1. Цель работы

Изучить основные понятия и определения в электроэнергетике.

2. Программа работы.

1. Изучить теорию и подготовиться к выполнению работы.

2. Выполнить задание к лабораторной работе.

3. Подготовить отчет о проделанной работе с ответами на контрольные вопросы

3. Краткие теоретические сведения.

В основе теории электрического поля лежит закон Кулона: два заряженных тела бесконечно малых размеров (два точечных заряда) отталкиваются, если заряды их одноименные, и притягиваются, если они разноименные, причем сила их взаимодействия F определяется формулой:

F = ,

где е₁ и е₂ – заряды тел; R₁₂ – расстояние между ними.

Если зарядов не два, а больше, то на каждый будут действовать со стороны всех остальных зарядов силы F, которые определяются по этой же формуле. Если заряды помещены в воздух, керосин или какую-то другую среду, то, помимо непосредственного взаимодействия зарядов е₁ и е₂ друг с другом по закону Кулона, необходимо учитывать также и взаимодействие этих зарядов с зарядами электронов и атомов ядер, входящих в состав нейтральных молекул среды.

За абсолютную единицу электричества принимают такое количество, которое действует на равное ему количество электричества, находящееся на расстоянии 1 см с силой в 1 дину.

Изучение электрических явлений облегчается, если исходить из того, что как в определенной точке поля, так и во всех точках пространства, окружающего заряд е, всегда существует электрическая сила. В таком случае можно говорить о существовании электрического поля. Силы электрического поля будут определены, если определена в каждой точке поля сила, действующая на помещенный в ней единичный положительный заряд. Для оценки силового действия электрического поля каждую его точку характеризуют напряженностью поля.

Сила, действующая на заряд называется напряженностью или напряжением или силой электрического поля и обозначается буквой Е:

Е = ,

где – R – радиус вектор, проведенный из заряда е в рассматриваемую точку поля.

Напряженность поля характеризуется не только величиной, но и направлением. Напряженность поля – это вектор.

Электрическое поле графически изображается линиями напряженности электрического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, т.е. являются незамкнутыми.

Для характеристики электрического поля вводят понятие потенциала электрического поля. Разность потенциалов между двумя точками электростатического поля равна взятой с обратным знаком работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из первой точки во вторую. Зная работу можно определить только разность потенциалов.

Сила электрического поля перемещает положительные заряды всегда от точек с более высоким потенциалом к точкам с меньшим потенциалом.

Алгебраическая разность потенциалов двух точек называется напряжением между этими точками:

U₁₂ = φ₁ - φ₂,

где U₁₂ – напряжение между точками 1 и 2 электрического поля, В.

φ₁ и φ₂ – потенциалы точек 1 и 2 электрического поля, В.

Свободные электроны проводника будут испытывать на себе действие сил электрического поля и перемещаются вдоль металлического проводника от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом, т.е. навстречу полю с некоторой средней скоростью υ_э. То есть внутри проводника возникает электрический ток, причиной которого явилось электрическое поле. Электрический ток – это явление упорядоченного движения заряженных частиц. Мерой интенсивности движения электрических зарядов в проводниках является величина тока:

І = ,

где t – время, за которое протекает количество электричества q по проводнику.

За единицу тока принимается 1 Ампер.

1 Ампер = .

Плотность тока – это ток, приходящий на единицу площади поперечного сечения проводника:

j = .

Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью.

Основным свойством проводящих веществ или проводников является их высокая электропроводность.

Изоляторами (диэлектриками) называются вещества, в которых при нормальных условиях (невысокие температуры и отсутствие сильных электрических полей) имеется ничтожное количество свободных электрически заряженных частиц; вследствие этого они обладают ничтожной электропроводностью.

Постоянный электрический ток – ток, который с течением времени не изменяется по своей величине.

Свободные электроны, перемещаясь вдоль проводника, на своем пути «сталкиваются» с атомами молекул вещества и при этом отдают часть своей энергии. Противодействие, которое оказывает проводник проходящему через него электрическому току, называется электрическим сопротивлением или просто сопротивлением R.

[ R] = Ом

1 Ом = .

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.

R = ρ ,

где R – сопротивление проводника, Ом; ρ – коэффициент пропорциональности, удельное сопротивление материала проводника, (Ом ·м²)/м; l – длина проводника, м; S – площадь сечения проводника, м².

Зависимость между током I, напряжением U и сопротивлением R на участке цепи была впервые установлена в 1827 году немецким физиком Омом и была названа законом Ома.

I = ,

где I – ток, А; U – напряжение, В; R – сопротивление, Ом.

Переменным током называется такой ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя свое направление в цепи неизменным.

Величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени, называется мгновенным значением переменного тока.

Максимальное мгновенное значение переменного тока, которое он достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой тока.

Время Т (с), в течение которого переменный периодический ток совершает полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине, называется периодом переменного тока.

Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока:

f = [= Гц ] .

За стандартную частоту переменного тока принята частота f = 50 Гц.

Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей ее состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчетов режимов применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность. Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи она выражается формулой:

S = I∙U,

где I – ток в одной фазе, А; U – линейное напряжение, В.

Активная мощность трехфазного переменного тока определяется по формуле:

Р = I∙U∙cosφ.

Множитель cosφ называется коэффициентом мощности. Угол φ указывает сдвиг по фазе тока и напряжения.

На основании этих выражений полная мощность S представляется гипотенузой прямоугольного треугольника, один катет которого представляет активную мощность Р = S∙ cosφ, а другой реактивную

Q = S∙ sinφ.

Реактивная мощность находится также из выражения:

Q = Р∙tqφ ,

где tqφ – коэффициент реактивной мощности.

Рис. 1. Треугольник мощностей.

Следует помнить об условности толкования Q как мощности. Только активная мощность и энергия могут совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического полей.