Линейные цепи постоянного тока Электрическая энергия и электрическая мощность Магнитное поле и магнитные цепи Электрические машины переменного тока Однофазный асинхронный двигатель

Курс лекций и примеры решения задач по электротехнике.

Электрическая энергия и электрическая мощность

Электрическая энергия

Рис. 1.13

 Изобразим схему простейшей электрической цепи, состоящей из источника ЭДС с внутренним сопротивлением  и приемника с сопротивлением  (рис. 1.13).

Комбинационные устройства Комбинационными называются логические устройства, выходные функции которых определяются входными логическими функциями в момент их воздействия. К комбинационным устройствам относятся шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы.

 Из закона Ома (1.9)

.

 Учитывая, что , запишем

.  (1.13)

 Умножим левую и правую части уравнения на

,  (1.14)

где  – работа (энергия) источника.

 Так как , то  (1.15) 

где   – энергия, передаваемая потребителю;  – энергия, расходуемая на потери во внутреннем сопротивлении источника.

 Следует отметить, что работа и энергия – понятия равноценные. Энергия – способность источника совершать работу. Чтобы измерить энергию источника, надо измерить работу, которую он совершает, расходуя эту энергию.

 Размерность энергии  В·А·с = Дж.

 На практике за единицу энергии принимают 1 кВт·ч = 3600000 Дж.

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Анализ цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм Совокупность векторов, изображающих синусоидальные ЭДС, напряжения и токи одной частоты и построенных на плоскости с соблюдением их ориентации друг относительно друга, называют векторной диаграммой. Векторные диаграммы широко применяются при анализе режимов работы цепей синусоидального тока, что делает расчет цепи наглядным.

Линейные цепи синусоидального тока В электроэнергетике используют в основном переменный ток. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным током заключается в возможности просто и с минимальными потерями преобразовывать напряжение при передаче энергии. Генераторы и двигатели переменного тока имеют более простое устройство, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока.

Действующее значение синусоидального тока Мгновенное значение переменного тока все время изменяется от нуля до максимального значения. Однако переменный ток, как и постоянный, измеряется в амперах. Какой же смысл мы вкладываем в термин «переменный ток»? Можно было бы характеризовать переменный ток его амплитудой.

Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока Индуктивная катушка как элемент схемы замещения реальной цепи синусоидального тока дает возможность учитывать при расчете явление самоиндукции и явление накопления энергии в ее магнитном поле.

Неразветвленная цепь синусоидального тока Рассмотрим цепь из трех последовательных токоприемников : первые два имеют активно-индуктивный характер, третий является последовательным соединением резистора и конденсатора. Проведем анализ цепи по векторной диаграмме

Пример. Определить действующее значение входного тока по известным токам в параллельных ветвях (риc. 2.15 а) = 3 A; = 1 A; = 5 A. Решение находим по первому закону Кирхгофа

Электрическая мощность

 Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии

 (1.16)

 Размерность мощности – ватт (вт). 1 вт – мощность, при которой за одну секунду совершается работа в один джоуль.

 Мощность, отдаваемая (полезная) источником энергии потребителю (приемнику)

 (1.17)

  Потери мощности во внутреннем сопротивлении

.  (1.18)

 При работе источника на нагрузку в виде сопротивления преобразование электрической энергии в электрическую мощность выражают с помощью закона Джоуля-Ленца. Мощность, выделяемая (или потребляемая) в сопротивлении R:

.

  1.5.3. КПД источника энергии

 Отношение мощности приемника (полезной мощности)  к мощности источника энергии   называется его коэффициентом полезного действия (КПД):

  (1.19)

 Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление , тем выше КПД источника. Определим, при каком условии источник энергии развивает полезную максимальную мощность. Преобразуем формулу (1.17), учитывая (1.9)

.  (1.20)

 Исследуем уравнение (1.20) на максимум

  (1.21)

отсюда .

 Тогда формула (1.20) приобретает вид

.  (1.22)

 Таким образом, источник ЭДС развивает максимальную полезную мощность, когда внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника.

 Однако такой режим является невыгодным, так как в этом случае 50 % энергии теряется во внутреннем сопротивлении источника

  (1.23)

 Режим цепи, при котором внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника энергии, называется режимом согласованной нагрузки. Такой режим используется в телемеханике, электросвязи и автоматике, где передаются малые мощности. Мощные источники, как правило, работают на приемник сопротивлением  = (10...20) , обеспечивая максимальный КПД (более 95 %).

К узловым точкам схемы применим первый закон Кирхгофа, а к контурам — второй закон Кирхгофа.

Согласно первому закону Кирхгофа, сумма токов, притекающих к любой точке разветвления (узловой точке), равна сумме токов, уходящих от нее. Если токи, притекающие к точке разветвления, считать положительными, а уходящие от нее, — отрицательными, то первый закон Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма токов в узловой точке равна нулю:

В качестве примера напишем уравнение первого закона Кирхгофа для узловой точки А электрической схемы, представленной на рис. 1.6:

Согласно второму закону Кирхгофа, во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме падений напряжения на всех сопротивлениях, входящих в этот контур:


На главный сайта: Курс Электротехники