- •Содержание
- •Г л а в а 6. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока
- •Приложение
- •Введение
- •Электростатическое поле
- •1. Закон кулона
- •2. Напряженность электрического поля
- •3. Диэлектрическая проницаемость
- •Контрольные вопросы
- •Проводники в электрическом поле. Цепи постоянного тока. Токопроводящие материалы.
- •1. Электрический ток
- •2. Напряженность электрического поля, потенциал, напряжение и эдс
- •3. Электрическое сопротивление и проводимость
- •4. Закон ома
- •5. Законы кирхгофа
- •6. Соединение резисторов
- •7. Закон джоуля-ленца. Нагревание проводников.
- •8. Короткое замыкание и перегрузки. Тепловая защита.
- •9. Мощность
- •10. Электрические цепи с несколькими источниками энергии
- •11. Делитель напряжения
- •12. Потери напряжения и мощности в проводах
- •13. Передача электрической энергии по проводам
- •14. Токопроводящие материалы
- •Контрольные вопросы
- •Диэлектрики в электрическом поле. Изоляция электротехнических материалов. Диэлектрические материалы.
- •1. Строение диэлектрика.
- •2. Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация диэлектрика
- •3. Электрическая емкость. Конденсаторы.
- •4. Соединение конденсаторов
- •5. Энергия электрического поля конденсатора
- •6. Электрический пробой диэлектрика
- •7. Диэлектрические материалы. Изоляция электротехнических материалов.
- •Контрольные вопросы
- •Магнитное поле. Электромагнетизм и электромагнитная индукция. Магнитные материалы.
- •1. Магнитное поле в неферромагнитной среде. Основные понятия
- •2. Напряженность и индукция магнитного поля
- •3. Магнитный поток.
- •4. Индуктивность.
- •5. Магнитные свойства веществ. Магнитная проницаемость
- •Магнитные свойства ферромагнитных материалов. Намагниченность.
- •7. Циклическое перемагничивание. Гистерезис.
- •8. Ферромагнитные материалы
- •9. Электромагнитные силы
- •10. Электромагнитная индукция
- •11. Вихревые токи
- •12. Эдс самоиндукции и взаимоиндукции
- •Контрольные вопросы
- •Линейные электрические цепи переменного тока
- •Основные определения
- •Сложение синусоидальных величин
- •Среднее значение синусоидальных величин
- •Контрольные вопросы
- •Элементы и параметры электрических цепей переменного тока
- •1. Цепь с активным сопротивлением
- •2. Электрическая цепь с индуктивностью
- •Резонанс напряжений
- •Параллельное соединение r, l, c – элементов
- •Контрольные вопросы
- •Трехфазные электрические цепи
- •Принципы построения трехфазных электрических цепей
- •Соединение звезда. Несимметричная нагрузка. Явление перекоса фаз
- •Нулевой провод
- •Мощность трехфазной системы
- •Контрольные вопросы
- •Нелинейные электрические цепи
- •Характеристики нелинейных электрических цепей и элементов
- •Электрическая цепь с нелинейным индуктивным элементом
- •Трансформаторы
- •Контрольные вопросы
- •Электрические машины переменного тока
- •Вращающееся магнитное поле
- •Устройство асинхронного двигателя
- •Принцип работы асинхронного двигателя
- •Регулирование числа оборотов асинхронного двигателя
- •Однофазные асинхронные двигатели
- •Синхронный генератор. Устройство и принцип работы
- •Синхронный двигатель. Принцип работы
- •Контрольные вопросы
- •Машины постоянного тока
- •Общие сведения
- •Устройство и работа генератора постоянного тока
- •Типы генераторов постоянного тока
- •Генератор с независимым возбуждением
- •Генератор с параллельным возбуждением
- •Генератор с последовательным возбуждением
- •Генератор со смешанным возбуждением
- •Двигатели постоянного тока
- •Контрольные вопросы
- •Переходные процессы в электрических цепях
- •Основные определения
- •2. Зарядка и разрядка конденсатора
- •3. Релаксационные колебания
- •4. Включение и выключение реальной индуктивной катушки при постоянном напряжении источника
- •5. Разрядка конденсатора на индуктивность
- •Контрольные вопросы
- •Современные способы получения электрической энергии. Виды силовых электростанций. Альтернативная электроэнергетика.
- •1. Тепловые электростанции (тэс)
- •Экологические проблемы тэс
- •2. Гидравлические электрические станции (гэс).
- •3. Гидроаккумулирующие электрические станции (гаэс)
- •4. Приливные электрические станции
- •5. Атомные электрические станции (аэс)
- •55Cs140→56Ba140→57La140→58Ge140→стабильное ядро;
- •37Rb94→38Sr94→39y94→40Zr90→ стабильное ядро.
- •Магнитогидродинамическое преобразование энергии (мгд-генераторы).
- •7. Термоэмиссионные генераторы
- •8. Солнечные электростанции
- •9. Электрохимические генераторы
- •10. Термоэлектрические генераторы
- •11. Геотермальные электростанции
- •12. Термоядерная энергетика
- •13. Водородная энергетика
- •14. Понятие о единой энергетической системе.
- •Контрольные вопросы
- •Атомно-молекулярная теория строения вещества
- •Структура и строение атома
- •Линейчатый спектр. Постулаты бора и квантование орбит
- •Корпускулярно - волновой дуализм нанообъектов. Волны де-бройля
- •Туннелирование
- •Классификация наноматериалов
- •8. Трехмерные наноматериалы
- •Размерные эффекты и свойства нанообъектов
- •Химические свойства наноматериалов
- •Тепловые свойства нанообъектов
- •Магнитные свойства нанообъектов
- •Функциональные и конструкционные углеродные наноматериалы.
- •Получение углеродных наноструктур
- •Применение и использование наноматериалов в практической деятельности
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Сложение векторов.
- •Метод комплексных чисел
- •Расчет цепей методом узлового напряжения
Контрольные вопросы
Как взаимодействуют полюса магнита?
Что называется магнитным полем?
Как графически изображается магнитное поле прямого магнита?
Какими свойствами обладают силовые линии магнитного поля?
В чем заключается магнитное действие тока?
Какие материалы называют ферромагнитными?
Каково устройство электромагнита?
В каких единицах измеряется магнитная индукция?
От каких величин зависит сила выталкивания проводника с током из магнитного поля?
Что такое магнитный поток и в каких единицах он измеряется?
Что такое остаточный магнетизм?
В чем заключается явление электромагнитной индукции?
От каких величин зависит эдс индукции?
От каких величин зависит индуктивность катушки?
В чем заключается правило Ленца?
Г л а в а 5
Линейные электрические цепи переменного тока
Основные определения
В современной практике чаще используются переменные токи, т.к. в сравнении с постоянными токами они обладают рядом существенных преимуществ:
Изготовление генераторов и двигателей переменного тока экономически, а зачастую и технически более выгодно в сравнении с генераторами и двигателями постоянного тока.
Переменный ток легко трансформируется.
Переменный ток легко преобразуется в постоянный.
Переменными называют токи (напряжение, эдс), меняющийся во времени.
Эти величины с течением времени могут изменяться только по величине (рис.61 а)
а б
Рис.61
или по направлению (рис. 61б), а также и по величине, и по направлению по различным
Рис.62
законам (рис.62 а,б).
В практике среди переменных токов наибольшее распространение получили синусоидальные токи благодаря следующим преимуществам:
При подаче синусоидального сигнала на обмотки трансформатора, на его выходе напряжение остается синусоидальным, т.е. сигнал при преобразовании не искажается;
Использование несинусоидальных токов в электротехнических устройствах, а также при электропередаче приводит к дополнительным электрическим потерям;
Синусоидальные токи, напряжения, эдс при анализе и расчетах легко поддаются математической обработке, т.к. синусоидальная функция – функция, имеющая подобную себе производную.
Синусоидальным переменным током (напряжением, эдс) называется такой периодический ток, который изменяет свое направление и величину по закону синуса или косинуса.
Аналитически зависимость тока от времени можно представить выражением:
(5-1)
где - мгновенное значение тока,– максимальное или амплитудное значение тока; аргумент функции (𝜔𝑡+𝛼) называется фазой, отсчитываемой от точки перехода тока через нуль к положительному значению; α – начальная фаза – значение фазы синусоидального тока в начальный момент времени.
Так как синусоидальной функцией можно описать вращательное движение, то под угловой частотойωпонимают скорость изменения переменной величины, где путь, пройденный этой переменной, выражен в радианах.
Откуда следует, что
(5-2)
При Тогда=, где- период, а ʋ = 1/T–частота колебаний. Период измеряется в секундах (с), а частота в герцах (Гц).
Графическое изображение синусоидальных величин. Графически синусоидально изменяющиеся функции изображаются синусоидами (рис.63 а) или вращающимися векторами (рис. 63б). В первом случае (временная диаграмма) ординаты синусоиды представляют
Рис.63
собой мгновенные значения функции, а абсциссы – промежутки времени или фазы. Синусоида наглядно отражает изменения переменной величины во времени. Во втором случае (векторная диаграмма) длина вращающегося вектора отражает амплитуду, а угол, образованный этом вектором и осью абсцисс – фазу переменной. Проекции вращающегося вектора на ось ординат определяют мгновенные значения переменной.
При анализе цепей переменного тока, в большинстве случаев, нужно определять действующие значения токов (напряжений, эдс) и сдвиги фаз между ними. Для этой цели достаточно построения векторных диаграмм токов и напряжений соответствующих цепей. Такие диаграммы строятся для неподвижных векторов, т.е. векторы напряжений и токов цепи рассматриваются в положении, которое они занимают в определенный момент времени. Совокупность векторов, изображающих синусоидальные величины одинаковой частоты, называют векторной диаграммой.
Так как на векторной диаграмме представляют переменные величины одной частоты, то вращение векторов происходит с одной и той же угловой скоростью, а, следовательно, взаимное расположение их во времени остается неизменным. Это дает возможность наглядно видеть взаимное расположение синусоидальных величин в пространстве.
Построение векторных диаграмм существенно упрощает анализ цепей переменного тока. В большинстве случаев диаграммы используют лишь для того, чтобы, руководствуясь показываемыми ими соотношениями, составить уравнения Кирхгофа. В таких случаях нет необходимости строить диаграммы в точно определенных масштабах.
На векторных диаграммах взаимное расположение векторов не зависит от выбранного момента времени и направления первого вектора.