Лекции. Лекции для помощника машиниста тепловоза и электровоза. Изучения курса
 Скачать 1.11 Mb.
|
|
Электрические цепи переменного тока. Цепи переменного тока с активным сопротивлением.  . .Закон Ома для цепи переменного тока, тот же что и для цепи переменного тока, содержащей сопротивление r. Сопротивление проводников переменному току несколько больше их сопротивления постоянному току. Примечание: это объясняется тем, что при переменном токе наблюдается неравномерное распределение тока по сечению проводника, так как плотность тока будет возрастать от оси к поверхности проводника. Однако, при f = 50 Гц, небольшом сечении и медных или алюминиевых проводах, это сказывается слабо. При высокой частоте, большом сечении и стальных проводах оно значительное. Поэтому сопротивление проводников переменному току называется активным, в отличие от сопротивления, которое оказал бы этот проводник при постоянном токе. Обозначается оно также, буквой r. В цепи, представленной на рисунке, приложенное внешнее напряжение компенсирует падение напряжения в сопротивлении r, которое называется активным падением напряжения и обозначается  .  . Рис. 3.3.1.2.1. Графики и векторная диаграмма для цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление.  (угол поворота), где - угловая частота,  .Так как,  , то  .Формула активной мощности цепи переменного тока (с активным сопротивлением) такая же, как формула мощности для цепи постоянного тока  , Вт или  , Вт.В цепях при постоянном токе, активным сопротивлением обладают все проводники. В цепи переменного тока только одним активным сопротивлением обладают нити ламп накаливания, спирали электронагревательных приборов и реостатов, дуговые лампы, специальные фибилярные обмотки и прямолинейные проводники небольшой длины. Цепь переменного тока с индуктивностью. Переменный ток, проходя по виткам катушки, создает переменное магнитное Полею Магнитные нити этого поля, пересекая витки своей же катушки, индуктируют в них э. д. с. самоиндукции.   L – катушка с индуктивностью без стального сердечника Цепь переменного тока, содержащая индуктивность. Формула закона Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивность  ; где  - индуктивное сопротивление цепи (реактивное сопротивление индуктивности), Ом.  - напряжение, приложенное к зажимам цепи, содержащей индуктивность, В. Индуктивное сопротивление равно произведению индуктивности L на угловую скорость . .Пример: Катушка с индуктивностью 0,052 Гн (Генри), ток в цепи 50 Гц. Чему равно индуктивное сопротивление?  Ом.Реактивная мощность  ; где  - ток в квадрате, - индуктивное сопротивление.Цепь переменного тока, содержащая емкость (конденсатор). После того, как конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника, кратковременный ток в цепи прекратится. Формула закона Ома для цепи переменного тока, содержащая емкость, имеет вид:  ; где  - емкостное сопротивление. ; где - угловая скорость,с – величина емкости конденсатора (фарад, микрофарад). С увеличением частоты емкостное сопротивление уменьшается. Пример: Определить сопротивление конденсатора емкостью 5 мкФ при частоте 50 Гц.  Ом.Реактивная мощность цепи с емкостью  .Рассмотрим электрическую цепь с активным и индуктивным сопротивлениями и измерительными приборами.  Если подключить эту цепь к постоянному напряжению U = 120 В, то поскольку индуктивное сопротивление = 0 (при постоянном токе), в цепи остается одно активное сопротивление r и тогда: , амперметр покажет 5 А.Мощность P = I * U = 5 * 120 = 600 Вт. Подключим к переменному напряжению U = 120 В. В этом случае  Ом (сумма сопротивлений)Ток в цепи  .Мощность, идущая на нагрев  Вт или Вт.Полная мощность  Вт.Следовательно, генератор выдает полную мощность 480 Вт, но в самой цепи только активная мощность P = 384 Вт безвозвратно образуется в тепло. Отсюда видно, что цепь переменного тока, содержащая наряду с активным сопротивлением индуктивное, из всей получаемой его энергии, только часть расходует на тепло. А остальная часть – реактивная энергия – то поступает в цепь от генератора и запасается в магнитном поле катушки, то возвращается обратно генератору. Коэффициентом мощности, или “косинусом фи” (cos φ), цепи называется отношение активной мощности (P) к полной мощности (S)  .Основными потребителями электрической энергии являются электродвигатели, машины, электронагревательные приборы. Все они потребляют активную мощность, которую преобразуют в механическую работу и тепло. Электродвигатели потребляют также реактивную мощность (которая совершает колебательные движения от источника к двигателю и обратно). У ламп и электрических печей сопротивления S = P и cosφ = 1. У электродвигателей  и cosφ ≤ 1. Это означает, что при тех же значениях активной мощности P и напряжения U нагрузочный ток электродвигателей больше, чем у электрических ламп.Отсюда видно, какое важное значение имеет величина cosφ в электроэнергетических установках. Для повышения коэффициента мощности промышленных установок, на которых преобладающая часть потребителей – электродвигатели, параллельно им включают конденсаторы, то есть добиваются резонанса токов, при котором cosφблизок к 1. МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитный поток создается намагничивающей силой и, в зависимости от конструкции магнитной цепи, проходит по тому пути, который ему предназначен для выполнения работы (рабочий поток) с частичным рассеиванием по воздуху. Таким образом, общий магнитный поток, который должна создать обмотка возбуждения электромагнита, равен сумме рабочего потока и потока рассеяния.  Для расчета магнитной цепи, ее разбивают на участки, имеющие одинаковые поперечные сечения и однородный материал, и для каждого участка определяют величину магнитной индукции по формуле Магнитная индукция -  ; где Ф – магнитный поток (мкс),S – площадь поперечного сечения участка магнитной цепи (мм  ).Магнитные материалы. По характеру магнитных свойств, все вещества можно разделить на две группы: ферромагнитные вещества, магнитная проницаемость которых велика: железо, сталь, чугун, никель, кобальт и некоторые сплавы (алюминия с никелем и др.) немагнитные вещества, магнитная проницаемость которых незначительно отличается от магнитной проницаемости пустоты: алюминий, медь, олово, ртуть, серебро, дерево, вода и др. Ферромагнитные материалы имеют очень важное значение в электротехнике и радиотехнике. Эти материалы (в основном сталь), благодаря большой магнитной проницаемости, получили широкое применение в различных электромагнитах, электрогенераторах, электродвигателях, трансформаторах, электроизмерительных приборах, реле и т.д. Электромагнитная индукция. При изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией (“индукция” означает “наведение”). Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока – изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током. Индуктивность – физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Если в проводящем контуре течет ток, то ток создает магнитное поле. Величина магнитного потока, пронизывающего контур, связана с величиной тока следующим образом:  .В случае катушки состоящей из N витков:  ,где L – индуктивность катушки,  - сумма магнитных потоков через все витки.Ψ называют потокосцеплением или полным магнитным потоком. Если поток, пронизывающий каждый из витков одинаков, то Ψ = NФ. Коэффициент пропорциональности L называется коэффициентом самоиндукции контура или индуктивностью. В системе СИ индуктивность измеряется в генри, сокращенно Гн, в системе СГС – в сантиметрах (1 Гн = 10  см).Символ L, используемый для обозначения индуктивности, был взят в честь Ленца Эмилия Христиановича (Heinrich Friedrich Emil Lenz). Единица измерения индуктивности названа в честь Джозефа Генри (Joseph Henry). Сам термин индуктивность был предложен Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside) в феврале 1886 года. Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукции в контуре, возникающая при изменении в нем тока:  .При заданной силе тока индуктивность определяет энергию магнитного поля тока:  .Практически участки цепи со значительной индуктивностью выполняют в виде катушек индуктивности. Свойства индуктивности. Индуктивность всегда положительна; Индуктивность зависит только от геометрических свойств контура. 3.3.1.4. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА. К химическим источникам тока относятся также источники, в которых электрический ток получен в результате химических реакций: гальванические элементы, угольно-цинковые элементы с деполяризатором, электрические аккумуляторы (свинцовые, щелочные). Я думаю, что вам о них все хорошо известно и знаете как за ними “ухаживать” в эксплуатации, какие виды соединений можно проводить, в какой последовательности и т.д. Если есть вопросы, задавайте? (2 часа) 3.3.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРАВИЛ УСРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК. 3.3.2.1. ТЕРМИНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ. Токоведущая часть – проводящая часть электроустановок, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник. Открытая проводящая часть – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, формально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции (например: металлический корпус электродвигателя). Сторонняя проводящая часть – проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки (например, металлические трубы отопления). Прямое прикосновение – электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением. Косвенное прикосновение – электрический контакт людей или животных с открытыми (токоведущими) проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Сверхнизкое (малое) напряжение – напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока. Автоматическое отключение питания – автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в цепях безопасности. Уравнивание потенциалов – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. 3.3.2.2. БУКВЕННО-ЦИФРОВЫЕ И ЦВЕТОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ. В электроустановках должна быть обеспечена возможность легкого распознавания частей, относящихся к отдельным элементам (простота и наглядность схем, надлежащее расположение электрооборудования, надписи, маркировка, расцветка). Для цветового и цифрового обозначения отдельных изолированных или неизолированных проводников должны быть использованы цвета и цифры в соответствии с ГОСТ Р 50462 “Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям”. |