2 Применение источников постоянного тока в кабельной и или конденсаторной электротехнике 9

• Название: 2 Применение источников постоянного тока в кабельной и или конденсаторной электротехнике 9
• Дата: 25.12.2021
• Размер: 46.92 Kb.
• Имя файла: istochnikov_postoiannogo_toka_v_kabelnoi_ili_kondensatornoi_elek.docx
• Тип: Реферат; #318149

Содержание

Введение 3

1 Общие сведения 4

2 Применение источников постоянного тока в кабельной и/ или конденсаторной электротехнике 9

Заключение 12

Список использованной литературы 13

Введение

Актуальность работы. В современной электроэнергетике в основном используется переменный ток, но также широко применяется постоянный ток. Это связано с преимуществами постоянного тока, которые сделали его незаменимым при решении многих практических задач. Итак, среди электрических машин двигатели постоянного тока занимают особое положение. Двигатели постоянного тока позволяют плавно регулировать скорость вращения в любых пределах, создавая при этом большой пусковой момент.

Это свойство двигателей постоянного тока делает их незаменимыми в качестве тяговых двигателей городского и железнодорожного транспорта (трамвай, троллейбус, метро, ​​электровоз, тепловоз). Двигатели постоянного тока также используются в электроприводе некоторых металлорежущих станков, прокатных станов, подъемно-транспортных машин, экскаваторов. Постоянный ток также используется для питания электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, оборудования для управления и контроля, а также для зарядки аккумуляторов.

Эту мощность обеспечивают генераторы постоянного тока, обычно приводимые в действие асинхронными и синхронными двигателями переменного тока. Однако генераторы часто заменяют выпрямителями (на основе полупроводниковых диодов и тиристоров), а постоянный ток получается из переменного тока.

Цель работы – рассмотреть применение источников постоянного тока в кабельной и/ или конденсаторной электротехнике.

1 Общие сведения

Постоянный ток (DC) - это однонаправленный поток электрического заряда. Электрохимическая ячейка является ярким примером мощности постоянного тока. Постоянный ток может течь через проводник, такой как провод, но также может течь через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках. Электрический ток течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока (AC). Термин, ранее использовавшийся для обозначения этого типа тока, был гальваническим током [1].

Аббревиатуры AC и DC часто используются для обозначения просто переменного и постоянного, поскольку они изменяют ток или напряжение [2].

Постоянный ток может быть преобразован из источника переменного тока с помощью выпрямителя, который содержит электронные элементы (обычно) или электромеханические элементы (исторически), которые позволяют току течь только в одном направлении. Постоянный ток можно преобразовать в переменный через инвертор.

Постоянный ток имеет множество применений, от зарядки аккумуляторов до больших источников питания для электронных систем, двигателей и многого другого. Очень большое количество электроэнергии, поступающей от постоянного тока, используется при выплавке алюминия и других электрохимических процессах. Он также используется на некоторых железных дорогах, особенно в городских районах. Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи большого количества энергии от удаленных объектов генерации или для соединения электрических сетей переменного тока.

Термин «постоянный ток» используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, и для обозначения постоянного, нулевого или медленно меняющегося местного среднего значения напряжения или тока [3]. Например, напряжение на источнике постоянного напряжения постоянно, как и ток через источник постоянного тока. Решение для электрической цепи постоянного тока - это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму составляющей постоянного тока и изменяющейся во времени составляющей с нулевым средним значением; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», DC часто означает «постоянная полярность». Согласно этому определению, напряжения постоянного тока могут изменяться во времени, что видно по необработанному выходному сигналу выпрямителя или колебаниям голосового сигнала на телефонной линии.

Некоторые формы постоянного тока (например, вырабатываемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но могут иметь изменения в выходной мощности и токе.

Цепь постоянного тока - это электрическая цепь, которая состоит из любой комбинации источников постоянного напряжения, источников постоянного тока и резисторов. В этом случае напряжения и токи в цепи не зависят от времени. Конкретное напряжение или ток в цепи не зависит от прошлого значения напряжения или тока в цепи. Это означает, что система уравнений, представляющая цепь постоянного тока, не включает интегралы или производные по времени.

Если к цепи постоянного тока добавляется конденсатор или катушка индуктивности, полученная цепь, строго говоря, не является цепью постоянного тока. Однако большинство таких схем имеют решение постоянного тока. Это решение выдает напряжения и токи в цепи, когда цепь находится в установившемся режиме постоянного тока. Такая схема представлена ​​системой дифференциальных уравнений. Решение этих уравнений обычно содержит изменяющуюся во времени или переходную часть, а также постоянную или установившуюся часть. Именно эта часть установившегося состояния и является решением постоянного тока. Есть некоторые схемы, которые не имеют решения по постоянному току. Двумя простыми примерами являются источник постоянного тока, подключенный к конденсатору, и источник постоянного напряжения, подключенный к катушке индуктивности.

Выполняется работа по накоплению заряда в конденсаторе. Каждый дополнительный накопленный электрон должен преодолевать отталкивающую силу, вызванную ранее накопленным зарядом. Накопление энергии увеличивается пропорционально квадрату напряжения на конденсаторе. Эту значительную энергию часто можно использовать позже.

Конденсаторы, используемые в качестве резервуаров энергии, могут передавать очень крошечные или очень мощные импульсы энергии, в зависимости от их размера. Конденсатор также может разряжаться или перезаряжаться быстро или медленно, в зависимости от области применения. Конденсатор является пассивным устройством, поэтому его можно перезарядить только от какого-либо источника питания. Источник питания должен быть достаточно большим, чтобы обеспечивать среднюю энергию, необходимую для цикла заряда-разряда рассматриваемого конденсатора. В недорогих усилителях звука могут использоваться конденсаторы большой емкости для обеспечения пиковых значений мощности, требуемых время от времени при возникновении громких звуков. Тихие интервалы позволяют конденсатору перезарядиться до следующего скачка мощности.

Конденсатор эффективно проводит переменный ток, даже если электроны не переходят с одной пластины на другую. Переменный ток, который проходит через конденсатор, на самом деле является током заряда и разряда, возникающим в результате постоянно меняющегося напряжения на конденсаторе. Сопротивление конденсатора АА переменному току называется реактивным сопротивлением. Более высокая емкость приводит к меньшему реактивному сопротивлению, а более высокие частоты приводят к более низкому реактивному сопротивлению. Идеальная емкость проявляется как чисто реактивная (не резистивная) нагрузка в цепи переменного тока. Однако все реальные конденсаторы имеют индуктивность и сопротивление, а также емкость.

В цепи постоянного тока последовательный конденсатор пропускает только один импульс зарядного тока при изменении напряжения цепи. Зарядный ток быстро падает почти до нуля, когда конденсатор заряжается от источника постоянного напряжения. Конденсаторы иногда используются в цепях, чтобы противостоять постоянному току. Они могут блокировать постоянный ток, одновременно пропуская наложенные переменные токи. Блокировочный конденсатор обычно используется для разделения компонентов переменного и постоянного тока.

Диэлектрики - это изоляционные материалы, используемые между проводящими пластинами конденсаторов. Диэлектрики увеличивают емкость или обеспечивают лучшую изоляцию между пластинами. Диэлектрические материалы обладают очень низкой способностью проводить электрический заряд. Обычно применяемыми диэлектриками являются майлар, бумага, слюда и керамика. Когда требуется чрезвычайно высокая емкость, в качестве диэлектрика используется тонкая пленка оксида алюминия на протравленных алюминиевых пластинах.

У диэлектриков есть свойство, называемое поляризуемостью. Диэлектрик, помещенный в электрическое поле, кажется, имеет электрический заряд на своей поверхности, даже если изолятор остается электрически нейтральным. Каждая из молекул диэлектрика растягивается, когда электрическое поле заставляет ее отрицательные заряды притягиваться к положительно заряженной пластине конденсатора, а положительные заряды молекулы притягиваются к отрицательной пластине. Эта поляризационная деформация заставляет каждую молекулу диэлектрика действовать как источник напряжения. Эти напряжения складываются последовательно, как и напряжение от нескольких ячеек, составляющих батарею в фонарике. Фантомный заряд появляется на каждой поверхности диэлектрика, компенсируя большую часть электрического поля, создаваемого настоящими зарядами. Чем больше поляризация, создаваемая диэлектриком, тем большее количество реального заряда конденсатор должен хранить для развития заданного напряжения. Емкость увеличивается в результате диэлектрической поляризации. 

2 Применение источников постоянного тока в кабельной и/ или конденсаторной электротехнике

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания в цепи возникает ток – ток заряда по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение , а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до Uист.



Рисунок 1. – Конденсатор в цепи постоянного тока

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, поскольку он существует на короткое время, то есть, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается, что конденсатор заряжается если напряжение на нем составляет 0,63 от Uист и это происходит за время, равное Τ.

Работа конденсатора в цепи постоянного тока производится при включении и выключении питания. Только в переходные моменты меняется потенциал на обкладках.

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока величина сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Поскольку конденсатор задерживает постоянный ток, но пропускает переменный, отсюда формируются сферы его назначения, например для устройств, в которых нужно убрать постоянную составляющую в сигнале. Совершенно очевидно, что накопитель сопротивляется, а вот мощность на нем не выделяется, поэтому он не греется.

Поскольку электроны отрицательны, а дырки положительны, электроны притягиваются к дыркам. Это заставляет электроны фактически оставаться там. Теперь вы можете удалить батарею, и конденсатор будет удерживать этот заряд.

Вот почему конденсатор может накапливать заряд; электроны притягиваются к оставленным ими дыркам.

Но эта вощеная бумага не идеальный изолятор; это приведет к утечке. Но настоящая проблема возникает, когда у вас накопилось слишком много электронов. Электрическое поле между двумя «пластинами» конденсатора может стать настолько интенсивным, что приведет к разрыву вощеной бумаги, что приведет к необратимому повреждению конденсатора.

На самом деле конденсатор изготавливается не из фольги и вощеной бумаги (больше); они используют лучшие материалы. Но есть также точка «напряжение», при которой изолятор между двумя параллельными пластинами разрушается, разрушая устройство. Это максимальное номинальное напряжение постоянного тока конденсатора.

В цепи постоянного тока положительные заряды собираются на одной пластине, отрицательные — на другой. За счет взаимного тяготения частицы удерживаются в приборе, а диэлектрик между ними не дает соединиться. Самый тонкий диэлектрик – крепче связанные заряды.

Конденсатор берет необходимое для заполнения емкости количество электричества и ток прекращается.

При постоянном напряжении в цепи элемент удерживает заряд до отключения питания. После чего разряжается из-за нагрузки в цепи.

Чтобы понять, как работает накопитель в цепи постоянного тока, нужно добавить в схему лампочку, которая будет загораться только при зарядке, в процессе которой от электротока остается напряжение, настигающее его из-за плавного нарастания. Заряды электричества тратят какое-то время для перемещения к обкладкам, именно это время зарядки, длительность которого определяется частотой и емкостью напряжения. Когда зарядка завершается, лампочка тухнет, и постоянный электроток перестает проходить через пассивный электронный компонент.

Заключение

В настоящее время преимущественно используются сети переменного тока, поэтому в промышленности используются в основном машины переменного тока. При этом широко используются машины постоянного тока, несмотря на то, что их стоимость выше, чем у машин переменного тока. Это связано с тем, что они имеют лучшие рабочие характеристики с точки зрения управления скоростью, запуска, реверса и допускают более высокие перегрузки, чем машины переменного тока.

Широкое использование машин постоянного тока требует большого разнообразия их номинальных характеристик (мощность, скорость, напряжение) и различных конструкций в зависимости от условий их установки и эксплуатации.

В настоящее время машины постоянного тока выпускаются мощностью от долей ватта до 12 МВт. Их номинальное напряжение не превышает 1500 В и лишь иногда для больших машин достигает 3000 В. Частота вращения машин варьируется в широких пределах - от нескольких оборотов до нескольких тысяч оборотов в минуту.

Наибольшее распространение получили машины постоянного тока с механическим коммутатором - коллектором. Коллектор усложняет условия эксплуатации машины, но опыт эксплуатации в самых сложных условиях эксплуатации показал, что правильно спроектированная и качественно изготовленная машина постоянного тока не менее надежна, чем машины переменного тока более простой конструкции.

Список использованной литературы

1. Копылов И.П. Электрические машины: учебник. - 2-е изд., персраб. - М.: Логос, 2000. -607 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

3. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1990. — 672 с.

4. Игнатович В.М., Ройз Ш.С. Электрические машины и трансформаторы: учебное пособие. - 5-е изд., стер. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 147 с.

5. Верхотуров А.И. Электромеханические преобразователи энергии и трансформаторы. Лабораторный практикум: учеб, пособие / А.И. Верхотуров, В.М. Игнатович, В.И. Попов, О.Л. Рапопорт, Т.В. Усачева. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - 152 с.