Меню

Цепи постоянного тока режим работы электрических цепей



11.Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Номинальный режим- когда к источнику подключается потребитель на который он рассчитан.

Режим холостого хода – работа источника без потребителя.

Режим короткого замыкания – работа без потребителя, контакты источника замыкаются накоротко.

Согласованный режим – сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению и источнику. В этом режиме от источника к потребителю передается максимальная мощность. КПД=50%.Применяется в радиотехнике.

12. Мощность в цепи постоянного тока

Электрическая мощность Р (Вт) определяется произведением напряжения на силу тока:

где U-напряжение на токоприемнике, В

I-сила тока через токоприемник, А

Единица мощности – 1 ватт 1вольт x 1 ампер

Принимая во внимание закон Ома (), равенство 1 можно представить следующим образом:

(2)

(3)

В практике пользуются единицей мощности – киловатт (кВт), 1 Квт=1000 Вт.

Условие максимальной передачи мощности от генератора к нагрузке выражается простым определением: сопротивление нагрузки Rн должно равняться сопротивлению генератора Rг, то есть Rн = Rг. Иными словами, это означает, что все входные и выходные сопротивления любых активных или пассивных устройств должны быть чисто активными.

КПД= Мощность полезная/мощность затраченная.

13. Однофазные электрические цепи переменного тока

Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени.

Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния. Но физические процессы, происходящие в цепях переменного тока, сложнее, чем в цепях постоянного тока из-за наличия переменных магнитных и электрических полей. Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени в одной и той же последовательности, называются периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, — периодом Т

Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным значением и обозначают строчной буквой i.

Мгновенный ток называется периодическим, если значения его повторяются через одинаковые промежутки времени.

Периодические токи, изменяющиеся по синусоидальному закону, называются синусоидальными.

Мгновенное значение синусоидального тока определяется по формуле

Напряжение u(t) = Um sin (ωt +ψu),

ЭДС e(t) = Em sin (ωt +ψe),

14.Изображение синусоидальных величин в прямоугольной координатах.

Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений с тригонометрическими функциями и представить в виде вращающихся векторов на декартовой или комплексной плоскости.

Запишем синусоидальные напряжения с помощью тригонометрических функций:

Значения в скобках синуса называют фазами синусоид, а значения фазы в начальный момент времени — начальной фазой.

Величина ω называется угловой частотой:

рад/с

При совместном рассмотрении двух синусоидально изменяющихся величин одной частоты разность их фазовых углов, равную разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз:

Если α=0, то говорят, что сигналы синфазны, если α=π, то говорят, что сигналы в противофазе. Если α=+π/2 — в квадратуре. Т.е. е2 отстаёт от е1 на угол α.

Источник

Электрическая цепь постоянного тока и ее характеристики

Человечество давно научилось использовать электрические явления природы в своих практических целях для получения, использования, а также преобразования энергии. Такое действие достигается путем применения определенных устройств. Элементы оборудования в совокупности образуют систему. Такая система известна, как электрическая цепь.

Элементы цепи

Электрическая цепь содержит в себе такие составляющие, как источники энергии, потребители, а также соединяющие их провода.

Существуют дополнительные приборы цепи, например, выключатели, измерители тока и защитные аппараты.

Источниками энергии в схеме такой цепи выступают аккумуляторы, генераторы тока и гальванические элементы. Их еще называют источниками питания.

В приемниках электрической цепи электроэнергия преобразовывается в другой тип энергии. Таким оборудованием бывают двигатели, нагреватели, лампы и т. д.

Стоит отметить, что система может быть внешней и внутренней. Они отличаются наличием приемника. Открытая цепь имеет его в своем составе, а закрытая — только источник тока.

Электрическая цепь постоянного тока

Ток, величина которого не меняется с течением времени, называется постоянным.

Цепь, через которую проходит такой источник электричества, имеет замкнутую систему. Это электрические цепи постоянного тока. Их составляют различные элементы.

Читайте также:  При воздействии тока дарсонваля всегда применяют 1

Для обеспечения постоянного источника энергии в системе применяются конденсаторы. Они способны накапливать запасы электрических зарядов.

Электрическая цепь

Емкость конденсатора зависит от размера его металлических пластин.

Чем они больше, тем больший заряд может накопить этот элемент электрической цепи постоянного тока. Электрическую емкость изменяют в таких единицах, как фарада (ф). На схеме этот элемент выглядит следующим образом.

Схема электрической цепи

Вместе с источниками и приемниками тока эти элементы образуют электрические цепи постоянного тока.

Последовательное соединение в цепи

Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока. Если эти элементы соединены друг с другом последовательно, то конец одного приемника присоединен к началу другого. Это последовательное соединение системы.

Электрические цепи постоянного тока

Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. Они удлиняют пути прохождения тока, который будет одинаковым на отдельных участках системы.

Схема электрической цепи в классическом варианте содержит последовательно присоединенные проводники и нагляднее всего описывается таким прибором, как электрогирлянда.

Недостатком такой системы является тот факт, что в случае выхода из строя одного проводника, система не будет работать вся целиком.

Параллельное соединение цепи

Схема электрической цепи параллельного типа соединения элементов является системой, в которой начало содержащихся в ней проводников соединяются в одной точке, а концы их — в другой. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Он распределяется обратнопропорционально сопротивлению приемников энергии.

Сопротивление электрической цепи

Если у потребителей величина сопротивления одинаковая, то через них будет проходить одинаковый ток. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.

Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока. Сумма отдельно взятых элементов системы будет равна току в точке их соединения.

Присоединяя к такой цепи новые элементы, сопротивление системы будет уменьшаться. Это связано с увеличением общего сечения проводников при соединении нового потребителя электроэнергии. Позитивной характеристикой такого способа соединения цепи является автономность каждого элемента.

При отключении одного потребителя, совокупное сечение проводников уменьшается, а сопротивление электрической цепи становится большим.

Смешанное соединение в цепи

Смешанный вариант соединения довольно распространен в сфере производства электротехники.

Электрическая цепь и электрический ток

Эта цепь содержит в себе одновременно принцип последовательного и параллельного присоединения проводников.

Чтобы определить сопротивление нескольких потребителей такой схемы, находят отдельно сопротивление всех параллельно и последовательно присоединенных проводников. Их приравнивают к единому проводнику, что в итоге упрощает всю схему.

Режимы работы цепи

Опираясь на показатели нагрузки, различают такие режимы функционирования цепи: номинальный, холостой ход, замыкание и согласование.

При номинальной работе система выполняет характеристики, заявленные в техпаспорте оборудования. Холостой ход образуется в случае обрыва цепи. Этот режим работы относится к аварийным. Электрическая цепь в режиме короткого замыкания имеет сопротивление, которое равно нулю. Это также аварийный режим.

Согласование характеризуется перемещением наибольшей мощности от источника энергии к проводнику. В таком режиме нагрузка равняется сопротивлению источника питания.

Ознакомившись с основными характеристиками и видами такой системы, как электрическая цепь, становится возможным понять принцип функционирования любого электрооборудования. Данное устройство работы системы применяется к любому электрическому бытовому прибору. Применяя полученные знания, можно понять причину поломки оборудования или оценить правильность его работы в соответствии с техническими характеристиками, заявленными производителем.

Источник

Режимы работы электрических цепей

Электрические цепи постоянного тока

Электрическим током называется направленное движение электрически заряженных частиц. В металлах ток обуславливается движением электронов, в жидкостях — движением ионов.

Ток, остающийся неизменным с течением времени по величине и направлению, называется постоянным.

Электрической цепью называется совокупность соединенных между собой источников и приемников электрической энергии. К электрической цепи также относятся коммутационная аппаратура, измерительные приборы и соединительные провода, которые служат для передачи электрической энергии от источников к потребите­лям.

В источниках электрической энергии происходит преобразо­вание неэлектрических видов энергии в электрические.

Читайте также:  Под коленкой как током бьет

В приемниках электрической энергии происходит преобразо­вание электрической энергии в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и другие виды энергии.

Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой. Электрическая схема, изображенная с по­мощью условных обозначений, называется принципиальной электри­ческой схемой.

Электрические цепи характеризуются понятиями: ветвь, узел, контур.

Ветвь — участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток.

Узел — точка электрической цепи, в которой соединяются три или более ветвей.

Контур — замкнутая электрическая цепь, при прохождении которой ветвь и узел встречаются только один раз. Существуют независимые и зависимые контуры. В независимом контуре есть хотя бы одна ветвь, не вошедшая в другие контуры.

В источниках питания при преобразовании неэлектри­ческих видов энергии в электрические виды возбуждается электродви­жущая сила (ЭДС) E, которая в замкнутой цепи вызывает электри­ческий ток.

На рисунке 1.1а, б показаны условные обозначения ЭДС в схемах.

Рисунок 1.1

При преобразовании энергии в источниках питания происхо­дят потери, которые оцениваются внутренним сопротивлением r.

Силой токаназывается скалярная величина, равная количеству электричества, которое переносится через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени:

где — количество электричества; t — время.

Сила тока измеряется в амперах (А). Направлением электрического тока принято считать направление движение положительных зарядов. В схемах направление тока указывается стрелкой (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2

Потенциалом jполя в данной точке называется величина, численно равная работе А по перемещению единичного по­ложительного заряда q из бесконечности в эту точку:

Напряжением U на участке цепи (рисунок 1.2) называется величина, численно равная полной работе A12, которая совершается при перемещении вдоль участка цепи единич­ного положительного заряда:

Напряжение на концах участка цепи равно разности потенци­алов

в точках «1» и «2«:

Напряжение измеряется в вольтах (В).

Электрическим сопротивлением R(сопротивлением) цепи на­зывается величина, препятствующая прохождению электрического тока.

Резистором называется электротехническое устройство, об­ладающее электрическим сопротивлением.

Величина, обратная электрическому сопротивлению, называ­ется электрической проводимостью G (проводимостью):

Проводимость измеряется в сименсах (См).

Сопротивления могут быть соединены последовательно или параллельно.

При последовательном соединениипо всем приемникам (R1,R2,R3) протекает один и тот же ток(рисунок 1.3).

Очевидно, напряжение на зажимах цепи U равно сумме напря­жений на сопротивлениях:

Разделив почленно на ток данное выражение для U , полу­чим:

Сопротивление RЭКВ называется эквивалентным сопротивлением цепи. Эквивалентное сопротивление цепи – это такое сопротивление, заменяя ко­торым все сопротивления цепи при том же напряжении, получим ту же силу тока в цепи.

Таким образом, общее сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединенных сопротивлений, равно сумме всех сопротивлений этой цепи:

При параллельном соединении один зажим каждого сопротив­ления присоединяется к одному узлу, а другой зажим каждого сопротивления — к другому узлу (рисунок 1.4).

При параллельном соединениико всем элементам приложено одно и тоже напряжение:

Uаб = UR1 = UR2 = UR3 = U

Согласно первому закону Кирхгофа:

где Rэкв — эквивалентное сопротивление; GЭКВ — эквивалентная проводимость.

Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений общая проводимость цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей:

Электрическая мощность P равна отношению работы по пере­мещению положительного заряда к интервалу времени ее соверше­ния:

Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт). Электрическая мощность количественно равна произведению напряжения на ток:

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергети­ческий баланс:

При балансе мощностей алгебраическая сумма мощностей всех источников электри­ческой энергии равна арифметической сумме мощностей всех при­емников электрической энергии. Если через источник ЭДС течет ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС, то ис­точник ЭДС отдает энергию и его мощность входит в уравне­ние баланса мощностей со знаком «плюс». Если же направление тока и ЭДС не совпадают, то входит в уравнение баланса мощностей со знаком «минус».

Режимы работы электрических цепей

Электрические цепи могут работать в четырех режимах.

Номинальный режим— в источниках и приемниках электричес­кой цепи токи и напряжения, мощности соответствуют тем значе­ниям, на которые они рассчитаны заводом — изготовителем.

Эти величины Iн, Uн, Pн указываются в паспорте или на щитке устройства. При расчете электрических схем эти данные берутся за основу. Iн — определяет условия предельно допусти­мого нагрева приемников электрической цепи. Uн — определяет изоляцию токоведущих частей.

Читайте также:  Способы оказания первой помощи пострадавшим от действия электрического тока

Режим холостого хода (х.х.) — режим, при котором ток от­дельных участков равен нулю.

Для практического осуществления х.х. достаточно отключить один из проводов, при помощи которых элемент присоединен к це­пи. В режиме х.х. Iхх = 0; Uхх = max; Rхх = ¥.

Режим короткого замыкания (к.з.) характеризуется тем, что напряжение на короткозамкнутом участке стремится к нулю, а ток возрастает до максимума. При коротком замыкании Uкз = 0, Iкз = max, R = 0.

Установившийся режим характеризуется постоянными значени­ями потенциалов, напряжений, токов.

При заземлении любой одной точки схемы токо­распределение в ней не меняется. Потенциал за­земленной точки принимают равным нулю.

Источник

Режимы электрических цепей

Режим работы электрической цепи, то есть ее электрическое состояние, определяется значениями токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов. Номинальный режим. Рабочий режим. Режим холостого хода, режим короткого замыкания, холостой ход, короткое замыкание

Номинальный режим. Источники и приемники электрической энергии, провода, а также вспомогательные аппараты и приборы характеризуются номинальными величинами тока Iн, напряжения Uн, мощности Pн, на которые эти устройства рассчитаны заводами-изготовителями для нормальной работы. Номинальные величины обычно указываются в паспорте устройства.

Режим работы, при котором действительные токи, напряжения, мощности элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям, называется номинальным (нормальным).

Рабочий режим. Режимы электрической цепи по различным причинам могут отличаться от номинального.

Если в электрической цепи действительные характеристики режима отличаются от номинальных величин ее элементов, но отклонения находятся в допустимых пределах, то режим называется рабочим.

Рисунок 1 – Схема цепи с переменным сопротивлением приемника электрической энергии

Уравнение баланса напряжений

где U — внутреннее падение напряжения в источнике; U — напряжение на внешних зажимах источника.

Напряжение U на внешних зажимах источника, равное в этом случае напряжению на приемнике, меньше ЭДС источника на величину внутреннего падения напряжения

Общее определение коэффициента полезного действия

Отношение мощности Pпр приемника к мощности Pист источника называется коэффициентом полезного действия (КПД) источника

КПД источника можно определить отношением напряжения на зажимах источника к его ЭДС

Также КПД источника можно определить отношением сопротивления нагрузки к полному сопротивлению цепи

Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление R, тем выше КПД источника.

Режимы холостого хода и короткого замыкания

При R = ∞ тока в цепи не будет. Этот случай соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи или отдельных источников, при котором ток в них равен нулю, называется режимом холостого хода.

При холостом ходе напряжение на внешних зажимах источника равно его ЭДС

При R = 0, согласно выражению (1),

а напряжение на зажимах приемника и источника равно нулю

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами, в связи с чем, напряжение на этом участке равно нулю, называется режимом короткого замыкания. Соответственно ток Iк в цепи называется током короткого замыкания.

Напряжение на зажимах источника уменьшается от U = Е до U = 0, если ток нагрузки увеличивается от 0 до тока короткого замыкания Iк (рисунок 2).

Рисунок 2 – Графики зависимости напряжения U на зажимах источника, мощности источника Pист, мощности приемника Pпр, КПД η источника, мощности потерь внутри источника P от тока в цепи при изменении сопротивления нагрузки от R = ∞ (холостой ход) до R = 0 (короткое замыкание), считая ЭДС источника постоянной

Задача Источник электрической энергии имеет в качестве нагрузки реостат с переменным сопротивлением R. ЭДС источника E = 24 В, а его внутреннее сопротивление R = 1 Ом. Построить графики зависимости напряжения U на зажимах источника, мощности источника Pист, мощности приемника Pпр, КПД η источника, мощности потерь внутри источника P от тока в цепи при изменении сопротивления нагрузки от R = ∞ (холостой ход) до R = 0 (короткое замыкание), считая ЭДС источника постоянной.

Решение

Для решения задачи воспользуемся схемой рисунок 1.

Например, для сопротивления нагрузки R = 11 Ом:

Для других значений сопротивления R результаты расчетов приведены в таблице 1.

Источник

Adblock
detector