презентация по электротехнике. Электротехника (ФПК). Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Томский лесотехнический техникум

• Название: Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Томский лесотехнический техникум
• Анкор: презентация по электротехнике
• Дата: 03.03.2023
• Размер: 3.9 Mb.
• Имя файла: Электротехника (ФПК).pptx
• Тип: Документы; #965752

Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Томский лесотехнический техникум»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: ТИ А.В.

Томск, 2021

Цепи с конденсаторами

Конденсатор-устройство, используемое для накопления электрических зарядов.

Самый простой конденсатор — плоский конденсатор, состоит из двух близко расположенных параллельных металлических пластин с тонким слоем диэлектрика (например, воздуха) между ними (а).

Способность конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной, называемой электрической ёмкостью.

Цепи с конденсаторами

Электрическая ёмкость конденсатора (С) - скалярная физическая величина, равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов (напряжению) между его пластинами:

Единицей измерения электрической ёмкости в СИ является фарад (1Ф):

1 фарад - это электрическая емкость конденсатора, когда заряд пластин 1 Кл создает между ними напряжение 1В:

Фарад - очень большая ёмкость, поэтому на практике используются его дольные единицы (микрофарад, нанофарад, пикофарад и др.):

Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его пластин, расстояния между пластинами и диэлектрической проницаемости вещества, находящегося между ними:

Здесь S - площадь одной из пластин конденсатора, d - расстояние между пластинами,  — диэлектрическая проницаемость вещества, которое находится между его пластинами. Именно диэлектрик, находящийся между пластинами, дает конденсатору возможность длительное время сохранять заряд.

 

Энергия электрического поля конденсатора

Энергия однородного электрического поля между пластинами плоского заряженного конденсатора определяется нижеприведенной формулой:

Если учесть здесь выражение (2), то получаются выражения, отражающие зависимость энергии конденсатора от ёмкости и заряда конденсатора:

Если учесть выражение (3) в выражениях (6) и (7), то можно получить следующие выражения для энергии электрического поля плоского конденсатора:

 

Соединение конденсаторов

Применяется три вида соединений:

• последовательное;
• Параллельное;
• Смешанное.

При последовательном соединении конденсаторов отрицательно заряженная пластина первого конденсатора соединена с положительно заряженной пластиной второго и т.д. (с).

Соединение конденсаторов

Заряды последовательно соединенных конденсаторов одинаковы:

Общее напряжение на концах цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсаторов, равно сумме напряжений отдельных конденсаторов:

Величина, обратная общей электроемкости батареи последовательно соединенных конденсаторов, равна сумме величин, обратных значениям электроёмкостей отдельных конденсаторов:

Напряжение и энергия последовательно соединенных конденсаторов обратно пропорциональны их электрическим ёмкостям:

 

Соединение конденсаторов

Параллельное соединение

При параллельном соединении положительно заряженные пластины всех конденсаторов соединяют в одной точке, а отрицательно заряженные пластины в другой точке (d).

Общий заряд параллельно соединенных конденсаторов равен сумме зарядов отдельных конденсаторов:

Напряжения на концах параллельно соединенных конденсаторов одинаковы:

 

Соединение конденсаторов

Общая электроёмкость батареи параллельно соединенных конденсаторов равна сумме электроёмкостей отдельных конденсаторов:

Электрические заряды и энергии параллельно соединенных конденсаторов прямо пропорциональны их электроёмкостям:

 

Соединение конденсаторов

Смешанное соединение

Смешанное соединение представляет собой совокупность участков цепи с последовательным и параллельным соединением конденсаторов.

Для расчета таких цепей используют формулы для последовательного и параллельного соединений на тех участках цепи, где присутствуют эти виды соединений.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Полный ток – направленное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем.

Состоит из трех токов:

1.Ток проводимости – направленное движение свободных носителей зарядов под действием электрического поля.

В металлах – электроны;

В электролитах – ионы;

В газах – электроны и ионы.

2. Ток переноса - направленное движение заряженных частиц в вакууме (наблюдается в электронных лампах, диодах).

3.Ток смещения - направленное движение связанных носителей (наблюдается в диэлектриках).

За направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов от (+) к (-).

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике.

S – площадь поперечного сечения проводника,

U – электрическое поле.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока -количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду. Единица измерения А (Ампер)

1 кА = 103 А

1МА = 106 А I = Q \ t (А)

1 мкА = 10-6 А

1 млА =10-3 А

Q – заряд, Кл ( Кулон); t – время, сек.

Это скалярная величина. Ток в цепи измеряют амперметром, который включают последовательно с нагрузкой, чтобы через нее проходил полный ток.

Плотность тока – векторная величина – количество электричества, проходящего за 1 секунду через единицу перпендикулярного току сечения.

J = I \ S А\ мм2

Ток, неизменный во времени по направлению и величине называется постоянным.

График постоянного тока

На практике значения силы тока:

Опасен для жизни – 0,05 А

Смертелен – 0,1 А

В лампах накаливания – 0,2 – 1 А

В утюгах – 5-8 А

В электродвигателях трамваев – свыше 100 А

В телефонном аппарате – сотые доли А

Для поддержания тока в проводнике необходимо электрическое поле или разность потенциалов.

Напряжение (падение напряжения) – разность потенциалов между двумя точками электрической цепи.

Потенциал обозначается буквой φ и измеряется в Вольтах. Напряжение обозначается U и измеряется в Вольтах.

Uаb= φa – φb (В)

Электрический ток наблюдать нельзя, а только можно о нем судить по действиям, которые он производит:

• Тепловое – проводник нагревается

Тепловое действие электрического тока подчиняется закону Джоуля – Ленца:

Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:

Q = I2Rt  Дж.

где I – сила тока в А

R- сопротивление в Омах

t – время в с

ПОЧЕМУ проводник нагревается?  

При прохождении электрического тока по проводнику электроны сталкиваются с атомами проводника, их скорость падает до нуля, а энергия соударений превращается в тепло.

магнитное – электрический ток, проходя по проводнику, создает магнитное поле

Пример: Магнитные носители информации:  кассеты содержат катушки из магнитной ленты. Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте.

Некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита.





Химическое – ток, проходя через электролиты разлагает их на составные части.

Электролит – водный раствор солей, кислот и щелочей. Это проводники второго рода.

Электролитическая диссоциация – распад электролита на ионы при растворении его в воде.

Пример: Электролиз: Если в сосуд налить электролит (медный купорос),опустить в него два угольных электрода и пропустить через раствор постоянный ток, то на одном электроде (катоде) выделится медь, а на другом (аноде) – сернокислотный остаток.

Электрическое сопротивление и проводимость

Сопротивление - свойство проводника препятствовать прохождению тока .

Зависит от геометрических размеров (длины и сечения) и материала проводника.

где L -длина проводника, м

S – сечение , мм2

Удельное сопротивление проводника

Специально созданные устройства, обладающие электрическим сопротивлением: Резисторы - предназначены для ограничения тока в цепи.

Реостат предназначен для изменения тока в цепи.

реостат

резистор

Величина, обратная сопротивлению – проводимость. Это свойство проводника проводить электрический ток.

Обозначается G, измеряется в См (сименс)

Чем больше сопротивление (меньше проводимость), тем сильнее нагревается проводник при прохождении тока.

Удельная проводимость – величина, обратная удельному сопротивлению.

Закон Ома

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)

U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.  

R — электрическое сопротивление,  Ом.

Для полной цепи:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

где

E -ЭДС источника, В

r - сопротивление источника, Ом

R– сопротивление нагрузки, Ом.

Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R (нагрузки) и внутреннего r (источника). 

Напряжение в цепи будет равно: U= E-Iˑr

Если цепь разомкнута, то Е = U

Работа и мощность электрического тока

Кулоновские и сторонние электрические силы совершают работу А при перемещении зарядов вдоль электрической цепи. Если электрический ток постоянен, а образующие цепь проводники неподвижны, то энергия W , которая необратимо преобразуется за время t в объеме проводника, равна совершенной работе:

 W = А = IUt, Дж

где I - сила тока, А; U - падение напряжения , В. t– время, сек.

        Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Мощность электрического тока – скорость совершения работы (преобразования энергии)

где А - работа, которая совершается током за время;

I - сила тока,

U - падение напряжения на участке цепи.

Единица мощности электрического тока - ватт, Р = 1Дж / 1сек = 1Вт

Измеряется ваттметром.

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

БАЛАНС МОЩНОСТИ

ΣРист. = Σрпотр

ΣЕ· I =Σ I2·R

Электрическая цепь (ЭЦ).

ЭЦ – совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения тока (совокупность генерирующих, приемных и вспомогательных устройств, соединенных между собой электрическими проводами).

При изучении, описании и анализе ЭЦ ее отдельные элементы представляются в виде условно-графического обозначения (УГО). Используя УГО, можно любую реальную электрическую цепь представить в виде схемы, которая называется схемой электрической цепи. Провода изображаются отрезками линий.

Cхема замещения для электрической цепи.

Электрическая цепь.

Простая ЭЦ состоит :

• Источники электрической энергии (генерирующие устройства) - преобразуют другие виды энергии в электрическую.

а)     преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы);

б)    преобразующие химическую энергию в электрическую (аккумулятор);

2. Потребители – преобразуют электрическую энергию в другие виды:

• Двигатели
• Лампы

3. Вспомогательные элементы

Все элементы ЭЦ, имеющие ЭДС называются активными. При размыкании цепи  U ≠ 0. Источники)

Остальные элементы ЭЦ называются пассивными. При размыкании цепи на них  U =0. (Потребители0.

Любая ЭЦ делится на:

• Внутреннюю часть – источник. Ток протекает от (-) к (+).
• Внешнюю – потребитель, провода и т.д. Ток протекает от (+) к (-).

Условия протекания тока в цепи.

• Цепь замкнута.
• Е ≠ 0.
• Сторонние силы.

Любая ЭЦ имеет:

1). Ветвь - участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток.

2) Узел - место соединения трех и более ветвей.

3). Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Сложная ЭЦ.

Простая цепь

В чем разница между простой цепью и сложной?

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.

При изменении нагрузки от 0 до ∞ изменяется U. I. P. Отсюда пять режимов ЭЦ.

• Режим холостого хода (ХХ) - соответствует разомкнутой цепи. I =0. R = ∞. U=E.
• Режим короткого замыкания (КЗ) – аварийный. R = 0. Ток ограничен только сопротивлением источника, которое мало, поэтому ток увеличивается в 100-1000 раз. Короткое замыкание – соединение двух проводов с нарушенной изоляцией, образующих малое сопротивление.

3.Номинальный режим характеризуется значениями напряжения, тока и мощности, на которые рассчитана цепь. Отклонения от этого режима нежелательно, к.п.д. цепи уменьшается.

4.Рабочий – отклонение от номинального в допустимых пределах.

5.Согласованный характеризуется максимально возможной мощностью, которая передается от источника к нагрузке (потребителю). Условие  R0 = Rн

R0 –сопротивление источника

Rн - сопротивление потребителя

Применяется в измерительных цепях.

Соединение резисторов

1)Последовательное соединение. Это соединение, при котором потребители соединены один за другим без разветвления и поэтому имеют один и тот же ток.

Падение напряжения на каждом

участке равно:

2) Параллельное соединение

Соединение, при котором несколько ветвей присоединены к одной паре узлов.

Сопротивление двух резисторов равно

С одинаковыми сопротивлениями находится по формуле:

где n – количество резисторов

Так как 1\ R = G – проводимость (единица измерения Сименс), можно записать

Gобщ. = G1 + G2 + G3

Алгебраическая сумма токов для любого узла электрической цепи равна нулю (токи входящие в узел равны токам, исходящим из узла) - 1 закон Кирхгофа.

∑I = 0

Узел А.

I - I1- I2 – I3 =0

Токи, входящие в узел берем со знаком (+), выходящие из узла – со знаком (-).

Или можно записать: I = I1 +I2 +I3

ЗАДАЧА 1. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

Смешанное соединение

Есть участки параллельного и последовательного соединения.

R = R1,2 + R3 = 4 + 2 = 6.

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в сопротивлениях этого контура.

Σ Е = Σ I·R

Условно задаются направлениями токов в различных участках цепи. Намечают контуры, направление обхода этих контуров и приступают к составлению уравнений. Если направление обхода не совпадает с направлениями Э.Д.С. или с направлениями токов на отдельных участках контура, то величины Э.Д.С. и падения напряжения I∙ R входят в уравнения со знаком «минус».

Задача 1: составить уравнение по 2 закону Кирхгофа

Е1-Е2-Е3 =I1×R1+I2×R2+I3×R3

Задача 2: составить уравнение по 2 закону Кирхгофа

Е1-Е3-Е4 =I1×R1-I2×R2+I3×R3

 
Переменный ток, AC, (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению. Переменный ток используется в обычных одно- и трёхфазных сетях.

Графическое представление переменного тока

Характеристики переменного тока.

Переменный ток характеризуется следующими основными величинами:

• Частота
• Амплитуда
• Период
• Действующие значения тока, напряжения и э.д.с
• Мгновенные значения тока, напряжения и э.д.с
• Сдвиг фаз

Частота.

Частота - число периодов переменного тока в 1 сек.

Частота тока в России и Европе равна 50 Гц, а в США 60 Гц.

В физике частоту обозначают буквой – f.

f=1/T=ω/2π

где:

T – Период (сек)

ω – Угловая частота (рад)

Графики тока различной частоты

Амплитуда.

Амплитуда – наибольшая абсолютная величина, которую принимает периодически изменяемая величина.

Амплитудные значения тока, напряжения и э.д.с обозначают: Im, Um и Em соответственно

Y – Амплитуда.

Графики тока с различной амплитудой

А) маленькая амплитуда Б) большая амплитуда

Период.

Период колебаний (Т) - время одного полного колебания.

T=2π/ω

Действующие значение тока, напряжения и э.д.с.

Мгновенные значения тока, напряжения и э.д.с

Сдвиг фаз.

Сдвиг фаз – алгебраическая величина, определяемая разностью начальных фаз двух синусоидальных функций.

φ= Ψ 1- Ψ 2

φ – Сдвиг фаз

Ψ1 – Фаза 1.

Ψ2 - Фаза 2.

Неразветвленные однофазные цепи переменного тока.

Рассмотрим следующие однофазные цепи:

• С резистором.
• С катушкой индуктивности.
• С конденсатором.

В этих цепях выполняется закон Ома для участка цепи

Цепь с резистором.

Цепь с конденсатором.

Цепь с катушкой индуктивности.

Векторные диаграммы

Поскольку синусоидальная функция определяется амплитудой и начальной фазой, то она может быть изображена в виде вектора, длина которого пропорциональна амплитуде, а полярный угол — начальной фазе.

Введение векторов и векторных диаграмм значительно упрощает расчеты ЭЦ переменного тока. Например, если заданы токи в узле ЭЦ:

то в соответствии с первым законом Кирхгофа результирующий ток i = i1 + i2 +i3.

1. Элементы трёхфазной системы.

• Трехфазный генератор, соединенный проводами с трехфазным потребителем, образует трехфазную цепь.
• В трехфазной цепи протекает трехфазная система токов, т. е. синусоидальные токи с тремя различными фазами. Участок цепи, по которому протекает один из токов, называют фазой трехфазной цепи.

• На рис. схема простейшего трехфазного генератора.
• В момент времени t=0 рамка АХ расположена горизонтально и в ней индуцируется ЭДС
• eA = Етsin ωt.
• Точно такая же ЭДС будет индуцироваться и в рамке ВY, когда она повернется на 120° и займет положение рамки АХ. Следовательно, при t=0
• еB=Eтsin(ω t—120°).
• ЭДС в рамке СZ:
• eC = Етsin (ω t-240°)=
• =Етsin (ω t+120°).

• Если к каждой из рамок АХ, ВY и СZ подсоединить нагрузку, то в образовавшихся цепях появятся токи.
• Симметричная нагрузка - это когда все три нагрузочных сопротивления равны по значению и имеют одинаковый характер.

3. Соединение обмоток трёхфазного генератора «звездой» и «треугольником».

• В целях экономии обмотки трехфазного генератора соединяют звездой или треугольником. При этом число соединительных проводов от генератора к нагрузке уменьшается до трех или четырех.

Соединение обмоток «звездой»

• На электрических схемах трехфазный генератор принято изображать в виде трех обмоток, расположенных под углом 120° друг к другу. При соединении звездой концы этих обмоток объединяют в одну точку, которую называют нулевой точкой генератора и обозначают О. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С.

Соединение обмоток «треугольником»

• При соединении треугольником конец первой обмотки генератора соединяют с началом второй, конец второй — с началом третьей, конец третьей— с началом первой. К точкам А, В, С подсоединяют провода соединительной линии.

4. а. Соединение потребителей «звездой»

• Провод ОО' называют нулевым (четырехпроводная цепь). В соответствии с первым законом Кирхгофа вектор тока в нулевом проводе
• Iо = IA + IВ + IС.

Симметричная нагрузка

• При симметричной нагрузке, когда сопротивления zA, zB и zC равны между собой и имеют одинаковый характер, векторы токов IА, Iв, Iс равны по абсолютному значению и образуют трехлучевую звезду, у которой углы между лучами равны 120°, в этом случае векторная сумма токов равна нулю:IA+IB+IC=0, нулевой провод не нужен. Получается схема трехфазной трехпроводной цепи.

Симметричная нагрузка

• ZA=ZB = ZC = Z, φA = φB = φC= φ.
• К зажимам А, В, С подходят провода линии электропередачи — линейные провода.
• Введем обозначения: Iл—линейный ток в проводах линии электропередачи;
• Iф — ток в сопротивлениях (фазах) нагрузки;
• Uл — линейное напряжение между линейными проводами;
• Uф — фазное напряжение на фазах нагрузки.
• напряжения UAB, UBC и UCA являются линейными, а напряжения UA, UВ UС — фазными.
• UAB=UA-UB; UBC=UB-UC; UCA=UC-UA

• Векторную диаграмму, начинаем строить с изображения звезды фазных напряжений UA UB UC.

• Затем строим вектор UAB — как геометрическую сумму векторов UA и — UB, UBC — как геометрическую сумму векторов UB и —Uc, вектор UCA—как геометрическую сумму векторов Uc и — UA.

• Для полноты картины на векторной диаграмме изображены также векторы токов, отстающих на угол φ от векторов соответствующих фазных напряжений (нагрузку считаем индуктивной).
• На построенной векторной диаграмме начала всех векторов совмещены в одной точке (полюсе), поэтому ее называют полярной. Основное достоинство полярной векторной диаграммы — ее наглядность.

Топографическая векторная диаграмма при симметричной нагрузке

Соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями

• В симметричной звезде фазные и линейные токи и напряжения связаны соотношениями

• Нулевой провод в четырехпроводной цепи предназначен для обеспечения симметрии фазных напряжений при несимметричной нагрузке.
• Не симметрия фазных напряжений недопустима, так как приводит к нарушению нормальной работы потребителей, рассчитанных на определенное рабочее напряжение

• Но при заданных сопротивлениях нагрузки ZA, ZB, ZC токи могут измениться только за счет изменения фазных напряжений. Следовательно, обрыв нулевого, провода в общем случае приводит к изменению фазных напряжений; симметричные фазные напряжения становятся несимметричными.

Топографическая векторная диаграмма ЭДС и напряжений трехфазной цепи при отсутствии нулевого провода

4. б. Соединение потребителей «треугольником»

Векторные диаграммы

Соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями

• В симметричном треугольнике фазные и линейные токи и напряжения связаны соотношениями

5. Мощность трёхфазной системы.

Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей ее фаз:

Р=РА+РВ + РС.

Реактивная мощность трехфазной цепи равна сумме реактивных мощностей ее фаз:

Q=QA+QB+QC

Очевидно, что в симметричной трехфазной цепи

РА = РВ = РС = Рф; QА = QВ=Qc=Qф

Тогда Р=ЗРФ, Q = 3Qф.

Мощность одной фазы определяется по формулам для однофазной цепи.

Р = 3UфIф cos φ; Q=3 UфIф sin φ.

Мощности в симметричной цепи

Активная мощность симметричной цепи, Вт

Р=

Аналогично, реактивная мощность, вар

Q=

Полная мощность, ВА

Коэффициент мощности

• Коэффициент мощности симметричной трехфазной цепи находят как отношение активной и полной мощностей :

6. Схема измерения активной мощности в симметрической трехфазнойсистеме.

даны схемы включения однофазного ваттметра для измерения активной мощности одной фазы при соединении приемников энергии звездой и треугольником. В обеих схемах токовая обмотка ваттметра включена последовательно с той фазой приемника, параллельно которой включена цепь напряжения ваттметра.

7. Основы расчёта трёхфазной цепи при симметричной нагрузке.

Задача: К зажимам генератора с фазным напряжением 220В подключен приемник, соединенный треугольником, каждая фаза которого имеет сопротивление равное 10 Ом. Коэффициент мощности симметричной трехфазной цепи равен 1. Определить фазные токи генератора, активную, реактивную и полную мощности.

Методика расчета

Дано: Uф=220В

RAB=RBC =RCA=10 Ом

1

Найти: IA,IB, IC, P,Q,S.

Расчет выполняется по формулам, приведенным выше.

Нелинейные элементы электрических цепей

Нелинейные элементы

• Нелинейными называются элементы, параметры которых зависят от величины и (или) направления связанных с этими элементами переменных (напряжения, тока, магнитного потока, заряда, температуры, светового потока и др.) 

Нелинейные элементы

• К нелинейным элементам электрических целей относятся разнообразные электронные, полупроводниковые и ионные приборы, устройства, содержащие намагничивающие обмотки с ферромагнитными магнитопроводами (при переменном токе), лампы накаливания, электрическая дуга и др.

ВАХ нелинейных элементов

• Важнейшей характеристикой нелинейных элементов является вольт-амперная характеристика (ВАХ), представляющая собой зависимость между током нелинейного элемента и напряжением на его выводах: I(U) или U(I).

ВАХ нелинейных элементов

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ) нелинейных элементов отличается от прямой линии.

ВАХ нелинейных элементов

• Нелинейные элементы описываются нелинейными характеристиками, которые не имеют строгого аналитического выражения, определяются экспериментально и задаются таблично или графиками.

ВАХ нелинейных элементов

а — линейный элемент

б —лампа накаливания 

в - полупроводниковый диод

г - транзистор (при различных токах базы)

д -терморезистор

 е - стабилитрон

• Нелинейные элементы можно разделить на двух – и многополюсные. Последние содержат три (различные полупроводниковые и электронные триоды) и более (магнитные усилители, многообмоточные трансформаторы, тетроды, пентоды и др.) полюсов, с помощью которых они подсоединяются к электрической цепи. 

• Нелинейные элементы можно разделить на инерционные и безынерционные. 

• Инерционными называются элементы, характеристики которых зависят от скорости изменения переменных. Для таких элементов статические характеристики, определяющие зависимость между действующими значениями переменных, отличаются от динамических характеристик, устанавливающих взаимосвязь между мгновенными значениями переменных. 

• Безынерционными называются элементы, характеристики которых не зависят от скорости изменения переменных. Для таких элементов статические и динамические характеристики совпадают.

• Понятия инерционных и безынерционных элементов относительны: элемент может рассматриваться как безынерционный в допустимом (ограниченном сверху) диапазоне частот, при выходе за пределы которого он переходит в разряд инерционных.

• В зависимости от вида характеристик различают нелинейные элементы с симметричными и  несимметричными характеристиками. 

• Симметричной называется характеристика, не зависящая от направления определяющих ее величин, т.е. имеющая симметрию относительно начала системы координатF(x)=-F(-x).
• Для несимметричной характеристики это условие не выполняется, т.е.  F(x)≠-F(-x)

а, в – симметричные ВАХ



б, г – несимметричные ВАХ

• По типу характеристики можно также разделить все нелинейные элементы на элементы с однозначной  и неоднозначной характеристиками.
• Однозначной называется характеристика , у которой каждому значению х соответствует единственное значение y и наоборот.
• В случае неоднозначной характеристики каким-то значениям х может соответствовать два или более значения  y  или наоборот.

• Все нелинейные элементы можно разделить на управляемые и неуправляемые. В отличие от неуправляемых управляемые нелинейные элементы (обычно трех- и многополюсники) содержат управляющие каналы, изменяя напряжение, ток, световой поток и др. в которых, изменяют их основные характеристики.

• Примеры неуправляемых нелинейных элементов: лампы накаливания, электрическая дуга, бареттер, стабилитрон, нелинейное полупроводниковое сопротивление, диоды и др.
• Примеры управляемых нелинейных элементов: электронные лампы, транзисторы, тиристоры и др.

Нелинейные электрические цепи

• Нелинейными называются электрические цепи, содержащие нелинейные элементы

Методы расчета нелинейных цепей

• Общих методов расчета нелинейных цепей не существует. Известные приемы и способы имеют различные возможности и области применения. В общем случае при анализе нелинейной цепи описывающая ее система нелинейных уравнений может быть решена следующими методами:
• графическими;
• аналитическими;
• графо-аналитическими;
• итерационными.

При использовании этих методов задача решается путем графических построений на плоскости. При этом характеристики всех ветвей цепи следует записать в функции одного общего аргумента. Благодаря этому система уравнений сводится к одному нелинейному уравнению с одним неизвестным. Формально при расчете различают цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединениями.

а - схема последовательного соединения двух нелинейных элементов НЭ1 и НЭ2

Цепи с последовательным соединением нелинейных резистивных элементов

При последовательном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента принимается ток, протекающий через последовательно соединенные элементы. 
По заданным ВАХ   отдельных нелинейных резистивных элементов U1(I), U2(I) в системе декартовых координат U-I   строится результирующая зависимость U(I)=∑Un(I) (рис б). Затем на оси напряжений откладывается точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине напряжения на входе цепи, из которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения с зависимостью U(I). Из точки пересечения перпендикуляра с кривой  U(I)   опускается ортогональ на ось токов – полученная точка соответствует искомому току в цепи, по найденному значению которого с использованием зависимостей  U1(I) и U2(I)  определяются напряжения   U1 и U2  на отдельных нелинейных резистивных элементах.
Цепи с последовательным соединением нелинейных резистивных элементов

а - схема параллельного соединения двух нелинейных элементов НЭ1 и НЭ2

Цепи с параллельным соединением нелинейных резистивных элементов

При параллельном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента принимается напряжение, приложенное к параллельно соединенным элементам.
По заданным ВАХ I1(U), I2(U)   отдельных резисторов в системе декартовых координат  U-I строится результирующая зависимость I(U)=∑In(U). Затем на оси токов откладывается точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине тока источника на входе цепи (при наличии на входе цепи источника напряжения задача решается сразу путем восстановления перпендикуляра из точки, соответствующей заданному напряжению источника, до пересечения с ВАХ  In(U), из которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения с зависимостью I(U). Из точки пересечения перпендикуляра с кривой  I(U) опускается ортогональ на ось напряжений – полученная точка соответствует напряжению на нелинейных резисторах, по найденному значению которого с использованием зависимостей In(U)   определяются токи  I1 и I2  в ветвях с отдельными резистивными элементами.
Цепи с параллельным соединением нелинейных резистивных элементов

Трансформаторы

Принцип действия трансформатора

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

Электрические машины постоянного тока

Электрические машины переменного тока

Принцип действия синхронного двигателя

• В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор располагается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные

Асинхронный двигатель переменного тока

Принцип действия асинхронного двигателя (АД)

Различают АД с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Принцип действия асинхронного двигателя (АД)

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Электроизмерительные приборы