Электротехника и электроника Ч.1


The Presentation inside:

Slide 0

Электротехника и электроника Ч.1


Slide 1

Основной: 2. Касаткин, А.С. Электротехника: учеб. пособие / А.С. Касаткин. ? М.: Academia, 2003. 2007. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛЕКЦИЯ 1


Slide 2

3. Иванов, И.И. Электротехника: учеб. Пособие / И.И. Иванов, Г.И. Соловьев, В.С. Равдоник. – СПб.: Лань, 2008. Дополнительный: 4. Евсеев, М.Е. Теоретические основы электротехники. Установившиеся процессы в линейных электрических цепях: сб. тестовых карт: учеб. пособие / М.Е. Евсеев. ? СПб.: Изд-во СЗТУ, 2006.


Slide 3


Slide 4


Slide 5

1. Электрическая цепь, ее элементы и параметры Электрические цепи синусоидального тока Резонанс в линейных электрических цепях Методы расчета сложных электрических цепей Индуктивно связанные цепи Трёхфазные источники ЭДС Электрические машины Электротехника и электроника ч.1 2. 3. 4. 5. 6. 7. Структурная схема дисциплины


Slide 6

[A] – ампер ; q [Кл] – кулон Раздел 1. Электрическая цепь, ее элементы и параметры 1.1. Электрическое напряжение и ток. Условное положительное направление тока Упорядоченное движение зарядов под воздействием электрического поля называется электрическим током.


Slide 7

За положительное направление тока принимается направление движение положительных зарядов. Поэтому стрелка направлена к потенциалу, который больше по величине потенциала откуда стрелка выходит Перед расчетом на схеме стрелками обозна- чаются условные положительные направления токов, которые выбираются произвольно. Направления напряжения и тока должны совпадать по направлению


Slide 8

Разность потенциалов на участке электрической цепи – называется напряжением. i А u В ??А ??В [В] – вольт ?А, ?В – потенциалы точек А и В; u – мгновенное напряжение (изменяется во времени). Положительное направление а принимается таким же, как у тока на этом участке. Напряжение u связано с работой А по переносу заряда q :


Slide 9

1.2. Мгновенная мощность и энергия р – мгновенная мощность [Вт] – ватт; W – энергия, [Дж] – джоуль


Slide 10

1.3. Идеальный элемент – сопротивление iR R uR Элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс превращения электрической энергии в тепло и больше ничего – называется идеальным элементом сопротивления. R – количественно определяется величиной сопротивления, [Ом] g – проводимость, [См] – сименс


Slide 11

Основная характеристика сопротивления – вольтамперная характеристика, зависимость мгновенных значений напряжения uR от мгновенных значений тока iR . uR iR 1 2 1 – характеристика линейна R = const 2 – характеристика нелинейна R ? const


Slide 12

Связь напряжений и токов в сопротивлении Таким образом мгновенная мощность – Р > 0, т. е. энергия от источника поступает в сопротивление и превращается в тепло.


Slide 13

1.4. Идеальный элемент – индуктивность – потокосцепление w – число витков; Ф – магнитный поток, [Вб] – вебер L – величина индуктивности, характеризует способность конструкции создавать магнитное поле, [Гн] – генри. L iL uL Индуктивность – идеальный элемент, запасающий энергию в виде энергии магнитного поля. [Вб] [Гн]


Slide 14

Основная характеристика индуктивности – веберамперная характеристика, зависимость потокосцепления от тока. 1 – характеристика линейна. (воздух, дерево, медь, алюминий и т. д.), L = const 2 – характеристика нелинейна. Магнитное поле распространяется в ферромагнетике, L ? const При попытке изменить магнитный поток согласно закону электромагнитной индукции, индуктивность развивает ЭДС, препятствующую этому изменению.


Slide 15

В результате на индуктивности появляется напряжение: Таким образом мгновенная мощность Если р ? 0 – индуктивность запасает энергию от источника; Если р ? 0 – индуктивность отдает энергию источнику.


Slide 16

1.5. Идеальный элемент емкость Емкость – идеальный элемент, запасающий энергию в виде энергии электрического поля. [Ф] – фарада Связь мгновенного напряжения и тока:


Slide 17

Если р ? 0 – емкость запасает энергию; если р ? 0 – емкость отдает энергию.


Slide 18

Контрольные вопросы к лекции 1 1. Что происходит с энергией, которая поступает в сопротивление? 2. Укажите основное свойство индуктивности. 3. Укажите основное свойство емкости. 4. Если р ? 0 – индуктивность запасает энергию от источника или отдает энергию источнику ? 5. Если р < 0 – емкость запасает энергию от источника или отдает энергию источнику? 6. Укажите единицы измерения индуктивности, емкости, магнитного потока.


Slide 19

ЛЕКЦИЯ 2 Схемы замещения идеальными элементами R, L, C Cхема замещения катушки индуктивности (дросселя) i u Ф Ф Е Е Е Е Ф – магнитное поле; Е – электрическое поле


Slide 20

R – сопротивление проводов; (нагрев) L – основной параметр (магнитное поле); С – межвитковая емкость (нежелательный параметр) Cхема замещения конденсатора R – тепловые потери в диэлектрике; L – собственная индуктивность (нежелательный параметр); С – основной параметр


Slide 21

1.6. Источники напряжения. Источники тока Источником напряжения – называется источник, напряжение на зажимах которого мало зависит от потребляемого от него тока. RВН u RН a b Идеальный источник ЭДС RВН – внутреннее сопротивление источника; RН – сопротивление нагрузки i


Slide 22

Внешняя характеристика источника – зависимость u от i, u(i) u e 0 i RВН = 0 RВН ? 0 Источником тока – называется источник, ток которого мало зависит от напряжения на его зажимах. J u RН a b i – внутренняя проводимость источника


Slide 23

Идеальный источник тока Внешняя характеристика источника – зависимость i от u, i (u) i J 0 u = 0 ? 0 i1


Slide 24

1.7. Основные понятия, относящиеся к электрической цепи Схема состоит из ветвей, узлов и контуров.


Slide 25

Законы Кирхгофа 1. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. 2. Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в контуре, равна алгебраической сумме напряжений на элементах контура.


Slide 26


Slide 27

1.8. Электрические цепи постоянного тока Расчет цепи при последовательном соединении


Slide 28

По второму закону Кирхгофа: Расчет цепи при параллельном соединении


Slide 29

По первому закону Кирхгофа: gЭ


Slide 30

ПРИМЕР. Дано: R1 = 8 Ом; R2 = 8 Ом; R3 = 4 Ом. Найти: RЭ – ? Расчет ведем через проводимость: При параллельном соединении двух элементов. R1 U R2 Найти: R12 – ? Также:


Slide 31

Расчет электрической цепи при смешанном соединении участка I1 R1 U1 I3 R4 I R3 I2 U U2 U4 U3 II R2 а) ПРИМЕР. Дано: R1 = 3 Ом; R2 = 8 Ом; R3 = 2 Ом; R4 = 6 Ом; U = 14 В. Найти: все напряжения и токи – ? 1. Задачу решаем по закону Ома: 2. Для определения RЭ поэтапно упрощаем схему, рассчитывая те участки, где элементы соединены явно последовательно и явно параллельно:


Slide 32

R1 На упрощенной схеме обозначаем U и I, перенося их с исходной схемы, если это возможно. I1 U1 I3 R34 I2 U U2 U34 R2 б) 3. Определяем входной ток: 4. Остальные напряжения и токи определяем первоначально по самой простой схеме в): в)


Slide 33

Переходим к схеме б): Переходим к исходной схеме а):


Slide 34

Поверка по законам Кирхгофа: 1-й контур 2-й контур


Slide 35

Контрольные вопросы к лекции 2 1. Какой источник называется источником напряжения ? 2. Какой источник называется источником напряжения ? 3. Чему равна алгебраическая сумма токов в узле в любой момент времени? 4. Чему равна алгебраическая сумма напряжений в контуре в любой момент времени? 5. Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединенных сопротивлений? 6. Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из параллельно соединенных сопротивлений?


Slide 36

Раздел 2. Электрические цепи синусоидального тока Производство Транспортировка Потребление ПРИМЕР. U = 100 В; Р = 100000 кВт. Тогда Учитывая, что допустимая плотность тока: 33 33 ЛЕКЦИЯ 3


Slide 37

2.1. Периодические синусоидальные u, i , e Um, Im, Em, - максимальные значения или амплитуда синусоиды; Т – период т. е. интервал, через который процесс повторяется. [Гц] герц – циклическая частота синусоиды [рад/с] – круговая или угловая частота


Slide 38

Действующие значения переменных синусоидальных ЭДС, напряжений и токов e, u, i Действующее значение переменного тока численно равно величине постоянного тока, эквивалентно данному переменному по выделяемому теплу и производимой работе. Математически действующее значение: Действующие значения переменных е, u, i обозначаются теми же буквами, что и постоянные – E, U, I .


Slide 39

Для синусоиды: Определим амплитуду напряжения в розетке:


Slide 40

2.2.


Slide 41

Синусоидальный ток в сопротивлении В сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе:


Slide 42


Slide 43

Осциллограммы напряжения и тока в сопротивлении


Slide 44

Синусоидальный ток в индуктивности u - реактивное сопротивление индуктивности p 0 u,i ?t u i p>0 p?0


Slide 45

Осциллограммы напряжения и тока в индуктивности


Slide 46

Синусоидальный ток в емкости - реактивное сопротивление емкости - напряжение изменяется по синусоидальному закону


Slide 47

Синусоидальный ток в емкости - реактивное сопротивление емкости p 0 u,i ?t u i p>0 p?0


Slide 48

Осциллограммы напряжения и тока в емкости


Slide 49

2.3. Расчет электрический цепи синусоидального тока с помощью векторной диаграммы VR = 40 В; VL = 105 В; VC = 75 В; Vвх – ? В цепях переменного синусоидального тока законы Кирхгофа выполняются в векторной форме:


Slide 50

Построим векторную диаграмму, принимая за основание вектор тока, который проходит через все элементы. По теореме Пифагора:


Slide 51

1. Чему равна амплитуда напряжения (тока) ? 2. Чему равно действующее значение напряжения (тока)? 3. С какой целью изображают синусоидальные токи и напряжения векторами ? 4. Какое фазовое соотношение между током и напряжением в индуктивности? 5. Какое фазовое соотношение между током и напряжением в сопротивлении? 6. Какое фазовое соотношение между током и напряжением в емкости? Контрольные вопросы к лекции 3


Slide 52

2.4. Комплексный метод расчета цепей переменного синусоидального тока Каждому комплексному числу на комплексной плоскости соответствует вектор. 0 Im Re ЛЕКЦИЯ 4


Slide 53

В полярной системе координат А Переход от алгебраической формы записи к показательной: – показательная форма записи комплексного числа, где А – модуль числа; ? - аргумент. Переход наоборот осуществляется по формуле Эйлера:


Slide 54

Операции с комплексными числами Пример: Сложение: Вычитание: Умножение: Деление:


Slide 55

Сложение и вычитание в показательной форме записи осуществить невозможно, а умножение и деление:


Slide 56

Рассмотрим комплексную функцию времени: Комплексное изображение периодических синусоидальных e, u, i, их производных и интегралов


Slide 57

Такая комплексная функция времени содержит информацию о синусоидальном переменном токе, поэтому переменные е, u, i можно изображать комплексными функциями времени комплексное изображение – · – комплексная амплитуда – комплексное действующее значение


Slide 58

Изображение производной и интеграла имеет вид: . . . . Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме L i1 uC I R C uR uL u Требуется определить параметры синусоидального тока i при синусоидальном входном напряжении:


Slide 59

По второму закону Кирхгофа: (1) Запишем комплексное выражение уравнения (1):


Slide 60

(2) (2) – это комплексное изображение уравнения (1). (3) – комплексное сопротивление – закон Ома в комплексной форме


Slide 61

Комплексные сопротивления элементов: ЗАДАЧА i R = 10 Ом; L = 0,1 Гн; U = 14 sin 100 t Решение Комплексная амплитуда тока –


Slide 62

Переведем комплексный ток из алгебраической формы записи в показательную:


Slide 63

R = 2 Ом; XL = 2 Ом; ХС = 2 Ом. Z - ? Комплексное сопротивление и комплексная проводимость


Slide 64

По комплексному сопротивлению можно составить эквивалентную схему цепи,


Slide 65

Если Z = 1 ? j1 ? схема замещения такая где Rц =1 Ом; Ху = 1 Ом. Сопротивление данной цепи имеет активно-емкостной характер.


Slide 66

Рассмотрим комплексное сопротивление в алгебраической и показательной формах записи z – полное сопротивление цепи, которое показывает, Ом


Slide 67

комплексная проводимость Y : Y ? это величина обратная комплексному сопротивлению. Рассмотрим Y в алгебраической, показательной формах записи: где gц ? активная проводимость цепи; bц ? реактивная проводимость цепи;


Slide 68

Полная проводимость цепи ? показывает, как цепь сдвигает ток относительно напряжения по фазе.


Slide 69

2.5. Расчет разветвленной электрической цепи переменного синусоидального тока комплексным методом R = 2 Ом; XL = 2 Ом; ХС = 2 Ом; U = 6 B. Требуется найти комплексные значения всех токов, а также их действующие значения. 1. Задачу решаем по закону Ома 2. Определяем комплексное сопротивление Z :


Slide 70

Комплексное сопротивление элементов: 3. Определяем комплексные значения напряжения и токов:


Slide 71

Проверка по законам Кирхгофа: Напряжение


Slide 72

Контрольные вопросы к лекции 4 С какой целью применяют комплексное изображение периодических синусоидальных e, u, i ? Выполняются ли законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме ? 3. Если Z = 1 ? j1, то из каких элементов состоит схема замещения? 4. Если Z = 1 +j1, то из каких элементов состоит схема замещения? 5. Можно ли по комплексному сопротивлению составить электрическую схему?


Slide 73

2.6. Активная, реактивная, полная мощности. Коэффициент мощности Среднее значение мощности за период называется активной мощностью и обозначается Р ЛЕКЦИЯ 5


Slide 74

? =0 [Вт] – активная мощность цепи переменного тока


Slide 75


Slide 76


Slide 77


Slide 78

Рассмотрим электрическую систему, состоящую из источника 1, приемника электрической энергии 2 и линии электропередач, либо кабеля. 1 2 Р Q Активная мощность Р характеризует поток энергии от источ-ника к приемнику превращается в приемнике в тепло или работу. Q – реактивная мощность, характеризующая процесс обмена энергией между источником и приемником [вар]


Slide 79

Обменные процессы характеризуемы реактивной мощностью Q загружающей источник и линию электропередач бесполезной энергией, поэтому необходимо уменьшить реактивную мощность Полная мощность S – это мощность источника, необходимого для электропитания данного приемника. [ВА]


Slide 80

Найдем связь между активной, реактивной и полной мощностями:


Slide 81

ПРИМЕР. У потребителя электрической энергии активная мощность Р = 1000 Вт, реактивная мощность Q - 1000 Вар. Требуется определить полную мощность источника S , необходимую для питания такого электрического приемника. Решение. Основным показателем качества потребителя электрической энергии является коэффициент мощности: Для цепей переменного тока:


Slide 82

Для электрических цепей переменного тока показатель качества потребляемой энергии это косинус на практике составляет: По результатам расчета комплексным методом можно определить энергетические характеристики цепи, используя комплексную мощность * * * I – комплексное число, сопряженное входному току данной цепи Действительная часть комплексной мощности это активная мощность Р, а мнимая часть это реактивная мощность Q.


Slide 83

ПРИМЕР. Решение. Требуется определить Р и Q. *


Slide 84

Компенсация реактивной мощности Рассмотрим структуру, содержащую источник городских электросетей 1, подстанцию на территории предприятия 2 и потребителя электрической энергии с активно-индуктивным характером нагрузки. RН LH CК 1 2


Slide 85

Раздел 3. Резонанс в линейных электрических цепях Резонансом в электрической цепи называется такое явление, когда при наличии в цепи сопротивлений индуктивностей и емкостей, напряжение и ток совпадают по фазе 3.1. Резонанс в цепи с последовательным соединением R, L, C (резонанс напряжений)


Slide 86

Условие резонанса вытекает из равенства нулю резонансного сопротивления цепи: Резонанс достигается подбором индуктивности, емкости или частоты: - резонансная частота Запишем комплексное сопротивление цепи:


Slide 87

- значение индуктивности для резонанса - значение емкости для резонанса Из условий резонанса следует: т. е. реактивное сопротивление индуктивность или емкость равны:


Slide 88

Напряжение на элементах: Построим векторную диаграмму, исходя из второго закона Кирхгофа: В такой схеме напряжение на индуктивностях и емкостях может быть значительно больше входного напряжения, поэтому такой резонанс называется резонансом напряжения.


Slide 89

3.2. Частотные характеристики цепи с последовательно соединенными R, L и С jXL R -jXC Построим частотные характеристики активного и реактивного сопротивления электрической схемы: а также частотную характеристику полного сопротивления цепи:


Slide 90

XC(?) X R XL(?) -Z(?) R(?) ? ?0 0 Построим частотную характеристику тока в данной цепи:


Slide 91

0 ? I U/R 0,7(U/R) ?0 ?1 ?2 ?0


Slide 92

Контрольные вопросы к лекции 5 1. Если ? = 0, то чему будет равна реактивная мощность? 2. С какой целью производят компенсацию реактивной мощности? 3. Чему равна действительная часть комплексной мощности? 4. Чему равна мнимая часть комплексной мощности? 5. Чему равен угол сдвига фаз между током и напряжением при резонансе? 6. При изменении только частоты на входе цепи с реактивными элементами будет ли изменятся величина тока?


Slide 93

Раздел 4. Методы расчета сложных электрических цепей Электрическая цепь, содержащая несколько источников ЭДС называется сложной. 4.1. Расчет сложных цепей на основании законов Кирхгофа Лекция 6


Slide 94

Алгоритм расчета 1. Составляем (q-1) уравнение по первому закону Кирхгофа (q – число узлов). Составляем (р – q +1) уравнение по второму закону Кирхгофа для независимых контуров (р – число ветвей). Объединяем уравнения (1,2,3) в систему.


Slide 95

2. Выражаем в системе все напряжения через токи U4 = R4 I3 U5 = R5 I3 U1 = R1 I1 ; U2 = R2 I2; U3 = R3 I3 3


Slide 96

Решаем систему (4) и находим токи I1,I2,I3 . ? - определитель системы (4). ?1, ?2, ? 3 – алгебраические дополнения. Пример : Определите токи I1, I2 ,I3 если R1 = 4 Ом , R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом, Е1 =12 В, Е2 = 2 В.


Slide 97

Решение : 1. Система по законам Кирхгофа: 2. Выражаем напряжение через токи:


Slide 98

3. Подставляем в систему исходные данные и решаем:


Slide 99

Получаем :


Slide 100

4.2. Метод контурных токов Метод контурных токов позволяет уменьшить число уравнений в системе, описывающей цепь. Для этого в независимых контурах обозначают контурные токи (I11,I22)


Slide 101

Система в общем виде: R11 I11 + R12 I22 + R13 I33 +…..+R1n Inn =E11 R21 I11 + R21 I22 + R23 I33 +…..+R2n Inn =E22 - - - - - - - - - - - - - - - - Rn1 I11 + Rn1 I22 + Rn3 I33 +…..+Rnn Inn =Enn


Slide 102

Алгоритм расчета 1. Записываем в общем виде систему уравнений для данного количества контурных токов: R11 I 11+ R12 I 22 =E11 R21 I 11+ R22 I 22 =E11 2. Вычисляем коэффициенты в системе уравнений: а) R11 ; R22 - собственные сопротивления контуров, вычисляются как сумма сопротивлений входящих в данный контур. R11= R1 + R2 + R3 ; R22 = R3 + R4 + R5 ; б) R12 = R21 - взаимное сопротивление контуров. R12 = R21 = R3


Slide 103

в) E11 ; E22 … - собственные ЭДС контуров E11 =E1 ; E22= E2 ; 3. Подставим коэффициенты в систему и находим контурные токи I11; I22; 4. По контурным токам находим токи в ветвях: I1 = I11; I2 = I11 + I22; I3 = I22 ; Пример: определите токи I1; I2; I3 если: R1= 4 Ом, R2= 4 Ом, R3= 2 Ом E1 = 12 В, E2 = 2 В.


Slide 104

Решение 1. Система в общем виде: R11 I 11+ R12 I 22 =E11 R21 I 11+ R22 I 22 =E11 2. Коэффициенты системы: R11 = R1 + R2 =4+4=8 Ом. R22 = R2 + R3 =4+2=6 Ом. R12 = R21=4 Ом. E1 = 12 В, E2 = 2 В.


Slide 105

Вычислим I11 ; I22 8 I11 + 4 I22 =12, 4 I11+ 6 I22 = 2 . 4. Токи в ветвях : I1= I11=2A ; I2= I11 + I22 = 1A ; I3 = I22 = -1A .


Slide 106

4.3. Метод узловых напряжений


Slide 107

Обозначим узловые напряжения в схеме U10, U20 …Uno Система уравнений в общем виде: g11U10 - g12U20 - g13 U30 - … g1nUno = I11 - g21U10 +g22U20 - g23 U30 - … g2nUno = I22 ------------------------------------- - gn1U10 - gn2U20 - gn3 U30 - …+gnnUno = Inn


Slide 108

Алгоритм расчёта Запишем в общем виде систему уравнений: g11U10 - g12U20 = I11 - g21U10 + g22U20 = I22 2. Вычислим коэффициенты в системе: а) g11; g22 ….собственные проводимости узлов как сумма проводимости ветвей находящихся в данном узле.


Slide 109

б) g12=g21 ; g13 =g31…. = взаимные проводимости узлов . g12 = g21= ; в) I11 ; I22; I33 – возмущающие токи узлов, преобразуя источники напряжения в источники тока I11= ; I22 = - ; Подставляем коэффициенты в систему и определяем узловые напряжения . При необходимости вычисляем остальные напряжения и токи. 1 R3 E1 R1 E2 R5


Slide 110

Пример: определите токи I1; I2; I3 ; если: Решение 1. Уравнение в общем виде: g11U10=I11 . R1 = 4 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом E1 = 12 В, E2 = 2 В.


Slide 111

Коэффициенты уравнения: g11 = + + = + + = 1 (См); I11= + = + = 4 A; 3 . Вычисляем U10: U10= = = 4 В; 4. Находим I1, I2, I3; I2= = = 1 A; 1 R1 1 R2 1 4 1 R3 I11 g1 1 1 2 1 4 E1 R1 12 4 2 2 E2 R3 U10 R2 4 1 4 4


Slide 112

I1 = = = 2 A; I3 = = = -1 A; E1 – U10 R1 12 - 4 4 E2 – U10 R3 2 -2 2 Применим обобщенный закон Ома для расчета токов в ветвях


Slide 113

Контрольные вопросы к лекции 6 1. Сколько уравнений надо составить при расчете сложной цепи методом на основе законов Кирхгофа? 2. Сколько уравнений надо составить при расчете сложной цепи методом контурных токов? 3. Сколько уравнений надо составить при расчете сложной цепи методом узловых напряжений?


Slide 114

4. Сколько уравнений надо составить для этой схемы? а) по законам Кирхгофа: б) методом контурных токов; в) методом узловых напряжений Контрольные вопросы к лекции 6


Slide 115

4.4. Метод наложения Согласно методу наложения ток в любой ветви сложной электрической цепи может быть вычислен как алгебраическая сумма токов от воздействия каждого источника в Лекция 7


Slide 116

Пример: определите токи I1; I2; I3 если: R1= 4 Ом , R2= 4 Ом , R3= 2 Ом , E1 = 12 В, E1 = 12 В.


Slide 117

Решение Находим токи от воздействия E1 полагая E2 =0. R 23 = = = Ом ; R Э = R1 + R23 = 4 + = Ом ; R2R3 R2 + R3 4?2 4 + 2 4 3 16 3 4 3 = =


Slide 118

I1 = = = A = 2,25 A; U23 = R23 I1 = * = 3В; I2 = = = 0.75 A ; I3 = = = 1.5 A; 2. Находим токи от воздействия E2 полагая E1=0. E1 RЭ 12?3 16 9 4 4 3 9 4 V23 R2 3 4 V23 R3 3 2


Slide 119

R12 = = = 2 Ом; R2 = R3 + R12 = 2 + 2 = 4 Ом ; I3 = = = 0.5 A ; V23 = R12 * I3 =2 * 0.5 = 1 В; I1 = = = 0.25 A; I2 = = = 0.25 A ; 3. Найдём токи в ветвях: I1= I1 –I1 = 2.25 – 0.25 = 2 A; I2= I2 + I2 = 0.75 + 0.25= 1 A; I3 = -I3 + I3 = -1.5 + 0.5 = -1 A; R1 * R2 R1 + R2 4 * 4 4 + 4 E2 R12 2 4 V23 R1 1 4 V23 R2 1 4


Slide 120

Раздел 5. Индуктивно связанные цепи Если при изменении во времени тока в одной катушке на зажимах второй возникает ЭДС ? такие катушки называются индуктивно связанными. Это, например, катушки на стальных сердечниках электрических машин и аппаратов, трансформаторы, провода линий электропередач, а также многие другие электротехнические устройства.


Slide 121

1 2 1 2 u1 u2 i2 При протекании в первой катушке синусоидального тока в ней возникает магнитное поле, характеризуемое потокосцеплением самоиндукции , где Это потокосцепление в соответствии с законом электромагнитной индукции индуцирует в первой катушке ЭДС самоиндукции: еL1 .


Slide 122

Напряжение на этой катушке численно равно этой ЭДС, но направлено в противоположную сторону и поэтому имеет обратный знак = ? называется потокосцеплением взаимной индукции второй катушки, вызванное током первой катушки. ЭДС взаимной индукции Взаимная индуктивность


Slide 123

При одновременном протекании токов в обеих катушках в соответствии с принципом наложения имеем распределение их магнитных потоков, указанное на рис. u1 u2 i1 i2 еL1 ?еМ12 еL2 ?еМ21 L1 L2


Slide 124

Согласное включение Встречное включение


Slide 125

5.1. Цепь с трансформаторной связью между катушками . В этих уравнениях знак (+) у составляющих вида соответствует согласному включению катушек, а знак (?) – встречному включению.


Slide 126

Обозначаем в этих уравнениях для краткости записи


Slide 127

Пример. В цепи с трансформаторной связью двух идеальных (без активных сопротивлений) катушек индуктивности к катушке Х1 приложено синусоидальное напряжение частотой f = 500 Гц, а катушка Х2 разомкнута. Действующее значение тока в катушке Х1 составляет =10 A, а напряжение на разомкнутых зажимах катушки Х2 составляет = 50 B Требуется определить величину взаимной индуктивности М этих катушек.


Slide 128

= 0


Slide 129

ОМ Гн


Slide 130

Контрольные вопросы к лекции 7 1. Можно ли применять метод наложения к нелинейным цепям? 2. Какие две катушки называют индуктивно связанными? 3. Какое условие необходимо наложить на две катушки, чтобы они были индуктивно связанные? 4. Какое включение бывает двух и индуктивно связанных катушек? 5. От чего зависит коэффициент взаимной индуктивности?


Slide 131

Раздел 6. Трёхфазные источники ЭДС Трёхфазным называется источник генерирующий три синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды и имеющий разный фазовый сдвиг в 120° еА = EmAsin? t еВ= EmВsin (? t - 120?) еС= EmСsin (? t - 240?) ЛЕКЦИЯ 8


Slide 132

Запишем ЭДС в комплексной форме: Трёхфазная система симметрична , если EA=EB=EC , а фазовый сдвиг 120 Условие симметричности: EA+EB+EC=0


Slide 133

6.1. Расчёт симметричной трёхфазной цепи при включении приёмника звездой с нулевым проводом.


Slide 134

ZфA, ZфB , ZфC – фазные сопротивления приёмника. iфA, iфB, iфC –фазные токи приёмника. UфA ,UфB, UфC – фазные напряжения приёмника. AA , BB , CC - линейные провода. 00 – нулевой провод. iлA , iлB , iлC – линейные токи. i0- - ток нулевого провода. UлAB ,UлBC ,UлCA – линейные напряжения Приёмник симметричный : ZфA= ZфB = ZфC тогда: UфA =UфB=UфC=Uф IфA= IфB=IфC = Iф. Iл =Iф =Uф / Zф. По второму закону Кирхгофа :


Slide 135

UлAB =UфA – UфB ; UлAB =UфA – UфB ; UлAB =UфA – UфB. Векторные диаграммы. i0= iфA + iфB + iфC=0. Uл= 3 * Uф Например: Uф=220в Uл =?; Uл = v3Uф = v3 * 220=380в. Общепромышленная сеть 220 / 380в 50 Гц ;


Slide 136

6.2. Расчёт симметричной трёхфазной цепи при включении приёмника треугольником.


Slide 137

ZфAВ = ZфBС = ZфCА= Zф; UлAB =UлBC = UлCA = Uл; IфAВ= IфBС=IфCА = Iф; UфAВ =UфBС=UфCА=Uф; Iф =Uф / Zф; Uл = Uф По первому закону Кирхгофа: iлA= iфAВ - iфCА . iлB= iфBС – iфAВ. iлC= iфCА – iфBС.


Slide 138

В результате Iл = 3 * Iф


Slide 139

7.1. Трансформаторы Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, который преобразует параметры переменного тока: напряжение, ток, частоту, число фаз. В простейшем случае трансформатор представляет собой магнитопровод, с размещёнными на нём двумя обмотками Раздел 7. Электрические машины


Slide 140


Slide 141

Трансформаторы классифицируются: – по области применения (силовые, измерительные, специальные); – по конструкции (стержневые, броневые, тороидальные); – по способу охлаждения (сухие, масляные); – по электрическим параметрам (мощности, напряжению, частоте); – по числу фаз (однофазные, трёхфазные и многофазные); – по числу обмоток (двухобмоточные и многообмоточные); – по напряжению: повышающие (U2 > U1) и понижающие (U2 < U1).


Slide 142

Схемы соединения трансформаторов


Slide 143

Полная мощность: однофазного трансформатора – S = U•I, ВА; трёхфазного трансформатора – S = 3•Uф•Iф, ВА. Активная мощность нагрузки P = S•cos?, Вт; реактивная мощность Q = S?sin?, вар; где ? – угол нагрузки. В паспортных данных трансформатора приводятся значения полной мощности Sн вторичной обмотки и линейные значения токов и напряжений (Uн, Iн) первичной обмотки.


Slide 144

Схема замещения трансформатора


Slide 145

В эксплуатации трансформатор может находится в одном из трёх режимов: под нагрузкой, в режиме холостого хода и в режиме короткого замыкания. Последние два режима аварийные и недопустимы, однако проводят опыты холостого хода и короткого замыкания с целью определения параметров трансформатора без подключения его на нагрузку.


Slide 146

К параметрам холостого хода относят: В режиме холостого хода вторичная обмотка разомкнута. Коэффициент трансформации - Коэффициент мощности - Потери мощности холостого хода трансформатора


Slide 147

Режим короткого замыкания В режиме короткого замыкания вторичная обмотка замкнута накоротко. Напряжение короткого замыкания


Slide 148

Параметрами короткого замыкания называют полное, активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания, Ом Потери мощности короткого замыкания трансформатора


Slide 149

ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Вторичное напряжение трансформатора Зависимость КПД трансформатора от нагрузки Под КПД трансформатора понимают отношение отдаваемой им активной мощности Р2 и подводимой активной мощности Р1, % где -коэффициент загрузки


Slide 150

Косвенный метод расчета КПД где Р0 – потери холостого хода при U1=U1ном, Вт; Рк – потери короткого замыкания при I1=I1ном, Вт; Sном – номинальная мощность трансформатора, ВА. ;


Slide 151

Контрольные вопросы к лекции 8 Какая трехфазная цепь называется симметричной? Чему равен угол сдвига фаз между фазными ЭДС ? Чему равен ток нулевого провода в симметричной трехфазной схеме? В каких режимах может работать трансформатор? С какой целью производят режим короткого замыкания трансформатора ? С какой целью производят режим холостого хода трансформатора ? Зависит ли КПД трансформатора от нагрузки?


Slide 152

7.2. Асинхронные машины ЛЕКЦИЯ 9


Slide 153

Асинхронная машина – это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными скоростями. Механическая частота вращения ротора асинхронной машины в установившемся режиме может быть ниже и выше синхронной частоты вращения поля, при этом ротор может вращаться в сторону, противоположную вращению поля.


Slide 154

В зависимости от частоты и направления вращения ротора различают четыре режима работы асинхронной машины. I. Двигательный режим, когда 0 < ?р < ?с. II. Генераторный режим, когда ?с < ?р < + ?. III. Тормозной режим, когда ротор асинхронной машины вращается в сторону противоположную вращению магнитному полю статору, т.е. ?р < 0. IY. Трансформаторный режим, когда асинхронная машина эксплуатируется при неподвижном роторе, т.е. ?р = 0. Наибольшее предпочтение асинхронные машины получили при работе в двигательном режиме.


Slide 155

Преобразование активной мощности Р1, подводимой к статору двигателя, представлена в виде энергетической диаграммы.


Slide 156


Slide 157

Вращающий момент асинхронного двигателя (АД) Момент развиваемый АД Скольжение , Коэффициент мощности трехфазной машины где n2 – частота вращения ротора, об/мин где


Slide 158

7.3. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (МПТ) Двигатели постоянного тока обеспечивают большие пределы регулирования частоты вращения при высоких энергетических показателях и механических характеристиках, удовлетворяющих требованиям большинства механизмов. Генераторы постоянного тока применяются для питания электролизных и гальванических установок, обмоток возбуждения синхронных машин и во многих автономных установках.


Slide 159

Машины постоянного тока – многообмоточные электрические машины. На статоре машины может быть выполнено несколько обмоток возбуждения: обмотка независимого возбуждения wв, обмотка последовательного (сериесная) wc или параллельного возбуждения (шунтовая) wш, компенсационная обмотка wк, обмотка добавочных полюсов wдп.


Slide 160


Slide 161

Характеристика холостого хода генератора при постоянной частоте и независимости тока возбуждения


Slide 162


Slide 163

Регулировочные характеристики


Slide 164


Slide 165

Контрольные вопросы к лекции 9 Какие режимы работы асинхронной машины различают? Из каких основных узлов состоит асинхронная машина ? Из каких основных узлов состоят машины постоянного тока? Какие возможны схемы возбуждения ДПТ? При каких условиях снимают характеристики холостого хода генератора постоянного тока ? На что указывает внешняя характеристика генератора ? Что является регулировочной характеристикой генератора?


×

HTML:





Ссылка: