- •Учебная программа
- •2. Электрическая цепь постоянного тока. Основные элементы и их условно-графические обозначения. Методы расчета цепей постоянного тока (правила Кирхгофа, метод эквивалентных преобразований).
- •3. Основные электроизмерительные приборы. Способы измерения электрических величин и расчет параметров элементов электрической цепи.
- •4. Основные электроизмерительные приборы. Схемы включения. Расширение пределов измерения (шунты, добавочные резисторы). Особенности работы с многопредельными приборами.
- •5. Классы точности электроизмерительных приборов. Погрешность электрических измерений и способы ее минимизации при выборе измерительного прибора.
- •8. Электрическая цепь переменного тока. Характеристики идеальных и реальных элементов цепи переменного тока. Условно-графические обозначения. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
- •9. Идеальные элементы (резистивный, индуктивный и емкостный) в цепи переменного тока. Определения, основные соотношения и особенности цепи. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
- •10. Реальная катушка и реальный конденсатор в цепи переменного тока. Определения, основные соотношения и особенности цепи. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
- •11. Последовательная цепь переменного тока, содержащая резистивный, индуктивный и емкостный элементы. Основные соотношения и особенности цепи.
- •12. Расчет последовательной цепи переменного тока. Схема замещения. Резонанс напряжений. Особенности цепи.
- •13. Расчет параллельной цепи переменного тока. Последовательная эквивалентная схема замещения. Резонанс токов. Особенности цепи.
- •14. Преимущества трехфазных систем. Трех- и четырехпроводные системы. Основные определения. Соединение фаз потребителя по схеме «Звезда» и «Треугольник» (схемы и основные соотношения).
- •17. Преимущества трехфазных систем. Мощность в трехфазной цепи. Способы измерения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях.
- •21. Основные характеристики магнитного поля. Свойство ферромагнитных материалов и особенности их поведения в переменных магнитных полях. Явления гистерезиса и вихревых токов.
8. Электрическая цепь переменного тока. Характеристики идеальных и реальных элементов цепи переменного тока. Условно-графические обозначения. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
ОТВЕТ: 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.
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 (идеальная катушка) |
Емкостной элемент |
Индуктивный элемент характеризуется понятием индуктивность и связан с наличием переменного магнитного поля. - индуктивность.- магнитное потокосцепление, где- число витков,- 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 измененияпутём перемещения ферромагнитного сердечника катушки.. |
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 и реальный конденсатор (активно-индуктивный (R-L) и активно-емкостной (R-C) элементы в цепи переменного тока).
В любом электротехническом изделии, включённом в цепь переменного тока, происходит два энергетических процесса:
1. Процесс преобразования электроэнергии. Происходит в активном элементе R.
2. Периодический обратимый процесс обмена электроэнергией. Происходит в реактивном элементе x.
Поэтому любое электротехническое устройство на схеме может быть представлено как комбинация двух идеальных элементов.
z– реальное электротехническое устройство →.
С целью упрощения ЭЦ в ряде случаев можно пренебречь наличием переменных электромагнитных полей (ЭМП). → Q=0 →x=0.
Примером такого устройства может служить резистор, лампа накаливания, нагревательный элемент. В этом случае:
1. .
2. Если в электротехническом устройстве можно пренебречь тепловыми потерями (преобразованиями) электроэнергии, то → Р=0 → R=0, тогда:
. Катушка рассматривается как идеальный индуктивный элемент.
3. .
R-L(реальная катушка) |
R-С (реальный конденсатор) |
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: |
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 | |
для действительного значения. , |
, |
Особенности цепи | |
1. Сдвиг фаз | |
В RL цепи: Напряжение опережает ток. |
В RС цепи: Ток опережает напряжение. |
2. Коэффициент использования мощности (КИМ) . | |
Характеризует степень преобразования электроэнергии в другие виды, то есть в работу как полную так и бесполезную. КИМ . | |
3. Результирующая векторная диаграмма. | |
,. |
,. Знак «-» обычно опускается и обозначает емкостной характер цепи.. |
4. Треугольники напряжений, сопротивлений и мощности. | |
Если вектор напряжения на векторной диаграмме (ВД) разложить на активную и реактивную составляющие, то получим треугольник напряжений. | |
Если напряжения поделить на ток, получим скалярный треугольник сопротивления R. | |
,,,,,. | |
Если треугольник сопротивлений умножить на квадрат силы тока (I2), получим треугольник мощности. | |
,,,,,. | |
5. Закон Ома. ,. | |
Произведение действующих значений напряжения между выводами источника и тока источникаопределяет 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.,.
..