Вибір мови

Ukrainian English Russian

foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Знання - це скарб, а навчання - ключ до нього.

Навчання - світло, а не навчання тьма.

Знання за гроші не купиш.

Знання - це сила, а незнання - робоча сила?

Хорошого спеціаліста робота сама шукає.

Електротехніка

Електрообладнання

Авторизація користувача

При реєстрації в стрічці Ім'я обов'язково ввести Прізвище, Ім'я та групу. Наприклад: Іванов Павло М33

Електричні кола постійного струму

1.Електричний струм провідності.

2.Електрична провідність і опір провідників.

3.Джерела електричної енергії.

4.Приймачі електричної енергії.

5.Провідникові матеріали

6.З’єднання провідників

7.Закони Кірхгофа.

8.Втрата напруги в проводах лінії електропередачі.

1.Електричний струм провідності.

Одержання, передача і розподіл електричної енергії, перетворення її в інші види енергії зв'язано з явищем електричного струму. Ці енергетичні перетворення відбуваються в електричних колах.

ekЕлектричне коло - це сукупність пристроїв і об'єктів, що утворять шлях для електричного струму. Електромагнітні процеси в електричних колах можна описати за допомогою понять про електрорушійну силу, струм і напругу. Найпростіший електричне коло складається з трьох основних елементів: джерела1, приймача 2 електричні енергії, сполучних проводів 3. Ці елементи умовно названі основними, тому що при відсутності хоча б одного з них електричний коло зібрати неможливо. Окремий пристрій, що входить до складу електричного кола, і виконує визначену функцію, називається елементом електричного кола. В електричні коли крім основних входять допоміжні елементи, призначені для керування, регулювання, контролю, захисту.

Розрізняють електричні коли постійного і перемінного струмів.

Електричний струм має кілька різновидів у залежності від типу речовини, у якому він виникає при відповідних умовах.

 

Електричний струм провідності.

Електричний струм у провідниках утворюють вільні носії електричного заряду. У металах — це вільні електрони, в електролітах (розчинах солей, кислот, лугів) — заряджені атоми і молекули (іони). Електропровідність металів називається електронною і, а електролітів -іонною.

Якщо в провіднику підтримується електричне поле, то вільні заряджені частки (електрони, іони), що беруть участь у тепловому безладному русі, здобувають складові швидкості в напрямку дії сил електричного полючи Fе (уздовж лінії напруженості). У цьому випадку частки рухаються переважно в одному напрямку: позитивні — по напрямку поля, а негативні — у зворотну сторону.

Електричний струм у газах

Електричний струм провідності – це направлений рух носіїв зарядів. Струм визначається кількістю енергії (зарядом), яка проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу: I = Q/t

де I-струм, А (ампер); t— час, (секунда).

Одиницею вимірювання струму є ампер (А): 1А = 1Кл / 1с.

У практичних розрахунках використовують поняття щільності електричного струму, що виражається відношенням струму в провіднику до площі його поперечного переріза:

J = I / S

де J -щільність електричного струму, А/м2; S—площа поперечного перерізу провідника, м2. Електричний струм, що не змінюється в часі, називається постійним, а струм, що змінюється з часом, змінним.

ItНа мал. показані графіки постійного струму (пряма 1) і змінних струмів (криві 2,3). На графіку перемінного струму по осі ординат відкладаються миттєві значень струму і, що визначаються зміною елементарного заряду dQ за нескінченно малий проміжок часу:i= dQ/dt

У цьому випадку електричний струм, що не змінюється в часі.

 2.Електрична провідність і опір провідників.

Дослідами встановлено, що щільність електричного струму пропорційна напруженості електричного полючи Е и залежить від властивостей провідної речовини, що у даному випадку виражає величина питомої електричної провідності g:   J = g E

Питома електрична провідність характеризує електропровідність — властивість речовини проводити електричний струм, що не змінюється, під дією незмінного електричного поля.

По ступені електропровідності речовини поділяють на провідники, напівпровідників і непровідників (діелектрики).

 Провідником називається матеріал, основною властивістю якої є електропровідність, тобто властивість створювати під дією незмінного  в  часі електричного поля незмінний в часі електричний струм. Провідникові матеріали зазвичай використовують у вигляді ізольованого дроту круглого перерізу. Основним матеріалом для виготовлення електричних проводів і кабелів є стійкі проти корозії мідь і алюміній, які мають гарну електропровідність, пластичність і достатню механічну міцність. Проводи і кабелі в електричних колах застосовують як канали для спрямованої передачі і розподілу електроенергії від джерел до приймачів. Ізольовані проводи застосовують і для виготовлення обмоток електричних машин, трансформаторів, різних апаратів, реле, вимірювальних приладів тощо.

 Для виготовлення нагрівних приладів, реостатів і резисторів широко застосовують електропровідні сплави з відносно великим питомим опором і малим температурним коефіцієнтом опору: константан і нейзільбер, манганин, ніхром, фехраль, хромаль.

 Широко застосовуються при виготовленні струмопровідних деталей і контактів в електроапаратах латунь, сплави міді з цинком, різні сплави срібла, золота, олова, свинцю.

 Діелектрики – використовують як ізоляційні матеріали. Електричні властивості діелектрика – висока електрична міцність, низька електропровідність, малі діелектричні втрати.

 Оскільки в діелектриках число вільних заряджених частин в одиниці об’єму дуже мала, тому при наявності зовнішнього електричного поля з направленим рухом вільних заряджених частин можна не рахуватись і вважати, що в діелектриках переважають явища електростатичні. Діелектричні матеріали: газоподібні (повітря, інертні гази, водень, азот, С02), рідинні (нафтові електроізоляційні масла, деякі синтетичні рідини, кремній, органічні рідини), тверді (волокнисті – пряжа, тканини, папір, картон з наступним просочуванням спеціаль­ними складовими), шаруваті пластики, пластмаси, електроізоляційні плівки, керамічні матеріали, скло, сегнетоелектрики тощо.

Напівпровідниками називають речовини, питома провідність яких має проміжне значення між питомими проводимостями металів і діелектриків. Напівпровідники одночасно є поганими провідниками і поганими діелектриками. Кордон між напівпровідниками і діелектриками умовна, так як діелектрики при високих температурах можуть вести себе як напівпровідники, а чисті напівпровідники при низьких температурах ведуть себе як діелектрики.

{youtube}rT8XN1XrpXQ{/youtube}

Опір провідників

Величину, обернено пропорційну опору, називають провідністю G і визначають в сименсах (См), 1См = 1 / Ом:

G = 1 / R. G = I /U = gS/l

При постійній величині g постійна і величина G. Тому струм у проводі пропорційний напрузі між його кінцями. Величина, зворотна електричної провідності, виражає електричний опір проводу R, а величина, зворотна питомої електричної провідності, також характеризує властивості матеріалу проводу і називається питомим електричним опором ρ =1/g

 

ρ= R S /  l   [ Омּ мм2 / м]

Опір проводу R = r l / S   [Ом]

де r – питомий опір, Омּ мм2 / м; l – довжина провідника, м; S – площа поперечного перерізу, мм2.

В залежності від питомого опору провідники класифікують:

- провідники з малим питомим опором (срібло 0,016, мідь 0,017, алюміній 0,028 Омּ мм2 / м)

- провідники з великим питомим опором (нікелін 0,42 ніхром 1,1 , Фехраль 1,3 Омּ мм2 / м)

 - надпровідники це провідники , що немають питомого опору. Явище надпровідності існує для низки матеріалів, не обов'язково провідників високої якості при звичайних температурах. Перехід до надпровідного стану відбувається при певній температурі, яку називають критичною температурою надпровідного переходу приблизно -273 С0. Надпровідність, проте, може бути зруйнована, якщо помістити зразок у зовнішнє магнітне поле, яке перевищує певне критичне значення.

 

Закон Ома 

Закон Ома для ділянки кола – залежність між струмом у провіднику і різницею потенціалів на кінцях провідника.

Струм, що проходить по ділянці кола, прямо пропорційний напрузі U, прикладеній до цієї ділянки, та обернено пропорційний його опору R, топ то

I = U / R,

де Uвимірюється у вольтах (В); Rвимірюється в омах (Ом).

Електричний опір провідника R = U / I

Закон Ома для повного кола – залежність між струмом у колі, е.р.с. і опором. Для кола з одним джерелом (із балансу потужностей) визначаємо: EI = I2R + I2r0   і    Е = I(R+ r0)   В

де r0 – внутрішній опір джерела, Ом.

Звідки I =Е / (R+ r0)     В,

Струм, що проходить по повному колу прямо пропорційний електрорушійній силі джерела і обернено пропорційний сумарному опору кола.

Якщо в колі декілька послідовно з’єднаних джерел струму, то струм у такому колі дорівнює відношенню алгебраїчної суми електро­рушійних сил джерела до суми всіх зовнішніх і внутрішніх опорів кола.

{youtube}MBEkXOVcjsE{/youtube}

Опір провідника залежить від температури

R2 = R1 [1 + α (t2 t1 )],

де R1 – опір провідника при температурі t1, Ом; R2 – опір провідника при температурі t2 , Ом; α – температурний коефіцієнт опору, який чисельно рівний відносному наростанню опору при нагріванні провідника на 1˚С.

Електричний опір мають всі елементи електричних колів У цих випадках опір не створюється навмисно, а обумовлено властивостями матеріалів.

Елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору, називається резистором.

Елемент електричного кола, в якому електричний опір залежить від температури, називається терморезистором,

Якщо струмопровідний елемент резистора виготовлений з матеріалу з постійною величиною питомої електричної провідності, незалежної від струму чи напруги, то резистор називається лінійним, тому що має постійний опір і прямолінійну залежність між струмом і напругою на його До резисторів такого типу відносяться і регульовані резистори, конструкцією яких передбачена можливість примусової зміни їхнього опору.У практиці застосовують також резистори з опором, що залежить від прикладеного до їх затисків напруги варистори. Резистор такого типу називається нелінійним, тому що він має нелінійну вольт-амперну характеристику. Для позначення опору резистора застосовується кодоване позначення. Воно складається з трьох чи чотирьох знаків, що містять цифри і літери. Літера коду означає множник (R – 1 Ом; К – 1000 Ом; М – 1000000 Ом), а її положення визначає положення коми десяткового дробу. Наприклад:R-P

1К5=1,5кОм=1500 Ом;

к68=0,68кОм=680 Ом.

 

3.Джерела електричної енергії.

Електричну енергію одержують шляхом перетворення інших видів енергії за допомогою відповідних перетворювачів, що називають джерелами електричної енергії.

{youtube}7PIh2EUchvE{/youtube}

Електромеханічні генератори — електричні машини для перетворення механічної енергії в електричну.

На теплових електростанціях працюють турбогенератори, що приводяться в рух тепловими (паровими, газовими) турбінами, а на гідроелектростанціях установлені гідрогенератори з приводом від гідравлічних турбін. Турбогенератори і гідрогенератори— це машини зміного струму.

У колах постійного струму як джерела електричної енергії застосовуються: - електромеханічні генератори;

- електрохімічні джерела (гальванічні елементи, акумулятори);

- термоелектрогенератори (пристрою прямого перетворення теплової енергії в електричну),

- фотоелектрогенератори (перетворювачі променистої енергії в електричну).

Перетворення хімічної енергії в електричну пов’язано з явищем електролітичної дисоціації, сутність якого – утворення заряджених часток – іонів при розчиненні деяких речовин (кислот, солей та ін.).

На рис.  показана цинкова пластинка, опущена у водяний розчин сірчаної кислоти (електроліт). Цинк розчиняється в електроліті, причому в розчин переходять позитивні іони Zn+ . Розчин заряджається позитивно, а цинк –негативно. Розчинення цинку обумовлене хімічними силами.

 js2

Рис.  Цинкова пластина в розчині сірчаної кислоти.

 У місці контакту цинк – розчин з’являється електричне поле іонів, що утворилися, спрямоване від розчину до цинку.

По мірі розчинення цинку росте заряд, а разом з ним і напру­женість електричного поля. Електричне поле протидіє переходу іонів Zn+  у розчин, тому на визначеній стадії розчинення цинку припиняється.

Такий врівноважений стан відповідає рівності двох сил, що діють на іони Zn+: хімічної, під дією якої цинк розчиняється, і електричному, перешкоджаючому розчиненню. Розчинення цинку припиняється за наявності деякої різниці потенціалів між цинком і розчином.

Якщо в той же розчин помістити пластинку з іншої речовини, то описаний процес буде мати місце й у цьому випадку . Але отримана різниця потенціалів  може бути іншої величини – більше або менше 

За таким принципом утворюється е.р.с. гальванічного елемента й акумулятора .

У цьому випадку е.р.с. створюється і підтримується під час роботи елемента хімічними силами (сторонні сили). Отже, відбувається перетворення хімічної енергії в електричну.

Електричний струм у гальванічному елементі супроводжується незворотними електрохімічними процесами, які можна описати визначеними хімічними реакціями.

js1

Рис  Режим розрядки свинцевого акумулятора.

 Застосування гальванічних елементів обмежене – в одиницю часу вони можуть дати лише незначну кількість електричної енергії, а термін їхньої роботи невеликий і закінчується, коли активна речовина електродів деякою мірою буде витрачена.

Значно більше застосування мають акумулятори, електрохімічні процеси яких зворотні. Зворотність електрохімічних процесів дозволяє проводити багаторазову зарядку і розрядку акумуляторів. Під час заряджання в них накопичується визначена кількість хімічної енергії за рахунок витраченої електричної енергії, а при розрядці ця енергія може бути використана в електричному ланцюзі у вигляді електричної енергії.

Безпосереднє перетворення теплової енергії в електричну можна здійснити, використовуючи явища в контакті двох металів чи напівпровідників, де діють сторонні сили, якими обумовлена дифузія заряджених часток.

Величина контактної різниці потенціалів залежить не тільки від властивостей контактуючих матеріалів, але і від температури контакту, тому що з температурою пов’язана енергія вільних електронів і їхня концентрація.

 js3

 Рисунок 3 – Утворення термо-е.р.с. металевої термопари.

Розглядаючи замкнуте коло із двох різних металів (рис. 3а), переконуємося, що при однаковій температурі контактів 1 і 2 електричні струми в ланцюзі не проходять, тому що контактні різниці потенціалів обох контактів однакові, але спрямовані в протилежні сторони по колу.

 Якщо один з контактів, наприклад 2, нагріти (t1>t2), то рівновага порушиться – у контакті 1 з’явиться додатковий стрибок потенціалу, зв’язаний з нагріванням. У цьому випадку Uк1 >Uк2, у колі утвориться термо-е.р.с., абсолютне значення якої пропорційне різниці температур контактів.

де Е0 – величина, що залежить від властивостей металів, які утворять контакт.

Таким чином, термо-е.р.с. виникає в колі, що складається з різних металів, при різній температурі місць з’єднання.

Термо-е.р.с. у розглянутому колі підтримується завдяки нагрі­ванню спаю, тобто при постійній витраті теплової енергії, але термо-е.р.с. є причиною електричного струму.

Однак концентрація вільних електронів у металах велика і при переході з одного металу в інший змінюється дуже мало. У зв’язку з цим контактна різниця потенціалів виявляється незначною і мало залежить від температури. З цієї причини металеві термоелементи мають дуже малі е.р.с. (у спаї платини і заліза – 1,9 мВ при різниці температур гарячого-холодного спаїв 100°С, а к.к.д. їх не перевищує 0,5%. Такі термоелементи застосовують для вимірювання температур (термопари).

Для цього в коло термопари включається вимірювач термо-е.р.с. –     мілівольтметр (рис. ). Термопара є джерелом електричної енергії, а вимірювальний прилад – приймачем.

Крім контакту 1 основних металів термопари між собою утво­ряться контакти їх зі сполучними проводами (2, 3). У цих контактах теж є контактні різниці потенціалів, але вони не змінюють термо-е.р.с., якщо їхня температура підтримується однаковою.

За наявності довільного числа контактів різних металів сума контактних різниць потенціалів у замкнутому ланцюзі залишається рівної нулю, якщо всі контакти мають однакову температуру. Незалежно від числа контактів, термо-е.р.с. пропорційна різниці температур більш нагрітого контакту і всіх інших контактів, що знаходяться при однаковій температурі.

На відміну від металів у напівпровідниках під час збільшення температури значно збільшуються концентрації вільних електронів і дірок. Завдяки цій властивості напівпровідників одержують вищі термо-е.р.с. (до 1 мВ на 1°С різниці температур) і к.к.д. термоелементів до 7%.

Напівпровідниковий термоелемент складається з двох напів­провідників (n і р, рис.). Один з них має електронну, інший – діркову електропровідність, під час нагрівання напівпровідників у місці з’єднання їх металевою пластинкою значно збільшується концентрація вільних носіїв заряду. Тому в напівпровідниках виникає дифузія їх від гарячого кінця до холодного. У напівпровіднику з електронною електропровідністю до холодного кінця переміщаються електрони, в результаті чого цей кінець заряджається негативно. В іншому напів­провіднику до холодного кінця переміщаються дірки, утворюючи позитивний заряд. Виникаюча різниця потенціалів протидіє дифузії і при деякому значенні її встановлюється рівновага сил електричного поля і сторонніх сил, під дією яких іде процес дифузії носіїв заряду. Ця різниця потенціалів і є термо-е.р.с. напівпровідникового термо­елемента.

 js4

Рис  Напівпровідниковий елемент.

 Якщо до холодних кінців напівпровідників підключити струмопровідний елемент, наприклад резистор, то утвориться замкнутий ланцюг і електричний струм у ньому.

Концентрація і енергія вільних носіїв заряду в напівпровідниках може збільшуватися не тільки під час нагрівання, але і під дією променевої енергій (світло, інфрачервоне випромінювання). Провід­ність напівпровідників, обумовлена дією на них променевої енергії, називається фотопровідністю (внутрішнім фотоефектом). На явищі фотопровідності базується дія групи електронних приладів, названих фотоопорами. У вентильному фотоелементі здійснюється контакт двох напівпровідників, один із яких має електронну електропровідність, а інший – діркову.

 Можливість одержання електричної енергії з інших видів енергії зв'язана з тим, що на заряджені частки крім сил електричного поля за певних умов можуть діяти сили, обумовлені неелектромагнітними процесами. Ці сили, називані сторонніми, що виникають при хімічних реакціях, нагріванні контакту різнорідних металів або напівпровідників, при освітлені фотоелементів.

Відзначимо загальну властивість джерел: при перетворенні будь-якого виду енергії в електричну в джерелі відбувається поділ позитивного і негативного зарядів і утворюється електрорушійна сила ЕРС.

Величина, що характеризує здатність стороннього поля і індукційного електричного поля викликати електричний струм, називається електрорушійною силою.

Відповідно до закону збереження енергії, кількість електричної енергії, отриманої в джерелі, дорівнює роботі сторонніх чи електромагнітних сил, здійсненої в процесі розподілу заряду.

Відношення цієї роботи до величини розділеного заряду виражає величину електрорушійної сили.

Робота ( енергія W), затрачена для перенесення заряду Q на ділянці кола за час t,

A = W = U Q, або A = W =U I t,

де А – визначається в джоулях [Дж].

Робота виконана джерелом електричної енергії з ЕРС Е [В],

A = E Q A = E I t.

Потужність, яка використовується навантаженням,

Р = А / t = U I = R I2 = U2 / R,

де Р – вимірюється у ватах [Вт].

Електрична енергія, одержувана в джерелі в одиницю часу (за одну секунду), називається потужністю джерела.

Потужність, яку д осягає джерело або генератор,

Рr= W/t = E I.

За законом збереження енергії потужність генератора дорівнює сумі потужностей споживача. Цю рівність називають балансом потужностей в електричних колах:

Pr= Σ P E I = Σ I2 Ri .

4.Приймачі електричної енергії.

Найбільш численними і різноманітними елементами електричних колів є приймачі електричної енергії. Вони служать для перетворення електричної енергії в інші види енергії:

- механічну (електродвигуни, тягові електромагніти),

- теплову (электри-ческиепромышленные печі, побутові нагрівальні прилади, зварювальні апарати),

- світлову (лампи електричного висвітлення, прожектори),

- хімічну (акумулятори в процесі зарядки, електролітичні ванни й ін.).

Швидкість перетворення електричної енергії в электроприймачу в інший вид енергії називається потужністю електроприймача. Чисельно вона виражається величиною енергії, перетвореної в електроприймачі за одну секунду:

Закон Джоуля – Ленца.

Теплова потужність (кількість теплової енергії) пропорційна квадрату струму та величині опору провідника. = I2 R, Р= U2/R

Принцип перетворення електричної енергії в теплову лежить також в основі роботи електричних ламп розжарення. Нитка лампи, виготовлена з тугоплавкого металу (вольфраму), нагрівається при електричному струмі в ній до температури близько 3000 °С. При високій температурі нитки лампи частину енергії (менш 10 %) випромінюється у виді світла.

 

5.Провідникові матеріали

Основними з електричних характеристик провідникових матеріалів є питома провідність (чи питомий опір r)та температурний коефіцієнт питомого опору a

З погляду електропровідності розрізняють провідникові матеріали:

- з малим питомим опором;

- надпровідники

- с великим питомим опором.

Матеріали з малим питомим опором йдуть на виготовлення дротів та кабелів (для пристрою ліній передачі і розподіли електричної енергії, ліній зв'язку);

обмотувальних проводів (для всіляких обмоток електричних машин, апаратів, приладів). Для цих цілей найбільше застосування мають мідь і алюміній.

Крім чистої міді в електротехніку застосовують її сплави (бронзу, латунь).

При зниженні температури питомий опір r металів зменшується. В даний час відомо, що багато чистих металів (сплави і хімічні сполуки) при охолодженні до деякої температури, що наближається до абсолютного нуля, переходять у стан надпровідності, з настанням якого їхній питомий опір стрибком зменшується практично до нуля. У числі надпровідників можна відзначити алюміній, ртуть, тантал, свинець, ніобій і його сплави.

Матеріали з великим питомим опором в основному є металевими сплавами: манганін — міно-марганцевий сплав, застосовується при виготовленні вимірювальних приладів; константан — мідно-никелевий сплав для намотування дротових резисторів і реостатів; ніхром — сплав нікелю, хрому і заліза; фехраль — сплав заліза, хрому, алюмінію застосовують для пристрою електронагрівальних приладів.

Ці матеріали мають високий питомий електричний опір, достатню механічну міцність, дозволяють одержати стрічки, дроту різної товщини.

Провідникові вироби. До провідникових виробів відносяться електричні кабелі, проводи і шнури внутрішніх проводок, проводу для чи повітряних ннй електропередачі, обмотувальні проводи, контактні вироби і т.д.

6.З’єднання провідників

Послідовне з’єднання

pszR

Еквівалентний опір ряду послідовно з’єднаних резисторів дорівнює сумі їх опорів:

Rекв = R1 + R2 + … + Rn.          I= I1 = I2 = I3               U = U1 +U2 +U3

{youtube}oHUW4qppa6s{/youtube}

Паралельне з’єднання

Паралельним називають таке з’єднання резисторів, при якому між двома вузлами електричного кола приєднано декілька резисторів. Еквівалентна провідність цієї ділянки кола дорівнює сумі провідностей всіх паралельних гілок: G = G1 + G2 + …+ Gn ,

1/R = 1/R1 + 1/R2 + …+ 1/Rn.

Rекв = R1 R2 .... Rп/ (R2 R3 .... Rп + R1 R3 .... Rп + R1 R2 .... Rп-1 ).

przR

При паралельному з’єднанні двох резисторів R1 та R2 їх еквівалентний опір R=R1 R2/(R1+R2).                  

{youtube}rT8XN1XrpXQ{/youtube}

Змішане з’єднання резисторів – Це послідовно – паралельне з’єднання резисторів або ділянок кола.

Приклад розрахунку змішаного з’єднання резисторів та визначення еквіваленткого опору.

Для розрахунку змішаного з'єднання резисторів за даної схемою необхідно знайшовши в схемі два резистори які з'єднані послідовно або паралельно замінити їх одним еквівалентним. Такі перетворення в схемі необхідно робити до тих пір поки в схемі залишиться тільки один еквівалентний резистор.

Вихідні дані для розрахунку

R1

У початковій схемі шукаємо послідовне або паралельне зєднання опорів

R2

Замінюємо знайдені зєднання еквівалентними і проводимо їх розрахунок

R3

Продовжуємо пошук в схемі послідовного або паралельного зєднананя

R4

Замінюємо знайдене паралельне зєднання еквівалентними і проводимо  розрахунок

R5

 

 

Продовжуємо пошук в схемі послідовного або паралельного зєднананя

 

 

R6

Замінюємо знайдене послідовне зєднання еквівалентними і проводимо  розрахунок

R7

 

Продовжуємо пошук в схемі послідовного або паралельного зєднананя

R8
Замінюємо знайдене паралельне зєднання еквівалентними і проводимо  розрахунокR9

Продовжуємо пошук в схемі послідовного або паралельного зєднананя

R10


Замінюємо знайдене послідовне зєднання еквівалентними і проводимо  розрахунок

 

R11

7.Закони Кірхгофа

Перший закон Кірхгофа.

Сума струмів, направлених до ланцюга, дорівнює сумі струмів направлених від ланцюга, або алгебраїчна сума струмів у вузлі дорівнює нулю:

І1 + І3 +... + Іn = І2 + І4 + ... + Іk ,

vuzlде І1, І3 ,... Іn – струм направлений до вузла; І2 4 , ... Іk– струм направлений від вузла, або

ΣІ = 0.

Зі знаком “+” записуються точки направлені до вузла, зі знаком “-“ – від вузла.

 

Другий закон Кірхгофа.

kontur

В замкнутому контурі електричного кола алгебраїчна сума ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі падіння напруги вздовж того ж контуру:

Σ Е = Σ ІR.

При складанні рівнянь по цьому закону ЕРС джерела записують зі знаком “+”, якщо її напрямок співпадає із вибраним напрямком обходу контуру. Падіння напруги записують зі знаком “+”, якщо напрямок струму через резистор співпадає із вибраним напрямком обходу контуру.

 Щоб розрахувати електричне коло за допомогою законів Кірхгофа, необхідно:

а) у колі довільно призначити напрями струму;

б) скласти рівняння за першим законом Кірхгофа на одне менше, ніж число вузлів у колі;

в) рівняння, котрих бракує до повної системи, скласти за другим за­коном Кірхгофа. Контури треба вибирати таким чином, щоб у кожному була хоча б одна вітка, котра не розглядалася раніше;

г) після визначення струмів треба уточнити дійсний напрям цих

струмів.

Розрахунок струму у вітках методом згортання схеми

Вихідні дані для розрахункуR-1

У початковій схемі шукаємо послідовне або паралельне з’єднання опорів

R-2

Замінюємо знайдені з’єднання еквівалентними і проводимо їх розрахунок

R-3

Продовжуємо пошук в схемі послідовного або паралельного з’єднананя

R-4

 

 R-5

 

Замінюємо знайдені з’єднання еквівалентними і проводимо їх розрахунок

 

В кінцевій схемі всі опори сполучені послідовно, тому обраховуємо загальний опірR-6

 Позначаємо стрілками умовні позитивні напрямки струмів і напруг

R-7

R-8

Використовуючи закони Ома для повного кола та ділянки кола, обчислюємо значення загального струму та напруги на навантаженні

Повертаючись до попередньої схеми, позначаємо струми і напруги в опорах, які входять в опір R1-5

R-9


R-10

Обчислюємо значення напруг на елементах послідовного з’єднання

 

Позначаємо струми і напруги з врахуванням елементів, які входять в опір R2,3,4

R-11

R-12

 

Обчислюємо струми  які протікають через опори   R 3,4 та R2

Позначаємо струми і напруги в з’єднанні опорів R3,4

R-13

 

R-14

Розраховуємо напруги на опорах R3,4 , R3,4



  8.Втрата напруги в проводах лінії електропередачі.

Різниця напруги на початку та в кінці лінії U1 U2 дорівнює падінню напруги в лінії, називають втратою напруги:

ΔU = U1 – U2 = I Rпр

де Rпр – опір проводів в лінії: Rпр= ρ2l/S

l – довжина одного проводу двох провідної лінії, м;

S – переріз проводу, мм2 ). Потужність втрат в лінії (Вт)

ΔP = I ΔU = I2 Rпр.

Коефіцієнт корисної дії лінії

η = Р1 / Р2 = (Р1 – ΔР) / Р1 = (U1 IΔUI)/ U1 I = 1-(ΔU / U1 ), або η = Р2 / Р1 · 100٪,

де Р1 – потужність на початку лінії, Вт; Р2 – потужність в кінці лінії, Вт.

Режими роботи електричних кіл.

 

Із всіх режимів роботи електричних кіл та окремих їх елементів найхарактернішими є:

 

номінальний режим;

 

узгоджений режим;

 

режим холостого ходу (х.х.);

 

режим короткого замикання (к.з.).

 

Номінальним називається режим роботи, для якого розраховане джерело електричної енергії або електроприймач.

 

Для електричних величин, що визначають номінальний режим, відносяться номінальна напруга, номінальний струм, номінальна потужність.

 

Генератори, електроприймачі та інші елементи електричних установок виробляють не на будь–які напруги, а на обмежене число визначених напруг. Шкала цих напруг, які прийнято називати номінальними, встановлюються державним стандартом.

 

Номінальний режим джерела або споживача електроенергії вказується в паспорті на цей елемент. Номінальні значення струму І ном, напруги U ном і потужності Рном відповідають найвигіднішим умовам роботи пристрою з точки зору економічності, надійності, довговічності та ін.

 

Узгодженим називається режим, при якому джерело віддає в зовнішнє коло найбільшу потужність Рmах.

 

Покажемо, що такий режим досягається, коли зовнішній опір кола Rзовн дорівнює внутрішньому опору джерела

 

Потужність, що віддає джерело дорівнює . Р= І2Rзов.

 

 

Коефіцієнт корисної дії джерела η = Рзовн / Р, тобто відношенню потужності, що споживається зовнішнім колом, до потужності, що віддає джерело.

 

При узгодженому режимі джерело працює з к.к.д. η=0,5

 

 

Режими холостого ходу і короткого замикання.

 

Граничними режимами роботи джерела є: режим холостого ходу – зовнішнє коло розімкнене;

 

режим короткого замикання – клеми джерела замкнені провідником, опір якого нескінченно малий.

 

В режимі холостого ходу, тобто при розімкненому зовнішньому колі, його опір практично дорівнює нескінченності (Rзовн = ¥), а величина струму дорівнює нулю (І = 0). Так як в цьому випадку падіння напруги всередині джерела дорівнює нулю, то напруга на клемах джерела дорівнює ЕРС (Uдж = Е).

 

Коротке замикання виникає в результаті пошкодження ізоляції струмоводних частин. Чим ближче до джерела місце короткого замикання, тим менший опір контуру abcda і тим більше величина струму короткого замикання Ікз. При короткому замиканні на клемах джерела зовнішній опір близький до нуля, струм джерела досягає найбільшого значення , обмежується тільки опором джерела Rдж і може в багато разів перевищувати номінальний струм навантаження. Напруга на клемах джерела U дж при цьому дорівнює нулю.

 

Коротке замикання є великою небезпекою для електричних установок. Для запобігання цього аварійного режиму використовують плавкі запобіжники (З).

 

Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела.

 

Вираз Uдж = Е – RджІ  є рівнянням зовнішньої характеристики джерела, що описує залежність напруги в зовнішньому колі від струму в ньому. При умові Е = const і Rдж= const залежність Uдж(І) є лінійною.

 

На графіку зовнішньої характеристики буквами позначені:

 

Н – область, що відповідає номінальному режиму;

 

У – точка, що відповідає узгодженому режиму;

 

ХХ – точка, що відповідає режиму холостого ходу;

 

КЗ – точка, що відповідає режиму короткого замикання.

 

Джерело ЕРС та джерело струму.

 

При аналізі та розрахунку електричних кіл джерело електроенергії з параметрами – ЕРС Е і внутрішнім опором Rдж – може бути представлене двома способами: як джерело ЕРС або як джерело струму.

 

Джерелом ЕРС називається джерело електроенергії, внутрішній опір якого R дж дуже малий, так що напруга на клемах джерела Uдж = Е – RджІ при зміні струму в межах від нуля до номінального Іном змінюється незначно.

 

До джерел ЕРС можна віднести електромеханічні генератори, гальванічні елементи, акумулятори, для яких Rзовн >> Rдж.

 

Ідеальним джерелом ЕРС називається умовне джерело, напруга на якому не залежить від струму в навантаженні і дорівнює ЕРС (внутрішній опір Rдж =0).

 

Зовнішня характеристика ідеального джерела ЕРС і його позначення на схемах має вигляд:

 

До джерел струму відносять джерела електроенергії з великим внутрішнім опором Rдж, в яких струм І кола практично не залежить від значення напруги U на приймачі при його змінах від 0 до номінального.

 

Ідеальним джерелом струму називається джерело електроенергії, струм якого не залежить від значення напруги U (або опору приймача R н ) і дорівнює струму короткого замикання джерела живлення – Ікз = Е / Rдж.

 

Схема заміни реального джерела ЕРС складається з ідеального джерела ЕРС і послідовно з’єднаного з ним опору Rдж реального джерела електроенергії.

 

Схема заміни реального джерела струму складається з ідеального джерела струму і паралельно включеного з ним резистивним елементом, опір якого дорівнює внутрішньому опору Rдж реального джерела електроенергії.

 

Найбільш вживаною є послідовна схема заміни джерела, так як вона більше відповідає потужним джерелам.

 

Схема заміни з джерелом струму частіше вживається для аналізу і розрахунку електричних кіл в електроніці, автоматиці, радіотехніці.

 

Щоб замінити схему з джерелом струму з параметрами J і Rдж схемою з джерелом ЕРС треба покласти значення Е = J R дж.

 

Реклама дисципліни

Цей день в історії електрики

Сьогодні немає визначних подій

Веб камера лабораторії

2017-11-02 08-18-37.982.jpg