Шпоры к экзамену. Электротехника. Преимущества электрической энергии. Основные электротехнические понятия
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Преимущества электрической энергии. Основные электротехнические понятия. Преимущества электрической энергии: -Низкая стоимость централизованного производства электрической энергии. -Электрическая энергия легко, быстро и экономично передаётся на дальние расстояния. -Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии. -Потребители электрической энергии отличаются высокой экономичностью и экологической чистотой (чего нельзя сказать о местах её производства). Основные электротехнические понятия: Электрический заряд и электрическое поле (ЭЗ и ЭП): Опытным путём установлено, что в природе существует два рода электрических зарядов: «-» - электроны, «+» - протоны, позитроны. Все тела электрически заряжены или электронейтральны (когда действие положительных зарядов скомпенсировано действием отрицательных зарядов).Единицей измерения электрического заряда – Кулон. Электрический заряд в окружающем пространстве создаёт электрическое поле, наличие которого можно определить по силовому воздействию на некоторый пробный электрический заряд. Электрический ток. Электрическая цепь. Сила тока. ЭДС. Напряжение. Электрический ток– это упорядоченное, направленное движение электрических зарядов в пространстве под действием сил электрического поля. Количественно величина тока в электрических цепях характеризуется понятием «сила тока».  . Сила тока – это количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. В зависимости от свойства различных веществ и материалов проводить электрический ток различают: 1. Проводники. 1.1.Проводники первого рода (металлы) –не происходит химических превращений. 1.2.Проводники второго рода (расплавы, растворы, ионизированные газы) –происходят химические превращения. 2. Полупроводники (Si, Ge). 3. Диэлектрики (изоляторы). Электрическая цепь – это совокупность электротехнических устройств, предназначенных для производства электроэнергии, её передачи или распределения, а также для преобразования в требуемый вид энергии, то есть в работу. В простейшем случае электрическая цепь содержит: 1.Источник электрической энергии (ИЭЭ). Преобразует первичные виды энергии (химическую и др.) в электрическую. 2.Потребитель (приёмник) электроэнергии. Служит для преобразования электроэнергии в требуемую работу. 3.Соединительные провода или линии электропередач (ЛЭП). В общем случае электрическая цепь может содержать также различные электротехнические устройства (регулирующие, защитные, коммутирующие, сигнальные), а также электроизмерительные приборы. При протекании электрического тока по электрической цепи происходит преобразование электроэнергии источника в другой вид энергии, то есть источник совершает в цепи некоторую работу. Количественной мерой этой работы является ЭДС.ЭДС – работа, совершаемая источником электроэнергии при перемещении единицы количества электричества по замкнутой цепи.  .При рассмотрении участка цепи вводится понятие «разность потенциалов» или «напряжение».Напряжение характеризуется работой, совершаемой источником электроэнергии между двумя рассматриваемыми точками.  ,  .Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома установлен опытным путём и описывает взаимосвязь между напряжением и током в электрической цепи: ток в электрической цепи прямо пропорционален приложенному напряжению:  , где  - коэффициент пропорциональности Если  , то цепь линейна, если  (переменный), то цепь не линейная.  - проводимость. - для постоянного тока.   - для переменного тока.Мощность в цепи переменного тока:  ,  ,  - количество электричества.  ,  . В цепи переменного ток происходит энергетический процесс преобразования и обмена электроэнергии, скорость которой характеризуется понятием полная мощность.  .  - полная мощность. В случае преобразования электроэнергии в другие виды энергии, этот процесс характеризуется понятием активная мощность. Активная мощность определяется законом Джоуля-Ленца:    . Процесс обратимого обмена электроэнергии между переменными электромагнитными полями в электрической цепи характеризуется понятием реактивная мощность.  . Действующее значение переменного тока эквивалентно такому постоянному току, который оказывает такой же тепловой эффект, что и при протекании переменного тока.  .  ,  ,  .Основные электроизмерительные приборы. 1)Амперметр (А)– служит для измерения силы тока I(A). Обладает очень малым электрическим сопротивлением (RA≈0) и включается в электрическую цепь последовательно. 2)Вольтметр (V)– служит для измерения напряжения U(B). Обладает очень большим электрическим сопротивлением (RV=∞, IV=0) и включается в электрическую цепь параллельно. 3)Ваттметр (W)– служит для измерения электрической мощности P(Вт). Включается по сложной схеме, так как имеет две обмотки: I*- I – амперметровая обмотка (токовая) служит для измерения тока и включается в цепь последовательно, U*- U – вольтметровая обмотка (напряжения). Служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно. I*, U* - генераторные зажимы ваттметра, включаются со стороны источника. Расширение пределов измерения (шунты, добавочные резисторы). Для расширения пределов измерения, приборы магнитоэлектрической системы, а также приборы других систем снабжают набором резисторов для делителей измеряемых величин. Резистор, включаемый последовательно с катушкой измерительного механизма, называется добавочным резистором. Резистор, который включается параллельно с катушкой измерительного механизма или с ветвью, содержащей катушку и добавочный резистор, называется шунтом. Способы измерения электрических величин и расчет параметров элементов электрической цепи. При проведении работ на стенде, выполнять измерения необходимо в следующем порядке: 1)Выбрать источник электрической энергии по назначению и роду измеряемого тока. 2)С учётом требуемой точности измерений (допустимой относительной погрешности δ%) выбрать измерительный предел с соответствующим пределом измерения AH (номинальное или нормирующее значение), а в случае многопредельного прибора, установить переключатель на выбранный предел измерения. В общем случае для обеспечения более высокой точности измерений из имеющегося ассортимента электроизмерительных приборов следует выбрать прибор с минимальной относительной погрешностью.  (1), где  - класс точности,  - заданное значение измеряемой величины. Поэтому с целью снижения погрешности в случае электроизмерительных приборов с одинаковым классом точности, выбирают прибор, предел измерения  которого является большим ближайшим значением к измеряемой величине ( ) так, чтобы показания измерительного прибора были, возможно, ближе к пределу измерения. В случае, если электроизмерительные приборы имеют одинаковый предел измерений, то выбирают прибор с более высоким классом точности. В остальных случаях следует руководствоваться приведённой выше формулой (1).Для ваттметра предел измерения вычисляется как произведение выбранных измерений ваттметра по току и по напряжению.  .3)Определить цену деления шкалы  , где  - число делений шкалы измерительного прибора.4)Установить прибор в требуемом положении, указанном на шкале измерительного прибора. 5)Установить стрелку измерительного прибора на нулевую отметку с помощью корректора. 6)Включить измерительный прибор в исследуемую электрическую цепь. 7)После проверки Электрической цепи преподавателем, включить стенд и установить заданный режим. 8)Произвести отсчёт числа делений шкалы n, указываемых стрелкой измерительного прибора (то есть показаний измерительного прибора в делениях шкалы n) и вычислить результат в единицах измеряемой величины:  .9)Снять напряжение, выключить стенд и результаты измерений показать преподавателю Погрешность электрических измерений и способы ее минимизации при выборе измерительного прибора. Абсолютная погрешность - это разность между измеренным значением электрической величины (ЭВ) AИ и её действительным значением   . Действительное значение измерения электрической величины (тока напряжения, мощности) всегда неизвестно, поэтому его можно определить только по прибору:1.В случае единичного измерения – по показаниям эталонного прибора АЭ (образцового или более очного, чем измеряющий, например, класса 0,02-0,05-0,1), включённого одновременно с рабочим измерительным прибором, то есть принимаем, что  .2.В случае нескольких измерений – как среднее арифметическое значение из результатов этих измерений.  .3.В случае единичного измерения и при отсутствии эталонного электроизмерительного прибора, возможную наибольшую абсолютную погрешность можно вычислить по классу точности (Кл), указанному на шкале рабочего измерительного прибора:  Относительная погрешность δ – это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой электрической величины.  .Поскольку при правильном выполнении условий проведения измерений на электроизмерительном приборе высокого класса точности, разница между измеренным и действительным значениями электрических величин достаточно мала, то практически, в большинстве случаев, принимают:  .Поэтому возможную наибольшую абсолютную погрешность можно вычислить по классу точности рабочего измерительного прибора:  , а для определения относительной погрешности используют формулу  .3Приведённая погрешность– это отношение относительной погрешности к номинальному значению (предельное измерение) измерительного прибора, выраженная в процентах: Классы точности электроизмерительных приборов(Кл) – это нормированное (стандартное) значение возможной наибольшей приведённой погрешности электроизмерительного прибора..Классы точности электроизмерительного прибора стандартизированы следующими значениями: 0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-1,5-2,5-4, так что по известному классу можно легко вычислить возможную наибольшую абсолютную погрешность выполненного единичного измерения.  .Переменный электрический ток. Способы представления синусоидальных величин. Переменным электрическим током – называется электрический ток, величина и направление которого изменяется по синусоидальному закону.  .Способы представления синусоидальной величины: 1)Алгебраический  .2)Графический (волновая диаграмма):  .3)Векторный (с помощью векторных диаграмм):  .4)С помощью комплексных чисел (символический метод):  Основные характеристики переменного тока. Период, частота, начальная фаза, сдвиг фаз, действующее значение переменного тока. Основные характеристики переменного тока:  , где  - мгновенное значение силы тока,  - амплитудное значение силы тока,  - фаза,  - циклическая частота,  - начальная фаза.1) Амплитудное значение (Im, Um, Em) – наибольшее значение функции за период. 2)Период – длительность полного цикла изменения синусоидальной величины.  .3) Циклическая частота (  ) – число полных циклов изменения синусоидальной величины в единицу времени.  .4)Угловая частота – скорость изменения аргумента функции  .5) Линейное значение – значение функции в заданный момент времени.  .  .6) Начальная фаза (  ) – значение аргумента функции в нулевой момент времени.  .  .Если начальная фаза  отсчитывается от начала функции к началу координат по направлению оси абсцисс, то начальная фаза положительна. Начальная фаза зависит от выбора момента времени.  .7) Сдвиг фаз – разность начальных фаз напряжения и тока. Сдвиг фаз электрической цепи не зависит от выбора момента времени, а определяется характером электрической цепи. Если ток опережает напряжение, то характер цепи – емкостной. Если напряжение опережает ток, то характер цепи – индуктивный |