Шпоры по электротехнике. 1 Электрическая цепь, элемент электрической цепи, электрическая схема
 Скачать 1.83 Mb.
|
|
1  )Электрическая цепь, элемент электрической цепи, электрическая схема. Электрическая цепь – совокупность устройств и элементов соединённых между собой проводниками, создающих путь для протекания электрического тока, электронные магнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий ЭДС, сила тока и напряжение. Элементами эл-ой цепи являются: •Источники питания: -Источники ЭДС – электродвижущая сила. Работа сил неэлектрической природы (сторонних сил) по перемещению единичного заряда по замкнутой цепи. Направление стрелки в условном обозначении источника ЭДС указывает направление действия ЭДС, поэтому направление падения напряжения на выходных зажимах источника всегда противоположно. Так как на ВАХ электрическое сопротивление соответствует котангенсу угла наклона характеристики, то сопротивление источника ЭДС равно нулю, а проводимость, соответственно, бесконечности. -Источники тока - это такие элементы электрической цепи, у которых протекающий через них ток не зависит от знака и значения разности потенциалов на выходе, т.е. их (ВАХ) представляют собой прямые линии параллельные оси U. •Потребители(приёмники) - осуществляют преобразование эл-ой энергии в другие виды энергии: активное сопротивление (резистор), катушка индуктивности, конденсатор, лампочка •Коммутационная аппаратура: обычный ключ •Электроизмерительные приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр, омметр Электрические схемы: принципиальная схема самая распространенная эл схема из всех типов схем. Она дает наиболее полное представление о работе всех электроцепей установки. На ней показываются все электрические и магнитные связи между частями и компонентами электроустановки. Монтажная схема показывает реальное расположение узлов и элементов установки, а также связь между ними (эл кабели и провода). Применяется буквенно-цифровое обозначение всех элементов электрической цепи и нумерация всех проводов и кабелей. Схема замещения (эквивалентная схема) – схема, в которой все реальные элементы заменены их эквивалентными схемами. Состоит из идеализированных элементов цепи. Рассчитанные напряжения, токи, на зажимах которой совпадают с какой-то погрешностью, измеренными токами и напряжениями на зажимах реального элемента. 2)Электронно-дырочный переход. Вольт-амперная характеристика. Электронно-дырочный переход - это область, которая разделяет поверхности электронной и дырочной проводимости в монокристалле. Электронно-дырочный переход изготавливают в едином монокристалле, в котором получена достаточно резкая граница между областями электронной и дырочной проводимостей. Рис. область p-n перехода  П ри отсутствии приложенного напряжения наблюдается диффузия основных носителей зарядов из одной области в другую. Так как электроны это основные носители заряда, и в области n их концентрация больше они диффундируют в p-область заряжая отрицательно приграничный слой этой области. Но уходя со своего места электроны создают вакантные места – дырки, тем самым заряжая приграничный слой n-области положительно. Таким образом, через достаточно короткий промежуток времени с обеих сторон п оверхности раздела образуются противоположные по знаку пространственные заряды.Электронно-дырочный переход, во внешнем исполнении реализуется в виде полупроводникового диода.  Рис. полупроводниковый диод Вольт-амперная характеристика При прямом подключении электронно-дырочного перехода, ток возрастает с увеличением напряжения. При обратном подключении ток достигает значения Iнас, называемое током насыщения. Если продолжать увеличивать напряжение при обратном включении, то может настать пробой диода. Это свойство также используется в различных стабилитронах и т.д. Рис. ВАХ p-n перехода Свойства p-n перехода широко применяются в электронике, а именно в диодах, транзисторах и других полупроводниках. 3)Классификация электрических цепей. Закон Ома для пассивного участка цепи и для полной цепи. Обобщенный закон Ома. Классификация: 1) по роду тока (цепи пост тока, цепи переменного тока) 2) по сложности (простая цепь – содержит только последовательные соединения, сложная цепь – содержит хотя бы одно параллельное) 3) по наличию источниковв цепи (активные ц. – в составе которых имеется источник, пассивные ц. – источника нет, получ. энергия извне) 4) по характеру параметра элемента (линейные, нелинейные) Законы Ома: Для пассивного участка цепи I=U/R Для активного участка, Обобщенный закон Ома I=(E±U)/R Для полного участка цепи I=E/R 4)Источник ЭДС. Источник тока. Особенности совместной работы источников ЭДС. 1. Источник ЭДС – идеализированный источник энергии, напряжение на зажимах которого не зависит от значения токов в цепи. 2. Источник тока- идеализированный источник энергии, сила тока которого не зависит от сопротивления нагрузки. 5)Потери энергии в асинхронных электрических двигателях. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. КПД двигателя. Потери энергии в асинхронных электрических двигателях . Энергеическая диаграмма асинронного двигателя. КПД двигателя. Мощность потерь, нагревающих машину, складывается из мощности электрических, магнитных и ме¬ханических потерь. Электрические потери ∆Рэ возникают в обмотках статора и ротора, т.е. ∆РЭ=∆РЭ1+∆РЭ2 (здесь ∆РЭ1-потери в обмотке статора и ∆РЭ2 —потери в обмотке ротора) Магнитные потери в магнитопроводе ∆РМ1 возни¬кают за счет явлений гистерезиса и вихревых токов в статоре ∆РМ1 и в роторе ∆РМ2 , т. е. ∆РМ =∆РМ1+∆РМ2 . Потери механические вызваны силами трения в подшипниках, в скользящем контакте на кольцах, о воздушную среду ∆РМЕХ .Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя есть отношение мощности на валу P2 к потребляемой мощности P1: 6)Выпрямители. Мостовая схема двухполупериодного выпрямления однофазного переменного тока. Выпрямитель тока- преобразователь электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. Большинство мощных источников электрической энергии вырабатывают ток переменного направления. Однако многие электрическиеустройства на городском и железнодорожном транспорте, в химической и радиотехническойпромышленности, в цветной металлургии и др. работают на токе постоянного направления различного напряжения. В простейшем случае переменный ток выпрямляется вентилем электрическим, пропускающим ток (например, синусоидальный) только или преимущественнов одном направлении. По видам применяемых вентилей В. т. подразделяют на электроконтактные, кенотронные, газотронные, тиратронные, ртутные, полупроводниковые и тиристорные. Различают схемы В. т. однополупериодные, двухполупериодные с нулевым выводом и мостовые. Однополупериодные однофазные схемы В. т. применяют главным образом в маломощных устройствахс ёмкостным или индуктивным сглаживающим фильтром. Основное преимущество — простота и малоечисло вентилей; недостатки — большие пульсации выпрямленного напряжения и высокое обратноенапряжение на вентилях (при ёмкостном фильтре) В двухполупериодной схеме В. т.применяют трансформатор со средней точкой во вторичнойобмотке. Благодаря такому соединению обмотки с вентилями выпрямленный ток формируется из обеихполуволн тока. Частота пульсаций выпрямленного тока при этом возрастает в два раза по сравнению соднополупериодным В. т. Мостовая схема В. т. такжедвухполупериодная, но вторичная обмотка трансформатора выполнена без средней точки и имеет в два разаменьшее количество витков по сравнению со вторичной обмоткой трансформатора на рис.1.б Дополнительное сглаживание выпрямленного тока в этих схемах обеспечивается индуктивноёмкостнымилибо резистивноёмкостными фильтрами. Указанные схемы В. т. применяютобычно в системах питания устройств, у которых потребляемая мощность не превышает нескольких квт(радиоприёмники, телевизоры, некоторые устройства автоматики и телемеханики и др.), и лишь в отдельныхслучаях для питания мощных (до тысячи квт) устройств (например, двигателей электровозов) Мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя Двухполупериодный выпрямитель. Может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора). Мостовая схема выпрямителя (рис. 7.7) является двухтактной, так как ток во вторичной обмотке трансформатора TV протекает в течение всего периода. При этом в течение нечётных полупериодов (полярность напряжения u2 указана без скобок) ток протекает в цепи – вентиль VD1, сопротивление нагрузки Rн и вентиль VD3, а в течение чётных полупериодов (полярность напряжения u2 указана в скобках) в цепи – вентиль VD4, нагрузке Rн и вентиль VD2. Причём в любой полупериод ток в цепи нагрузки протекает в одном и том же направлении. При сравнении временных диаграмм токов и напряжений рассматриваемых двухполупериодных схем (мостовой и с нулевой точкой), можно видеть, что выпрямленные ток и напряжение на нагрузке изменяются по одному закону, поэтому коэффициент пульсаций в мостовой схеме будет определяться так же, как и в схеме с нулевой точкой.  7)Законы Кирхгофа. Расчет линейных цепей постоянного тока методом применения законов Кирхгофа. 1  .алгебраическая сумма токов в узле равно 0.Токи, втекающие в узел берутся с "+", вытекающие с "-" (I1+I2-I3-I4+I5=0). Если в схеме имеются n-узлов, то для нее можно составить (n-1) независимых уравнений по 1 закону Кирхгофа. 2. Алгебраическая сумма падений напряжений вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.   Падение напряжения на элементах, входящих в контур, считать положительным, если направление тока через элемент совпадает с выбранным нами направлением обхода контура. Также и ЭДС.I1R1+I2R2-I3R3-I4R4=E1-E2 Расчет: Пусть p – количество ветвей, n – количество узлов, k – количество ветвей, содержащих источники тока, q – количество уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, m – количество уравнение, составленных по первому уравнению Кирхгофа. m  =n-1; q=p-(n-1)-k8)Соединение трехфазной цепи по схеме «звезда-звезда» без нейтрального провода при симметричной и несимметричной нагрузках. Если концы всех фаз генератора соединить в общий узел, а начала фаз соединить с нагрузкой, образующей трехлучевую звезду сопротивлений, получится трехфазная цепь, соединенная звездой. При этом три обратных провода сливаются в один, называемый нулевым или нейтральным. Трехфазная цепь, соединенная звездой, изображена на рис. 7. 1.  Рис. 7.1 Провода, идущие от источника к нагрузке называют линейными проводами, провод, соединяющий нейтральные точки источника Nи приемника N' называют нейтральным (нулевым) проводом. Напряжения между началами фаз или между линейными проводами называют линейными напряжениями. Напряжения между началом и концом фазы или между линейным и нейтральным проводами называются фазными напряжениями. Токи в фазах приемника или источника называют фазными токами, токи в линейных проводах - линейными токами. Так как линейные провода соединены последовательно с фазами источника и приемника, линейные токи при соединении звездой являются одновременно фазными токами. Iл = Iф. ZN - сопротивление нейтрального провода. Линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений  (7.1)На рис. 7.2 изображена векторная диаграмма фазных и линейных напряжений симметричного источника.  Рис. 7.2 Из векторной диаграммы видно, что  При симметричной системе ЭДС источника линейное напряжение больше фазного в √3 раз. Uл = √3 Uф 9)Законы Кирхгофа. Расчет линейных цепей постоянного тока методом контурных токов. 1  .Алгебраическая сумма токов в узле равно 0.Токи, втекающие в узел берутся с "+", вытекающие с "-" (I1+I2-I3-I4+I5=0). Если в схеме имеются n-узлов, то для нее можно составить (n-1) независимых уравнений по 1 закону Кирхгофа. 2  . Алгебраическая сумма падений напряжений вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.  Падение напряжения на элементах, входящих в контур, считать положительным, если направление тока через элемент совпадает с выбранным нами направлением обхода контура. Также и ЭДС. I  1R1+I2R2-I3R3-I4R4=E1-EРасчет: Метод контурных токов: Пусть в каждой ветви контура протекает контурный ток. I1=Ik1;I2=-Ik2;I3=Ik1-Ik2;I4=Ik1-Ik3;I5=Ik3-Ik2;I6=Ik3; Сопротивления вида R11, R22, Rmn (m=n) называются собственными сопротивлениями контура и представляют собой сумму всех сопротивлений, входящих в контур. Сопротивления вида Rkm (k≠m) – это сопротивление общей ветви для контурных токов Ik и Im. Оно считается положительным, если направление контурных токов через общую ветвь совпадает. 10)Полупроводниковые резисторы. Классификация. Обозначение в схемах. Основные свойства. Применение. П  олупроводниковым резистором зовется полупроводниковый прибор, имеющий два вывода, в котором применяется способность изменять электрическое сопротивление этого прибора в зависимости от приращения (изменения) напряжения, освещенности, температуры и других факторов. Классификация и обозначения:Первые две группы полупроводниковых резисторов в соответствии с этой классификацией — линейные резисторы и варисторы — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от внешних факторов: температуры окружающей среды, вибрации, влажности, освещённости и др. Для остальных групп полупроводниковых резисторов, наоборот, характерна сильная зависимость их электрических характеристик от внешних факторов. Так, характеристики терморезисторов существенно зависят от температуры, характеристики фоторезисторов — от освещённости, характеристики тензорезисторов — от механических напряжений. 11)Расчет линейных цепей постоянного тока методом свертывания. Основными законами, определяющими расчет электрической цепи, являются законы Кирхгофа. На основе законов Кирхгофа разработан ряд практических методов расчета электрических цепей постоянного тока, позволяющих сократить вычисления при расчете сложных схем. Существенно упростить вычисления, а в некоторых случаях и снизить трудоемкость расчета, возможно с помощью эквивалентных преобразований схемы. Преобразуют параллельные и последовательные соединения элементов, соединение «звезда» в эквивалентный «треугольник» и наоборот. Осуществляют замену источника тока эквивалентным источником ЭДС. Методом эквивалентных преобразований теоретически можно рассчитать любую цепь, и при этом использовать простые вычислительные средства. Или же определить ток в какой-либо одной ветви, без расчета токов других участков цепи. |