Главная страница
Медицина
Экономика
Финансы
Биология
Ветеринария
Сельское хозяйство
Юриспруденция
Право
Языкознание
Языки
Логика
Этика
Философия
Религия
Политология
Социология
Физика
История
Информатика
Искусство
Культура
Энергетика
Промышленность
Математика
Вычислительная техника
Химия
Связь
Электротехника
Автоматика
Экология
Геология
Начальные классы
Механика
Строительство
Доп
образование
Воспитательная работа
Русский язык и литература
Другое
Классному руководителю
Дошкольное образование
Казахский язык и лит
Физкультура
Технология
География
Школьному психологу
Иностранные языки
Директору, завучу
Астрономия
Музыка
ОБЖ
Обществознание
Социальному педагогу
Логопедия

Материалы для подготовки к экзамену по электротехнике. Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца


Скачать 2.39 Mb.
НазваниеЗакон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца
АнкорМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
Дата18.02.2017
Размер2.39 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
ТипЗакон
#2855
КатегорияЭлектротехника. Связь. Автоматика
страница1 из 16
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


Преимущества электрической энергии. Основные электротехнические понятия. Электрический ток. Электрическая цепь. Сила тока. ЭДС. Напряжение. Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон Джоуля-Ленца.

Ответ: Преимущества электрической энергии.

В настоящее время электрическая энергия – самый распространенный вид энергии и по сравнению с другими видами энергии обладает следующими преимуществами:

1.     Электрическая энергия – единственный вид энергии, который можно производить централизованно в больших количествах, что обеспечивает низкую её стоимость;

2.    быстро и экономично передается на большие расстояния;

3.    легко делится и распределяется между потребителями;

4.    легко преобразуется в другие виды энергии, что делает её универсальным энергоносителем;

5.     является единственным видом энергии, на использовании которой основана работа телекоммуникационных систем, электронно-вычислительной техники, современных систем управления и автоматики.

6.    Потребители электрической энергии отличаются высокой экономичностью и экологической чистотой.

 Несмотря на все эти достоинства электрической энергии свойственны и определенные недостатки:

1.     Электрическая энергия в промышленном масштабе не может быть запасена впрок в больших количествах;

2.     В природе нет естественных источников и запасов электрической энергии, пригодных для практического использования.

3.     специфические загрязнения окружающей среды: электромагнитные поля и электромагнитные излучения, действие которых на человека практически не исследованы.

 Электрическую энергию в промышленных масштабах получают в основном на тепловых электрических станциях за счет использования энергии первичных источников (уголь, газ, мазут).

1). Электрический ток. Сила тока

Упорядоченное направленное движение свободных электрических зарядов в пространстве под действием силы электрического поля называют электрическим током. Количественной мерой электрического тока является сила тока I [A]. Сила тока в электрической цепи определяется количеством электричества dQ[ Кл ], проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени (с): I = dQ /dt [ Кл/с ], [A].При измерении количества электричества часто пользуются единицей измерения - Ампер-секунда (Q = 1 Кл = 1 А-с), а при измерении больших количеств – Ампер-час (1А-час = 3600 А-с ).

2). Электрическая цепь

Электрическая цепь – это совокупность соединённых между собой электротехнических устройств, обеспечивающих прохождение электрического тока и предназначенных для производства электрической энергии, а также её передачи, распределения и преобразования в требуемый вид энергии (работу).

 Чтобы по электрической цепи протекал электрический ток, эта цепь должна быть «замкнута». «Разрыв» электрической цепи в любом месте, т.е. появление в цепи непроводящего участка, приводит к прекращению электрического тока.

Простейшая электрическая цепь содержит следующие элементы:

1. Источник электрической энергии (генерирующее устройство) - преобразует какой-либо вид первичной энергии в электрическую;

2. Соединительные провода – соединяют зажимы источника электрической энергии и потребителя и служат для передачи электрической энергии;

3. Потребитель электрической энергии - служит для преобразования электрической энергии в требуемый вид энергии, т.е. в работу.

Кроме этих устройств электрическая цепь обычно содержит электроизмерительные приборы, различные сигнальные, регулирующие, коммутирующие, защитные и другие электротехнические устройства.

3.) Электродвижущая сила (ЭДС) и напряжение

При протекании электрического тока по электрической цепи совершается работа (механическая, тепловая и др.), на выполнение которой источник электрической энергии затрачивает некоторую энергию. Количественной мерой этой энергии источника является электродвижущая сила[Е] - ЭДС источника электрической [В] – это его полная энергия, которую он может израсходовать на получение работы, совершаемой при перемещении единицы количества электричества по замкнутому контуру электрической цепи (а - а): Eаа = dWаа /dQ [B].

 Для характеристики работы, совершаемой источником электрической энергии на некотором участке электрической цепи, используется понятие разность потенциалов или напряжение [U]. Напряжение [U] характеризуется работой, совершаемой источником электрической энергии на некотором участке цепи (c - d): Ucd = dWcd/dQ[B].

4). Закон Ома

закон Ома: I = YU ,здесь Y [1/ Ом ], [Сименс], [См] коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от свойств и параметров проводника и называется проводимостью.

 Для цепи постоянного тока закон Ома записывается в виде формулы:I = U/R , а для цепи переменного тока: I = U/Z , где Z - полное сопротивление электрической цепи переменного тока.

5). Работа и мощность в электрической цепи

При прохождении электрического тока по электрической цепи в ней происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии, т.е. совершается работа [dW] [Дж] или [Н∙м]. Из выражения для напряжения: U = dW/dQ можно записать: dW = UdQ = UIdt [Дж], или : W = UIt[Дж].

  Для характеристики скорости энергетического процесса преобразования и обмена электрической энергией в электрических цепях переменного тока используют понятие - полная мощность [S] [ВА]: S = dW /dt = UI .

Скорость процесса преобразования электрической энергии в другие виды энергии – характеризуется понятием - активная мощность Р [Вт]. В случае, когда проводник, по которому течёт электрический ток не перемещается (отсутствует механическая работа) и в проводнике не происходит химических превращений, то вся энергия электрического тока преобразуется во внутреннюю энергию, которая выделяется в виде тепла. В случае такого полного преобразования электрической энергии в тепловую для определения активной мощности используется формула Джоуля-Ленца: P = I2 R [Вт]. По этой же формуле обычно определяют тепловые потери («джоулевы» потери) в различных электротехнических устройствах, машинах, аппаратах и др.

 Скорость процесса обмена электрической энергией между электромагнитными полями в электрических цепях переменного тока вводится понятие - реактивная мощность Q=I2X, единица измерения Вольт-Ампер реактивный [ВАр]

2. Электрическая цепь постоянного тока. Основные элементы и их условно-графические обозначения. Методы расчета цепей постоянного тока (правила Кирхгофа, метод эквивалентных преобразований).

Электрической цепью называют совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью электрических величин - электродвижущей силы (E), тока (I) и напряжения (U).

Для расчета и анализа режимов работы реальных устройств электрических цепей используют эквивалентные схемы замещения. Чем точнее элементы схемы замещения отражают реальную цепь, тем точнее ее расчет и анализ режимов работы.

Схемы замещения линейных электрических цепей постоянного тока можно составить с помощью двух типов идеальных элементов (Рис.1):

идеального источника Э.Д.С. с параметром Е (Рис.1а) и идеального резистора (сопротивления) с параметром R (Рис.1б).

Электрические провода, соединяющие такие элементы, изображаются на схемах в виде отрезков прямых линий, электрическим сопротивлением этих проводов при анализе и расчете пренебрегают.

Ветвью называют участок цепи вдоль которого протекает один и тот же ток и который состоит из последовательно соединенных элементов.

Узлом называется место соединения трех и более ветвей.

Контуром называется любой замкнутый путь цепи, который можно обойти, двигаясь по ее ветвям.



Расчет и анализ электрических цепей производится с использованием закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи

Соотношение между током I, напряжением UR и сопротивлением R участка аb электрической цепи выражается законом Ома: или UR = RI-падение напряжения на резисторе R

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

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 RЭ = r0 + R всей цепи:

Сложная электрическая цепь содержит, как правило, несколько ветвей, в которые могут быть включены свои источники питания и режим ее работы не может быть описан только законом Ома. Но это можно выполнить на основании первого и второго законов Кирхгофа, являющихся следствием закона сохранения энергии.

Первый закон Кирхгофа

В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю: ,

где m-число ветвей подключенных к узлу.

При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со знаком «плюс», а токи, направленные от узла – со знаком «минус».

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках: , где n – число источников ЭДС в контуре; m – число элементов с сопротивлением Rк в контуре;

Uк = RкIк – напряжение или падение напряжения на к-м элементе контура.

При записи уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо:

1) задать условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений;

2) выбрать направление обхода контура, для которого записывается уравнение;

Электрическая цепь с последовательным соединением элементов

Последовательным называют такое соединение элементов цепи,при котором во всех включенных в цепь элементах возникает один и тот же ток I

U = U1 + U2 + U3 или IRэкв = IR1 + IR2 + IR3, Rэкв = R1 + R2 + R3.

Недостаток последовательного включения элементов - при выходе из строя хотя бы одного элемента, прекращается работа всех остальных элементов цепи.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Параллельным называют такое соединение, при котором все включенные в цепь потребители электрической энергии, находятся под одним и тем же напряжением (рис. 1.6).

I = I1 + I2 + I3, т.е. откуда следует, что

; gэкв = g1 + g2 + g3. , ток в цепи распределяется между параллельными ветвями обратно пропорционально их сопротивлениям.

3. Основные электроизмерительные приборы. Способы измерения электрических величин и расчет параметров элементов электрической цепи.

Электрическими измерительными приборами называют специальные технические средства, предназначенные для нахождения опытным путём значений измеряемой электрической величины и представления их в форме, доступной для непосредственного восприятия и оценки.

С помощью электроизмерительных приборов (ЭИП) и присоединяемых к ним дополнительных устройств (преобразователей) можно измерять и неэлектрические величины (например, температуру, давление, влажность и др.).

1) Амперметр (А) – служит для измерения силы тока I(A). Обладает очень малым электрическим сопротивлением (RA≈0) и включается в электрическую цепь последовательно.

2) Вольтметр (V) – служит для измерения напряжения U(B). Обладает очень большим электрическим сопротивлением (RV=∞, IV=0) и включается в электрическую цепь параллельно.

3) Ваттметр (W) – служит для измерения электрической мощности P(Вт). Включается по сложной схеме, так как имеет две обмотки: I*- I – амперметровая обмотка (токовая) служит для измерения тока и включается в цепь последовательно, U*- U – вольтметровая обмотка (напряжения). Служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно. I*, U* - генераторные зажимы ваттметра, включаются со стороны источника.

Амперметр

Вольтметр Ваттметр

4. Основные электроизмерительные приборы. Схемы включения. Расширение пределов измерения (шунты, добавочные резисторы). Особенности работы с многопредельными приборами.

Электрическими измерительными приборами называют специальные технические средства, предназначенные для нахождения опытным путём значений измеряемой электрической величины и представления их в форме, доступной для непосредственного восприятия и оценки.

В процессе измерения с помощью электроизмерительных приборов производится сравнение измеряемой электрической величины с принятой единицей измерения.

1) Амперметр (А) – служит для измерения силы тока I(A). Обладает очень малым электрическим сопротивлением (RA≈0) и включается в электрическую цепь последовательно.

2) Вольтметр (V) – служит для измерения напряжения U(B). Обладает очень большим электрическим сопротивлением (RV=∞, IV=0) и включается в электрическую цепь параллельно.

3) Ваттметр (W) – служит для измерения электрической мощности P(Вт). Включается по сложной схеме, так как имеет две обмотки: I*- I – амперметровая обмотка (токовая) служит для измерения тока и включается в цепь последовательно, U*- U – вольтметровая обмотка (напряжения). Служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно. I*, U* - генераторные зажимы ваттметра, включаются со стороны источника.

Схемы включения электроизмерительных приборов:



Расширение пределов измерения (шунты, добавочные резисторы).

Для расширения пределов измерения, приборы магнитоэлектрической системы, а также приборы других систем снабжают набором резисторов для делителей измеряемых величин. Резистор, включаемый последовательно с катушкой измерительного механизма, называется добавочным резистором. Резистор, который включается параллельно с катушкой измерительного механизма или с ветвью, содержащей катушку и добавочный резистор, называется шунтом.

Особенности работы с многопредельными приборами.

В общем случае для обеспечения более высокой точности измерений из нескольких имеющихся ЭИП (или из пределов многопредельного прибора) следует выбрать прибор с минимальной относительной погрешностью d по условию:

d = Кл * АН / АИ = min , где Кл - класс точности измерительного прибора ( % ), АИ - заданное (выбранное или предполагаемое, оценочное) значение измеряемой величины.

Из этого условия следует, что с целью снижения погрешности измерений в случае ЭИП с одинаковым классом точности выбирают прибор, предел измерения которого АН является большим ближайшим значением к измеряемой величине АИ .

Другими словами выбирают прибор с пределом измерения АН ближайшим большим к измеряемой величине АИ (заданной или предполагаемой) т.е. так, чтобы показания прибора находились в конце шкалы, где относительная погрешность измерения d снижается и приближается к классу точности ЭИП.

Из формулы d = Кл * АН / АИ следует, что при АИ ≈ АН d ≈ Кл = min .

5. Классы точности электроизмерительных приборов. Погрешность электрических измерений и способы ее минимизации при выборе измерительного прибора.

Класс точности ЭИП (Кл) является обобщённой метрологической характеристикой прибора и определяет его основную погрешность, обусловленную конструкцией и качеством изготовления прибора при нормальных условиях его эксплуатации (нормируемый диапазон температур и влажности, атмосферное давление, внешние магнитные и электрические поля, вибрации, параметры питающей сети, правильность установки прибора и др.).

Класс точности (Кл) обозначается числом, выраженным в процентах, и представляющим собой нормированное (стандартизованное) значение наибольшей допускаемой приведенной погрешности ЭИП: Кл ≥ γ MAX = (ΔАMAX / АН ) х 100 [%].

Восемь классов точности ЭИП стандартизованы следующими значениями: 0,05 - 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1,0 - 1,5 - 2,5 - 4,0 , поэтому по известному классу точности, указанному на шкале электроизмерительного прибора, можно легко вычислить возможные наибольшие абсолютную и относительную погрешности выполненного единичного измерения:

ΔАМАХ = (АН * Кл ) / 100 [А; В; Вт], δМАХ = (AH * Кл ) / АИ [%].

Погрешности электрических измерений
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
написать администратору сайта