Электроэнергия.Электрические величины.

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 12Следующая ⇒

Электроэнергия.Электрические величины.

Электроэнергия —ко-во электр.эн, выдаваемой генератором в электр. Сеть или получаемой из сети потребителем. Ед.измерения кВт*час

Электрическим током называется упорядоченное движение частиц - носителей тока. Постоянный ток – ток неизменимый во времени. Электрический ток характеризуется силой тока.

, где - величина заряда, т.е. . Помимо величины существует и направление тока, связанное с перемещением положительных зарядов. Направления токов выбираются произвольно.

При перемещении зарядов в цепи выделяется или потребляется энергия. . При перемещении элементарного заряда выделяется следующая энергия:

Мощность – скорость потребления энергии элементом: ) => .

. Элемент называется пассивным, если в любой момент времени их энергия положительна, т.е. . Если на элементе его мощность >0, то элемент потребляет энергию, в противном случае – отдает.

Электрическое сопротивление (R) - это физ. Вел., численно равная отношению
напряжения на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.
Величину сопротивления для участка цепи можно определить из формулы закона Ома для участка цепи. [R] = 1 Ом

Работа - показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.:I = q/t..... и..... U = A/q, Сл-но, [ A ] = 1 Дж = 1A. B. c

Электрическая цепь.

Эл. цепи состоят из источника, потребителя электрического тока, проводов, выключателя.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в неразветвленном участке цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным -элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным - элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями.

1. Резистор – это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением  (Ом/м) или обратной величиной – удельной проводимостью (См/м).

В простейшем случае проводника длиной и сечением S его сопротивление определяется

где - проводимость. При этом R=const.

2.Индуктивный элемент (катушка индуктивности) Катушка – это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле.

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки,

.

Потокосцепление равно , характеристикой катушки индуктивности является зависимость , называемая вебер-амперной характеристикой

,где Ф- магнитный поток,Вб

Энергия запасенная магнитным полем катушки

3. Емкостный элемент (конденсатор). Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними

и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними.

Энергия запасенная на конденсаторе

1.3.Закон Ома.Законы Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи

или U_R = RI.

В этом случае U_R = RI – называют нап ряжением или падением напряжения на резисторе R, а– током в резисторе R.

При расчете электрических цепей иногда удобнее пользоваться не сопротивлением R, а величиной обратной сопротивлению, т.е. электрической проводимостью:

.В этом случае закон Ома для участка цепи запишется в виде:

I = Uq.

Закон Ома для всей цепи

Этот закон определяет зависимость между ЭДС Е источника питания с внутренним сопротивлением r₀, током I электрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением R_Э = r₀ + R всей цепи:

Первый закон Кирхгофа,

где m – число ветвей подключенных к узлу.

Второй закон Кирхгофа

где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением R_к в контуре;
U_к = R_кI_к – напряжение или падение напряжения на к-м элементе контура.

.

2.1. Параметры переменного синусоидального тока.

Переменным током (напряжением, ЭДС и т.д.)называется ток (напряжение, ЭДС и т.д.), изменяющийся во времени. 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. Для периодического тока имеем

Величина, обратная периоду, есть частота, измеряемая в герцах (Гц):

В РФ промышленная частота f = 50Гц.

Мгновенное значение переменной величины есть функция времени. Ее принято обозначать строчной буквой:

i - мгновенное значение тока ; u - мгновенное значение напряжения ; e - мгновенное значение ЭДС ; p - мгновенное значение мощности .

Наибольшее мгновенное значение переменной величины за период называется амплитудой

- амплитуда тока; - амплитуда напряжения; - амплитуда ЭДС.Среднее за период «Т» значение мощности, определяемое интегралом называется активной мощностью и в нашем случае P= UICosφ. Эта мощность характеризует энергию, рассеиваемую за период питающего напряжения в виде тепла в резистивных элементах цепи, и измеряется в Ваттах.

При расчетах электрических цепей и на практике используется понятие реактивной мощности Q, которая вычисляется по формуле

Q = UISinφ, (В*А)

Она характеризует максимальную скорость обмена энергии между источником и элементами, способными запасать энергию электрического или магнитного поля (индуктивные или емкостные элементы ЭЦ Реактивная мощность может быть положительной, если φ >0 и отрицательной, если φ<0.

Величина S, равная произведению действующих значений тока и напряжения на зажимах ЭЦ, называется полной или кажущейся мощностью и измеряется в вольтамперах (ВА).

S= UI,

понятием коэффициента мощности Cosφ =P/S,который характеризует долю средней или активной мощности P в полной мощности S. Чем меньше Cos φ при одинаковой активной мощности Р, тем больше ток и потери в устройствах передачи энергии.

Мощность трехфазной цепи.

Каждую фазу нагрузки в трехфазной цепи можно рассматривать как цепь однофазного переменного тока. Соотношения для мгновенной, активной, реактивной, полной и комплексной мощностей ранее были получены.

Мгновенные мощности фаз можно определить согласно выражению:

.

Суммарная мгновенная мощность будет равна

Тогда получим

где - активная мощность одной фазы, а - суммарная активная мощность нагрузки. Получаем вывод: суммарная мгновенная мощность симметричной трехфазной цепи не изменяется во времени и равна суммарной активной мощности всей цепи.

Реактивная и полная мощности определяются так:

Через линейные токи и напряжения мощности могут быть определены:

;

При несимметричной нагрузке суммарные мощности определяются как алгебраические суммы мощностей отдельных фаз. Активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей фаз и аналогично для реактивной. Полная мощность трехфазной цепи будет равна:

;

Для того чтобы увеличить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками и одновременно уменьшить магнитное сопротивление для прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов располагают на совершенно замкнутых железных сердечниках.

Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции для мгновенных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих.выражениях w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина изменения пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени dt, следовательно есть скорость изменения магнитного потока. Из последних выражений можно получить следующее отношение: e1 / e2 = w1 / w2 т. е. индиктируемые в первичной, и вторичной катушках / и // мгновенные электродвижущие силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее заключение справедливо не только по отношению к мгновенным значениям электродвижущих сил, но и к их наибольшим и действующим значениям.

Электродвижущая сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой самоиндукции, почти целиком уравновешивает приложенное к той же катушке напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Е1 = U1

Номинальные данные ЭМ

К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота вращения, частота переменного тока, коэффициент полезного действия (КПД), число фаз, коэффициент мощности и режим работы (длительный, кратковременный и т. п.). В паспортной табличке приводятся также название завода-изготовителя, год выпуска, класс изоляции и дополнительные данные, необходимые для монтажа и эксплуатации машины (масса, схема включения обмоток и др.).

Номинальной мощностью электрической машины называют мощность, на которую рассчитана данная машина по условиям нагревания и безаварийной работы в течение установленного срока службы. Для электрических двигателей под номинальной мощностью понимают полезную механическую мощность на валу, выраженную в ваттах или киловаттах; для генераторов постоянного тока — полезную электрическую мощность на зажимах машины (в ваттах или киловаттах); для генераторов переменного тока — полную электрическую мощность на зажимах (в вольт-амперах или киловольт-амперах). Номинальные мощности всех видов электрических машин и трансформаторов стандартизованы; точно так же стандартизованы номинальные частоты вращения электрических машин.

Реакция якоря.

При холостом ходе машины постоянного тока магнитное поле создается только обмотками полюсов. Появление тока в проводниках якоря при нагрузке сопровождается возникновением магнитного поля якоря. Поскольку направление токов в проводниках между щетками неизменно, поле вращающегося якоря оказывается неподвижным относительно щеток и полюсов возбуждения.

Oбмотка якоря становится аналогичной соленоиду, ось которого совпадает с линией щеток, поэтому, когда щетки установлены на геометрических нейтралях, поток якоря является поперечным по отношению к потоку возбуждения, а его влияние на последний называется поперечной реакцией якоря. Построив вектор результирующего потока, видим, что он теперь поворачивается относительно геометрической оси главных полюсов. Поле машины становится несимметричным, физические нейтрали поворачиваются относительно геометрических. В генераторе они смещаются в сторону вращения якоря, в двигателе - против направления вращения якоря.

Под физической нейтралью будем понимать линию, проходящую через центр якоря и проводника обмотки якоря, в которой индуктируемая результирующим магнитным потоком ЭДС равна нулю. Поперечная реакция якоря мало влияет на показатели работы машины, это влияние обычно не учитывают. Однако при смещении щеток с геометрической нейтрали в потоке якоря появляется продольная составляющая, ее влияние на поток полюсов называют продольной реакцией якоря. Она может носить как намагничивающий, так и размагничивающий характер. В общем случае реакция якоря приводит к искажению поля под полюсами и изменению потока полюсов. Первое может вызвать значительное усиление искрения под щетками (вплоть до появления кругового огня на коллекторе), а последнее в генераторе изменяет напряжение на зажимах, а в двигателе вращающий момент и частоту вращения якоря.

Для ослабления реакции якоря увеличивают воздушный зазор между статором и якорем, используют специальные короткозамкнутые витки в пазах полюсных наконечников. В машинах большой мощности для этих целей применяется специальная компенсационная обмотка. Она укладывается в пазы полюсных наконечников, а включается последовательно в цепь якоря, ее поток уравновешивает продольный поток якоря.

Электроэнергия.Электрические величины.

Электроэнергия —ко-во электр.эн, выдаваемой генератором в электр. Сеть или получаемой из сети потребителем. Ед.измерения кВт*час

Электрическим током называется упорядоченное движение частиц - носителей тока. Постоянный ток – ток неизменимый во времени. Электрический ток характеризуется силой тока.

, где - величина заряда, т.е. . Помимо величины существует и направление тока, связанное с перемещением положительных зарядов. Направления токов выбираются произвольно.

При перемещении зарядов в цепи выделяется или потребляется энергия. . При перемещении элементарного заряда выделяется следующая энергия:

Мощность – скорость потребления энергии элементом: ) => .

. Элемент называется пассивным, если в любой момент времени их энергия положительна, т.е. . Если на элементе его мощность >0, то элемент потребляет энергию, в противном случае – отдает.

Электрическое сопротивление (R) - это физ. Вел., численно равная отношению
напряжения на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.
Величину сопротивления для участка цепи можно определить из формулы закона Ома для участка цепи. [R] = 1 Ом

Работа - показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.:I = q/t..... и..... U = A/q, Сл-но, [ A ] = 1 Дж = 1A. B. c

Электрическая цепь.

Эл. цепи состоят из источника, потребителя электрического тока, проводов, выключателя.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в неразветвленном участке цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным -элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным - элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями.

1. Резистор – это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением  (Ом/м) или обратной величиной – удельной проводимостью (См/м).

В простейшем случае проводника длиной и сечением S его сопротивление определяется

где - проводимость. При этом R=const.

2.Индуктивный элемент (катушка индуктивности) Катушка – это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле.

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки,

.

Потокосцепление равно , характеристикой катушки индуктивности является зависимость , называемая вебер-амперной характеристикой

,где Ф- магнитный поток,Вб

Энергия запасенная магнитным полем катушки

3. Емкостный элемент (конденсатор). Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними

и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними.

Энергия запасенная на конденсаторе

1.3.Закон Ома.Законы Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи

или U_R = RI.

В этом случае U_R = RI – называют нап ряжением или падением напряжения на резисторе R, а– током в резисторе R.

При расчете электрических цепей иногда удобнее пользоваться не сопротивлением R, а величиной обратной сопротивлению, т.е. электрической проводимостью:

.В этом случае закон Ома для участка цепи запишется в виде:

I = Uq.

Закон Ома для всей цепи

Этот закон определяет зависимость между ЭДС Е источника питания с внутренним сопротивлением r₀, током I электрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением R_Э = r₀ + R всей цепи:

Первый закон Кирхгофа,

где m – число ветвей подключенных к узлу.

Второй закон Кирхгофа

где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением R_к в контуре;
U_к = R_кI_к – напряжение или падение напряжения на к-м элементе контура.

.

2.1. Параметры переменного синусоидального тока.

Переменным током (напряжением, ЭДС и т.д.)называется ток (напряжение, ЭДС и т.д.), изменяющийся во времени. 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. Для периодического тока имеем

Величина, обратная периоду, есть частота, измеряемая в герцах (Гц):

В РФ промышленная частота f = 50Гц.

Мгновенное значение переменной величины есть функция времени. Ее принято обозначать строчной буквой:

i - мгновенное значение тока ; u - мгновенное значение напряжения ; e - мгновенное значение ЭДС ; p - мгновенное значение мощности .

Наибольшее мгновенное значение переменной величины за период называется амплитудой

- амплитуда тока; - амплитуда напряжения; - амплитуда ЭДС.Среднее за период «Т» значение мощности, определяемое интегралом называется активной мощностью и в нашем случае P= UICosφ. Эта мощность характеризует энергию, рассеиваемую за период питающего напряжения в виде тепла в резистивных элементах цепи, и измеряется в Ваттах.

При расчетах электрических цепей и на практике используется понятие реактивной мощности Q, которая вычисляется по формуле

Q = UISinφ, (В*А)

Она характеризует максимальную скорость обмена энергии между источником и элементами, способными запасать энергию электрического или магнитного поля (индуктивные или емкостные элементы ЭЦ Реактивная мощность может быть положительной, если φ >0 и отрицательной, если φ<0.

Величина S, равная произведению действующих значений тока и напряжения на зажимах ЭЦ, называется полной или кажущейся мощностью и измеряется в вольтамперах (ВА).

S= UI,

понятием коэффициента мощности Cosφ =P/S,который характеризует долю средней или активной мощности P в полной мощности S. Чем меньше Cos φ при одинаковой активной мощности Р, тем больше ток и потери в устройствах передачи энергии.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте