые высвобождаются из внешней оболочки кристаллической решетки. Положительный тип заряда, или дырки, образуются на месте высвобожденного электрона.

Устройство биполярного транзистора (БТ) достаточно простое, несмотря на его универсальность. Он состоит из 3 слоев проводникового типа: эмиттера (Э), базы (Б) и коллектора (К).

Эмиттер (от латинского “выпускать”) – тип полупроводникового перехода, основной функцией которого является инжекция зарядов в базу. Коллектор (от латинского “собиратель”) служит для получения зарядов эмиттера. База является управляющим электродом.