Тема 1Питання 1

Генератор постійного струму — електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну. Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили в обмотці ротора (якоря), при його обертанні в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах. Обмотка ротора з'єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ерс на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, підключаючи обмотку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) і з залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх при повному навантаженні — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення постійного струму електродвигунів, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.

Рис. 1. Схеми машин постійного струму (пускові й регулювальні реостати не показано):

а — з незалежним збудженням; б — з паралельним збудженням; в — з послідовним збудженням; г — зі змішаним збудженням

Тема 1Питання 2

Електричним ланцюгом називають сукупність пристроїв та об'єктів, що утворюють шлях для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою понять про ЕРС, струмі й напрузі.

Елемент електричного кола, параметри якого (опір тощо) не залежать від струму в ньому, називають лінійним, у противному випадку - нелінійним.

Лінійна електричний ланцюг - ланцюг, всі елементи якої є лінійними.

Нелінійна електричний ланцюг - ланцюг, що містить хоча б один нелінійний елемент.

Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці - два основних способи з'єднання елементів електричного кола. При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка кола не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі вхідні в коло елементи об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами. При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова.

При послідовному з'єднанні провідників сила струму в будь-яких частинах кола одна й та ж:

Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів

При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що поєднують елементи кола, однакове для всіх елементів. При цьому величина, зворотня загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.ппп

Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках:

Напруга на ділянках кола і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників одна й та ж:

Опір ділянки визначається із рівняння і є сумою провідностей

В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де — електрорушійна сила, R — опір навантаження, r -внутрішній опір джерела струму.

Закони Кіргофа

Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебрична сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю:

Перше правило Кірхгофа є наслідком закону збереження заряду. Для неперервно розподілених струмів у просторі воно відповідає рівнянню неперервності.

Другий

Для будь-якого замкнутого контура проводів сума електрорушійних сил дорівнює сумі добутків сил струму на кожній ділянці контура на опір ділянки, враховуючи внутрішній опір джерел струму.

Математично друге правило Кірхгофа записується так:

Метод контурних струмів

За допомогою законів Кірхгофа можна провести розрахунки процесів будь- якого електричного кола. Але дуже суттєвим недоліком цього методу є велика кількість рівнянь для складних схем та трудомісткість обчислень.

За методом контурних струмів для розрахунків режиму складного кола можна обмежитись розв’язанням лише (l-n+1) рівняння. Таким чином, метод є більш економічним порівняно з методом законів Кірхгофа, тому що потребує складання та розв’язання значно меншої кількості рівнянь (особливо це відчувається при аналізі схем з великою кількістю вузлів).

Метод вузлових потенціалів

За невідомі приймають потенціали вузлів схеми. Струми віток визначають за законом Ома. Таким чином, метод вузлових потенціалів грунтується на використанні першого закону Кірхгофа та закону Ома. Кількість рівнянь вихідної системи дорівнює (n - 1), де n – кількість вузлів схеми.

Метод еквівалентного генератора

У практичних розрахунках часто немає потреби знати режими роботи всіх елементів складного кола, проте ставиться завдання дослідити режим роботи однієї певної вітки.

Для визначення струму, напруги, потужності цієї вітки скористаємося одним з раніш описаних методів розрахунку.

При розрахунку складного електричного кола доводиться виконувати значну обчислювальну роботу навіть тоді, коли треба визначити струм в одній вітці. Обсяг цієї роботи в кілька разів збільшується, якщо необхідно встановити зміну струму, напруги, потужності при зміні опору цієї вітки, оскільки обчислення треба виконувати кілька разів, беручи різні значення опору.

Такі розрахунки значно спрощуються при використанні методу еквівалентного генератора.