Шпоры к экзамену. Электротехника. Преимущества электрической энергии. Основные электротехнические понятия
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Электрическая цепь переменного тока В реальной цепи переменного тока происходит сложный энергетический процесс необратимого преобразования и периодического обмена электрической энергией. Для удобства и расчёта таких цепей составляют условные идеальные, так называемые, электрические схемы замещения (ЭСЗ или СЗ), которые полностью отражают электрофизические закономерности реальной цепи и составлены из так называемых идеальных электрических элементов. Источники ЭДС и тока называются активными элементами, а резистивные, индуктивные и емкостные элементы – пассивными элементами схем замещения. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях. Произведение действующих значений напряжения между выводами источника  и тока источника  определяет так называемую полную мощность источника, равной полной мощности пассивного двухполюсника .Процесс обмена энергией между источником энергии и совокупностью индуктивных и емкостных элементов пассивного двухполюсника отображается его реактивной мощностью, равной реактивной мощности источника:  Активная мощность двухполюсника и источника зависит от действующих значений напряжения и тока, а также от  - коэффициента мощности. Активная мощность пассивного двухполюсника всегда положительна и не зависит от знака угла  ( ).Она определяет энергетический режим пассивного двухполюсника в целом, то есть среднюю скорость необратимого преобразования энергии во всех резистивных элементах пассивного двухполюсника.  ,  . .  .Характеристики идеальных и реальных элементов цепи переменного тока. Условно-графические обозначения Идеальный электрический элемент – это участок идеальной электрической цепи (СЗ), выделенной условно-графическим обозначением (УГО) или буквенно-цифровым обозначением (БЦО), и в которой происходит только один энергетический процесс. 1. R – резистивный (активный) идеальный элемент. Отражает процесс необратимого преобразования электрической энергии в другие виды. 2. Х – реактивный идеальный элемент. Отражает процесс обмена электрической энергией между переменными электромагнитными полями реальной цепи (потребителя электроэнергии) и источником. 1) R. В нём отсутствуют переменные электромагнитные поля, что обозначает отсутствие обмена реактивной мощностью. Полное преобразование электроэнергии в другие виды энергии. 2) R. Различают два типа реактивных элементов: xL – индуктивный элемент, xC – емкостный элемент Индуктивный элемент характеризуется понятием индуктивность и связан с наличием переменного магнитного поля.  индуктивность. магнитное потокосцепление, где  - число витков, ф- магнитный поток.В простейшем случае индуктивность катушки определяют по следующей формуле: ,  , где - магнитная проницаемость среды,  - длина и поперечное сечение магнитопровода катушки.  .Наиболее просто и удобно применять индуктивность катушки за счёт изменения путём перемещения ферромагнитного сердечника катушки.  .Емкостной элемент. Характеризуется понятием «ёмкость» и характеризует процесс обмена электрической энергией между переменным электрическим полем емкостного элемента и источником.Никакого преобразования электрической энергии не происходит. Ёмкость:  , где  заряд конденсатора,  - напряжение на обкладках (зажимах) конденсатора. В простейшем случае ёмкость плоско-параллельного конденсатора:  , где  - диэлектрическая постоянная,  - площадь пластин,  - расстояние между пластинами.Реальная катушка Реальная катушка наряду с индуктивность L, связанной с наличием переменного магнитного поля (ПМП), обладает активным сопротивлением, обусловленным сопротивлением провода (  ), из которого изготовлена катушка и на которой происходят Джоулиевы потери, вызывающие нагрев катушки, то есть: R-L (реальная катушка)Уравнение электрического равновесия  для действительного значения. , , ,   Сдвиг фаз В RL цепи:  Напряжение опережает ток. Треугольники напряжений, сопротивлений и мощности    ,  ,  ,  , , .  , , ,   Закон Ома.   . R-С (реальный конденсатор) В реальном конденсаторе наряду с ёмкостью С, связанной с наличием переменного электрического поля (ПЭП), существуют тепловые потери элек5троэнергии в следствии переменной поляризации диэлектрика конденсатора и приводящие его к нагреванию. Эти тепловые потери на схеме можно представить в виде фиктивного элемента.  .Уравнение электрического равновесия  ,  ,,   Сдвиг фаз В RС цепи:  Ток опережает напряжение. Результирующая векторная диаграмма.  ,  .  . Треугольники напряжений, сопротивлений и мощности.   , , , ,, . ,,,ЗаконОма.  Резонанс напряжений Особенности цепи. Режим работы электрической цепи, содержащей реактивные элементы при к-м ток в цепи I совпадает по фазе с приложенным напряжением цепи U, называется электрическим резонансом.Различают два типа электрических резонансов:а)Резонанс напряжений (в последовательной цепи),б)Резонанс токов (в параллельной цепи).Резонанс напряжений возникает в последовательной электрической цепи переменного тока, содержащей индуктивный и емкостной элементы при условии, что    .В простейшем случае двух элементов:   ,  .Способы получения резонанса: 1.Изменение индуктивности:  ,  ,  - изменение положения сердечника в катушке.2Изменение ёмкости:  ,  .3.Изменение частоты питающего тока:  .Особенности цепи при резонансе напряжений. 1.Электрическая цепь обладает резистивным (активным) характером (  , , , ).2.Коэффициент мощности характеризует степень преобразования электроэнергии. .3.Полное сопротивление цепи минимально:   , - min.4. Ток в цепи максимален.  .5.Цепь потребляет от сети только активную мощность:  , .6.Цепь не потребляет от сети реактивную мощность:  , ,  .Однако в самой цепи существует обмен реактивной мощности между переменным магнитным полем катушки и переменным полем конденсатора.При условии резонанса напряжений или режима близкого к резонансу возможно возникновение явления перенапряжений, когда напряжение на реактивных участках UL,UC оказывается больше питающего UL, UC>U0.Условие возникновения перенапряжения:  , ,  .Явление перенапряжений опасно для изоляции катушки. Резонанс токов. Особенности цепи. Возникает в параллельной цепи переменного тока, содержащей ветвь с индуктивностью и ёмкостью при условии:   .В простейшем случае двух ветвей:   ,  ,  .Способы получения резонанса токов. 1.Изменением индуктивности .2. Изменением ёмкости .3.Изменением частоты питающего тока .4.Изменением сопротивления резисторов  .Особенности цепи при резонансе токов. 1.Вся цепь (разветвлённая) обладает активным характером:  ,  , ,  .2.Полная(комплексная) проводимость минимальна.  , так как .3.Полное (комплексное) сопротивление максимально:  .4.Ток в разветвлённой части минимален:  .5. Цепь потребляет от источника (от цепи) только активную мощность:  , так как .Вся мощность преобразуется в работу.6.Цепь не потребляет от сети реактивной мощности:  , так как  .Однако в цепи происходит обмен реактивной энергией между реактивными элементами. |