Основные физические величины, используемые в электротехнике.
Электрический ток. Представляет собой направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов). Измеряется в амперах.
Напряжение. Показывает разницу потенциалов между двумя точками электрической цепи. Измеряется в вольтах.
Сопротивление. Характеризует способность материала препятствовать прохождению электрического тока. Измеряется в омах.
Мощность. Описывает скорость преобразования энергии в электрическом устройстве. Измеряется в ваттах.
Заряд. Является мерой количества электричества. Измеряется в кулонах.
Ёмкость. Определяет способность устройства накапливать электрический заряд. Измеряется в фарадах
Индуктивность. Характеризует свойство проводника создавать магнитное поле при прохождении через него тока. Измеряется в генри
Частота. Показывает число колебаний напряжения или тока в единицу времени. Измеряется в герцах
Реактивное сопротивление. Возникает при наличии ёмкостных и индуктивных элементов в цепи.
Полное сопротивление. Совокупность активного и реактивного сопротивлений.
Коэффициент мощности. Отражает эффективность передачи электроэнергии. Определяется отношением активной мощности к полной мощности.
Эдс источника напряжения. Виды энергии для получения эдс. Эквивалентная схема.
Электродвижущая сила – это физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, обеспечивающих разделение зарядов внутри источника напряжения. Измеряется в вольтах.
Виды энергии для получения ЭДС:
Химическая энергия: химические реакции, происходящие в гальванических элементах и аккумуляторах, приводят к разделению зарядов и возникновению ЭДС.
Пример: свинцово-кислотный аккумулятор.
Механическая энергия: преобразование механической энергии вращения роторов генераторов в электрическую энергию посредством электромагнитной индукции.
Пример: гидроэлектростанции, ветряные турбины.
Тепловая энергия: использование разницы температур для создания термоэлектрического эффекта.
Пример: термопары, применяемые в системах контроля температуры.
Световая энергия: фотогальваническое явление, при котором свет вызывает образование электронно-дырочных пар, создающих ЭДС.
Пример: солнечные батареи.
Ядерная энергия: ядерные процессы деления атомов вызывают выделение тепла, которое затем используется для производства пара и вращения генератора.
Пример: АЭС.
Эквивалентная схема источника напряжения
Состоит из двух частей:
Идеального источника ЭДС – обеспечивает постоянную величину ЭДС независимо от условий нагрузки.
Внутреннего сопротивления – имитирует потери в источнике при передаче энергии.
Классификация элементов электрических цепей r, l, c и их характеристики.
Резистор – элемент, предназначенный для ограничения силы тока путем преобразования части электрической энергии в тепловую. Обозначение: R. Единицы измерения: Ом. Зависит от материала, длины и площади поперечного сечения провода.
Катушка индуктивности – предназначена для накопления энергии в форме магнитного поля. Обозначение: L. Единицы измерения: Генри. Противодействует изменению тока в цепи.
Конденсатор – предназначен для хранения энергии в электростатической форме. Обозначение: C. Единицы измерения: Фарад. Пропускает переменный ток и задерживает постоянный ток.
Резистор в цепи переменного тока., сопротивление и сдвиг фаз между U и I.
.
Сдвиг фаз равен 0.
Индуктивность в цепи переменного тока, индуктивное сопротивление и сдвиг фаз между U I.
.
Ток опережает напряжение на 90
градусов.
Емкость в цепи переменного тока, емкостное сопротивление и сдвиг фаз между U I.
.
Напряжение опережает ток на 90 градусов.
Мощность электрического тока.
Мощность электрического тока – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии (тепло, механическую энергию, световую энергию и др.). Измеряется в ваттах.
Метод комплексных амплитуд для расчета цепей переменного тока.
Метод комплексных амплитуд – это эффективный способ анализа линейных электрических цепей, работающих на синусоидальном переменном токе. Данный метод упрощает расчеты благодаря представлению всех переменных сигналов (напряжений и токов) в комплексной форме, позволяющей легко применять законы Кирхгофа и методы контурных токов, узловых потенциалов и наложения.
Векторные диаграммы для LR цепей. Модуль реактивного сопротивления и сдвиг фаз.
.
.
Векторные диаграммы для RC цепей. Модуль реактивного сопротивления и сдвиг фаз.
.
.
Векторная диаграмма для RLC цепи.
.
.
Построение векторных диаграммы токов и напряжений в LRC цепях.
.
;
;
.
Законы Кирхгофа в комплексной форме.
.
.
Мощность в цепи переменного тока. Активная, реактивная и полная мощности. Треугольник мощностей.
.
.
.
.
Резонанс в электрической RLC цепи. Условия возникновения резонанса напряжения. Векторная диаграмма. Признаки резонанса напряжения.
Резонанс в электрической цепи – явление, при котором частота внешнего воздействия совпадает с собственной частотой колебательного контура, образованного индуктивностью и ёмкостью системы.
Условия возникновения резонанса напряжений:
Возникновение резонанса напряжений происходит при условии компенсации реактивных сопротивлений в цепи. Именно это создаёт условия для появления больших напряжений на реактивных элементах.
.
Векторная диаграмма.
Признаки резонанса напряжений:
.
Ток максимальный. Сдвиг фаз между
и
равен 0.
равен
по модулю.