- •Электрические цепи
- •Анализ электрических цепей. Анализ цепей постоянного тока.
- •1.Определение электротехника.
- •2. Цепи постоянного тока.
- •Определение и временная диаграмма постоянного тока.
- •Элементы электрических цепей.
- •Параметры элементов.
- •5. Классификация электрических схем.
- •6. Топографические параметры схем замещения. Топографические параметры схем замещения.
- •Ход лекции:
- •Условно положительные направления тока, напряжения и эдс
- •Для простых цепей.
- •Для сложных схем с двумя и более источниками питания.
- •Режимы работы электротехнических устройств.
- •Основные законы электрических цепей.
- •Эквивалентное преобразование сопротивления.
- •Расчёт простых цепей постоянного тока методом эквивалентных преобразований сопротивлений.
- •Анализ сложных цепей постоянного тока.
- •Расчёт методом применения закона Кирхгофа.
- •Расчёт методом контурных токов.
- •Расчёт методом суперпозиции.
- •Расчёт методом узловых напряжений.
- •V. Метод эквивалентного генератора.
- •Цепи однофазного переменного тока.
- •Способы представления переменного синусоидального тока и напряжения.
- •Определение схем замещения по заданным векторным диаграммам токов и напряжений.
- •3. Конденсатор в цепи синусоидального тока
- •Анализ цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм
- •Расчёт электрического состояния цепи с последовательным соединением элементов l, r, c.
- •Расчёт цепи с параллельным соединением r, l, c элементов
- •Мощность цепи синусоидального тока.
- •Коэффициент мощности и пути его улучшения.
- •Расчёт цепей с взаимосвязанными катушками индуктивности.
- •Трёхфазные цепи
- •Определение трёхфазной системы и её преимущество
- •Принцип получения трёхфазной системы эдс.
- •Способы представления.
- •Схемы соединения элементов трёхфазной системы.
- •Условно положительные направления величин.
- •Основные соотношения между напряжениями.
- •Анализ режимов работы трёхфазных нагрузок.
- •I. Соединение по схеме звезда с нейтральным проводом
- •II. Соединение трёхфазной нагрузки звездой без нейтрального провода (симметричная нагрузка).
- •III. Симметричная нагрузка, включённая по схеме «треугольник»
- •IV. Аварийные режимы при соединении нагрузки звездой.
- •Магнитные цепи
- •Основные физические явления, лежащие в основе принципа действия электромагнитных аппаратов.
- •Основные параметры магнитного поля.
- •Поведение веществ в магнитном поле.
- •IV. Определение магнитных цепей и их классификация.
- •Основные законы, используемые при расчёте магнитных цепей.
- •Расчёт магнитной цепи постоянного тока. Решение прямой задачи.
- •Машины постоянного тока.
- •Область применения. Достоинства и недостатки.
- •Устройство мпт.
- •Принцип действия
- •Классификация мпт по способу возбуждения.
- •Потери мощности и кпд мпт
- •Двигатели постоянного тока
- •Двигатель параллельным возбуждением
- •Двигатель с последовательным возбуждением. (Сериесный дпт)
- •Компаудный дпт (Смешанное возбуждение)
- •Однофазный трансформатор
- •Классификация и область применения.
- •Электрическая схема и принцип действия.
- •III. Полная схема замещения трансформатора.
- •Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформаторов.
- •Опыт при холостом ходе.
- •Опыт короткого замыкания.
- •Упрощенная схема замещения трансформатора и внешняя характеристика.
- •Потери мощности и кпд трансформатора.
- •Машины переменного тока.
- •Асинхронный двигатель.
- •I. Устройство и условное обозначение на схемах.
- •II. Получение вращающегося магнитного поля и принцип действия ад.
- •III. Схема замещения и векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •IV. Электромагнитный момент
- •V. Механическая характеристика
- •VI. Способы пуска
- •VII. Регулирование частоты вращения двигателя
- •VIII. Однофазный асинхронный двигатель
- •Синхронные машины
- •Назначение, преимущество и недостатки.
- •Устройство Синхронной машины
- •Принцип действия и режимы работы синхронной машины
Определение схем замещения по заданным векторным диаграммам токов и напряжений.
. 1. Резистор в цепи синусоидального тока
Если синусоидальное напряжение (рис. 2.6 а) подключить к резистору с сопротивлением , то через него будет протекать синусоидальный ток
(2.7)
Следовательно, напряжение на зажимах и ток, проходящий через резистор, имеют одинаковую начальную фазу, или, как говорят, совпадают по фазе – они одновременно достигают своих амплитудных значений и соответственно одновременно проходят через нуль (рис. 2.6 б, в).
Разность начальных фаз двух синусоид называют углом сдвига фаз. В данном случае угол сдвига фаз между напряжением и током равен нулю
. (2.8)
Амплитуды и действующие значения тока и напряжения связаны законом Ома
; .
Рис. 2.6
Протекание тока через резистор сопровождается потреблением энергии от источников. Скорость поступления энергии характеризуется мощностью. Мгновенная мощность, потребляемая резистором
, (2.9)
изменяется с угловой частотой, удвоенной по сравнению с частотой напряжения и тока. Мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и составляющую , изменяющуюся с частотой (рис. 2.6 г). Так как и совпадают по фазе, т.е. всегда имеют одинаковый знак, то их произведение всегда положительно, следовательно, > 0.
Среднее значение мгновенной мощности за период
(2.10)
называется активной мощностью и измеряется в ваттах. В данном случае активная мощность
. (2.11)
Отсюда активное сопротивление
. (2.12)
Известно, что сопротивление проводника переменному току больше, чем постоянному, вследствие явления поверхностного эффекта.
2. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
Индуктивная катушка как элемент схемы замещения реальной цепи синусоидального тока дает возможность учитывать при расчете явление самоиндукции и явление накопления энергии в ее магнитном поле. Пусть в цепь переменного тока (рис 2.7 а) включена катушка с бесконечно малым сопротивлением провода = 0. Непрерывное во времени изменение тока вызывает появление в витках катушки ЭДС самоиндукции. В соответствии с правилом Ленца эта ЭДС противодействует изменению тока.
Допустим, ток через катушку изменяется по закону
.
В этом случае ЭДС самоиндукции
.
Поэтому напряжение на катушке
.
Сравнивая формулы (2.13) и (2.15), можно сделать вывод о том, что напряжение на катушке опережает ток на угол или ток отстает от напряжения по фазе на угол (рис 2.7 б). Угол сдвига фаз в этом случае положительный (рис. 2.7 в) .
Параметр цепи – индуктивное сопротивление, имеющее размерность Ом. Оно зависит от частоты и представляет собой величину, с помощью которой учитывается явление самоиндукции.
Из анализа (2.14) видно, что амплитуды напряжения и тока связаны законом Ома:
.
Аналогично для действующих значений
.
Мгновенная мощность цепи с катушкой
. (2.16)
Из графика (рис 2.7 г), построенного по уравнению (2.16), видно, что за первую четверть периода, когда > 0 и > 0, площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс, пропорциональна энергии, потребляемой катушкой на создание магнитного поля. Во вторую четверть периода (ток убывает от максимума до нуля) энергия магнитного поля катушки передается источнику питания. При этом мгновенная мощность отрицательна, а процесс повторяется. Таким образом, происходит колебание энергии между источником и катушкой, причем активная мощность, поступающая в катушку, равна нулю. Амплитуду колебания мгновенной мощности в цепи с катушкой называют реактивной (индуктивной) мощностью
.
Реактивную мощность в отличие от активной мощности измеряют в вар (вольт-ампер реактивный).