Электротехника и электроника. Конспект лекций

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (Часть 1)

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЦЕНТРОСОЮЗА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИИ»

КАЗАНСКИЙ КООПЕРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

для студентов, обучающихся по направлению подготовки

260800.62 Технология продукции и организация общественного питания

Кирсанов В.А. Электротехника и электроника: Конспект лекций – Казань: Казанский кооперативный институт (филиал) Российского университета кооперации, 2020. – 8 9 с.

Конспект лекций для студентов, обучающихся по направлению подготовки 222000.62 Инноватика, 260800.62 Технология продукции и организация общественного питания разработан в соответствии с учебным планом, утверждённым Учёным советом Российского университета кооперации от 15.02.2020 г., протокол № 3, и рабочей программой от 11.09.2020 г, протокол № 1.

Одобрено и рекомендовано к изданию решением кафедры инженерно – технических дисциплин и сервиса Казанского кооперативного института (филиала) Российского университета кооперации от 16.09.2020, протокол № 2.

© Казанский кооперативный институт (филиал) Российского университета кооперации, 2020

© Кирсанов В.А., 2020

Лекция 1. Общие понятия и определения электрических цепей

Электротехника и электроника – дисциплина, объединяющая знания о двух взаимосвязанных отраслях науки и техники: электротехники и электроники. Объединение двух дисциплин позволяет глубже понять их взаимосвязь и более грамотно использовать изучаемые в электротехнике физические основы электромагнитных явлений и методы расчёта электрических цепей при анализе и синтезе схем электроники, в которых используются как линейные, так и нелинейные электронные приборы, компоненты.

Электротехника – отрасль науки и техники, связанная с получением,

преобразованием и использованием электрической энергии в практической деятельности человека, охватывающая вопросы применения электромагнитных явлений в различных отраслях промышленности и в быту.

Электроника – отрасль науки и техники, связанная с созданием и описанием физических принципов работы новых электронных приборов и устройств или электронных схем на их основе.

• Изучение основных законов и методов расчёта линейных электрических и магнитных цепей;

• Изучение методов анализа и синтеза линейных и нелинейных электрических цепей;

• Изучение принципов функционирования трансформаторов, электрических машин постоянного и переменного тока;

• Изучение организации сетевого питания;

• Изучение методов измерения и наблюдения электрических сигналов;

• Изучение принципов работы основных полупроводниковых приборов и базовых схем электроники, созданных на их основе;

• Изучение элементной базы современных компьютеров и других электронных устройств;

• Изучение принципов организации линейных усилителей электрических сигналов, в том числе и операционных усилителей и изучение областей их возможного применения;

• Изучение принципов построения источников питания современных электронных устройств.

Электрическая цепь это совокупность взаимосвязанных элементов, компонентов или устройств, предназначенная для прохождения в них электрического тока, процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе (э.д.с.), электрическом токе и электрическом напряжении.

Электрический ток (i или I) – направленное движение носителей электрического заряда (в качестве которых часто выступают электроны). Различают три разновидности тока: ток проводимости, ток смещения, ток переноса. Ток проводимости обусловлен направленным упорядоченным движением свободных носителей заряда (например, электронов) под действием электрического поля внутри проводника. Ток смещения или ток поляризации наблюдается в диэлектрике и обусловлен смещением друг относительно друга под действием электрического поля связанных, противоположных по знаку зарядов. Под действием постоянного внешнего электрического поля наблюдается кратковременный ток смещения. Но при переменном поле с током смещения приходится считаться. Ток переноса или ток конвекции обусловлен переносом электрических зарядов в свободном пространстве заряженными частицами или телами под действием электрического поля.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока — количество электричества q, которое протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени:

В случае, если заряды движутся в проводнике неравномерно, изменяющуюся силу тока можно найти по формуле:

Количество электричества в системе СИ измеряется в кулонах (Кл), а сила тока измеряется в амперах (А).

Ампер является силой неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 1 Н/м.

Кулон определяется как количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в 1 с при неизменяющейся силе тока в 1 А.

Для характеристики движения электричества в данной точке поверхности применяется плотность тока δ, которая определяется по формуле:

где S—площадь поперечного сечения проводника.

Электрическое напряжение (u или U) – разность электрических потенциалов между выделенными точками или величина работы, которую совершит электрическое поле по переносу единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Электрический потенциал численно равен работе поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки пространства в бесконечно удалённую, потенциал которой принимается за нулевой. Поскольку в электрической цепи потенциал одной из точек принимается равным нулю, представляют интерес обычно электрические напряжения, а не потенциалы.

Источник э.д.с. – источник напряжения в электрической цепи, величина которого мало зависит от выбранной в разумных пределах нагрузки; источник электрической энергии, использующий для формирования внешнего напряжения сторонние, не электрические силы. Пример: гальванический элемент, осуществляющий преобразование химической энергии в электрическую и генератор, осуществляющий преобразование механической энергии в электрическую.

Электрическая схема – способ изображения электрической цепи на плоскости с использованием условных графических обозначений компонентов или элементов электрической цепи. Под схемой часто понимают физическую реализацию электрической цепи.

Компонент, элемент – минимальная, функционально и конструктивно законченная составная часть цепи или схемы. К компонентам относят источники питания, электродвигатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

При анализе электрических цепей, как правило, оценивают значение токов, напряжений и мощностей. В этом случае нет необходимости учитывать конкретное устройство различных нагрузок. Важно знать лишь их сопротивление – R, индуктивность – L или емкость – С. Такие элементы цепи называют приемниками электрической энергии.

Зависимость тока, протекающего по приемнику электрической энер- гии, от напряжения на этом приемнике принято называть вольтамперной характеристикой (ВАХ).

Приемники электрической энергии, вольтамперные характеристики которых являются прямыми линиями, называются линейными.

Электрические цепи, в состав которых включены только линейные элементы, называются линейными электрическими цепями.

Каждый электрик должен знать:  Цифровые устройства триггеры, компараторы и регистры

Электрические цепи, в состав которых входит хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными электрическими цепями.

Сигнал – физический процесс, несущий информацию или представляю- щий интерес.

Электрический сигнал – сигнал в виде электрического напряжения или тока. Различают аналоговый и цифровой (дискретный) сигналы.

Аналоговый сигнал может принимать любое произвольное значение напряжения или тока в заданном допустимом диапазоне от минимального значения до максимального.

Датчик – преобразователь представляющего интерес и несущего информацию физического процесса в электрический сигнал. Примером датчика может служить термопара (сплав двух разнородных материалов), формирующая на выходе напряжение, пропорциональное температуре. Пример: датчик Холла, осуществляющий преобразование величины магнитной индукции внешнего магнитного поля в э.д.с., то есть в аналоговый сигнал; терморезистор, осуществляющие преобразование температуры окружающей среды в сопротивление; тензорезистор, осуществляющие преобразование механического давления в сопротивление.

Цифровой сигнал – представление цифровой информации в виде чётко различимых уровней напряжения. Для представления двоичной информации, в которой возможны лишь два значения: 0 или 1, достаточно использовать два чётко различимых уровня напряжения. Различают несколько способов представления двоичного сигнала: потенциальный, импульсный и импульсно-потенциальный.

При потенциальном способе представления логические состояния 0 и 1 представляются двумя разными уровнями напряжения. Например, для элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ):

— логическая единица представляется напряжением U 1 ≥ 2.4В;

— логический ноль представляется напряжением U 0 ≤ 0.4В.

При импульсном представлении двоичной информации логической единице соответствует наличие на выходе элемента импульса или серии импульсов, а при нуле – отсутствие импульсов.

Импульс – электрический сигнал, для которого характерным является быстрое изменение уровня напряжения или тока и который обычно стремится к установлению одного из двух возможных предельных значений напряжения или тока.

При импульсно-потенциальном представлении информации используются одновременно оба предложенных выше метода.

Логический элемент – наименьшая функционально и конструктивно законченная часть ЭВМ, выполняющая какую-либо логическую функцию. Среди основных логических функций обычно выделяют дизъюнкцию, конъюнкцию и отрицание.

Дизъюнкция – такая функция (y) двоичных переменных (Х1, Х2, ..), которая равна единице, когда хотя бы одна входная переменная равна единице. Функцию при двух переменных записывают следующим образом:

Дизъюнкция реализуется с помощью дизъюнктора или элемента типа NИЛИ, где N – число входов у дизъюнктора. При двух входах имеем дело с элементом 2ИЛИ, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Конъюнкция – такая функция (y) двоичных переменных (Х1, Х2, ..), которая равна единице, когда все входные переменные равны единице. Функцию при двух переменных записывают следующим образом:

Конъюнкция реализуется с помощью конъюнктора или элемента типа NИ, где N – число входов у конъюнктора. При двух входах имеем дело с элементом 2И, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Отрицание – такая функция (y) двоичной переменной Х, которая равна единице, если входная переменная равна нулю и наоборот.

Отрицание реализуется с помощью инвертора или элемента НЕ, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Символом отрицания в условном обозначении является кружочек на линии сигнала.

Магнитной цепью называют совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, в которой при наличии магнитодвижущей силы образуется магнитный поток и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции.

Магнитодвижущая сила (мдс) – характеристика способности источников магнитного поля (электрических токов) создавать магнитные потоки.

Лекция 2. Электрические цепи постоянного тока

Основные законы цепей постоянного тока

Основными топологическими понятиями теории электрических цепей являются ветвь, узел, контур, двухполюсник, четырехполюсник, граф схемы электрических цепей, дерево графа схемы. Рассмотрим некоторые из них.

Ветвью называют участок электрической цепи с одним и тем же током. Она может состоять из одного или нескольких последовательно включенных элементов.

Узлом называют место соединения двух элементов. Место соединения трех и более ветвей называют сложным узлом. Сложный узел обозначается на схеме точкой. Сложные узлы, имеющие равные потенциалы, объединяются в один потенциальный узел.

Контуром называют замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов электрической цепи.

Независимым называется контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая соседним контурам.

Двухполюсником называют часть электрической цепи с двумя выделенными зажимами – полюсами. Двухполюсник обозначают прямоугольником с индексами «А» или «П». Индекс «А» применяют для обозначения активного двухполюсника, в составе которого есть источники Э.Д.С. Индекс «П» применяют для обозначения пассивного двухполюсника.

Расчет и анализ электрических цепей производится с использованием закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа. На основе этих законов устанавливается взаимосвязь между значениями токов, напряжений, ЭДС всей электрической цепи и отдельных ее участков и параметрами элементов, входящих в состав этой цепи.

Закон Ома для участка цепи

Соотношение между током I, напряжением UR и сопротивлением R участка аb электрической цепи (рис. 1) выражается законом Ома

В этом случае UR = RI – называют напряжением или падением напряжения на резисторе R, а I – 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:

Закон Ома для полной цепи

Этот закон определяет зависимость между ЭДС Е источника питания с внутренним сопротивлением r (рис.1), током I электрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением RЭ = r + 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. В этом случае используют законы Кирхгофа, являющиеся следствием закона сохранения энергии.

Первый закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле, равна нулю.

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

Число уравнений, которые можно составить на основании первого закона, равно числу узлов цепи, причем только (У – 1) уравнений являются независимыми друг от друга. У – количество узлов схемы.

Каждый электрик должен знать:  Устройство плавного пуска электродвигателя

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма падений напряжений на отдельных участках замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре.

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;

3) записать уравнение, причем слагаемые, входящие в уравнение, берут со знаком «плюс», если их условные положительные направления совпадают с обходом контура, и со знаком «минус», если они противоположны.

Количество независимых уравнений по второму закону Кирхгофа равно:

Методы анализа линейных электрических цепей постоянного тока

Реальные электротехнические устройства и системы имеют сложные схемы. Перед специалистами стоят задачи расчета их параметров. Процесс расчета параметров в теории электротехники принято называть «анализом схем». Электрические схемы любой сложности подчиняются законам Ома и Кирхгофа. Однако применение только этих законов часто приводит к неоправданно сложным решениям. Поэтому был разработан ряд методов анализа, адаптированных к топологии электрических цепей и упрощающих процесс расчета их параметров.

Анализ электрических цепей с применением законов Кирхгофа

При анализе электрических цепей определяют значение токов в их ветвях, падение напряжения на элементах или потребляемую мощность по заданному значению Э.Д.С., а также значения сопротивлений, проводимо- стей или других параметров по заданным значениям тока или напряжения.

Суть анализа электрических цепей применением законов Кирхгофа заключается в составлении системы независимых линейных уравнений.

По первому закону Кирхгофа составляется (У − 1) уравнение, по второму закону В – (У-1) уравнений.

Анализ электрических цепей методом эквивалентных преобразований

Когда в состав электрической цепи входит только один источник Э.Д.С., его ток определяется общим сопротивлением пассивных приемников электрической энергии. Такое сопротивление называют эквивалентным – Rэкв. Очевидно, что если известно Rэкв, то цепь можно представить в виде двух последовательно соединенных элементов – источника Э.Д.С. и Rэкв, а определение тока источника сводится к применению закона Ома. Процесс перехода от электрической цепи с произвольной топологией к цепи с Rэкв называется эквивалентным преобразованием. Такое преобразование и положено в основу рассматриваемого метода анализа.

Приемы преобразования электрической цепи определяются способами соединения пассивных элементов. Различают способы соединения: последовательное, параллельное, по смешанной схеме, треугольником и звездой. Рассмотрим сущность эквивалентных преобразований при каждом из названных способов.

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 (рис. 2.).

На основании второго закона Кирхгофа общее напряжение U всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках:

Таким образом, при последовательном соединении элементов цепи общее эквивалентное сопротивление цепи равно арифметической сумме сопротивлений отдельных участков. Следовательно, цепь с любым числом последовательно включенных сопротивлений можно заменить простой цепью с одним эквивалентным сопротивлением Rэкв (рис. 3.). После этого расчет цепи сводится к определению тока I всей цепи по закону Ома

и по вышеприведенным формулам рассчитывают падение напряжений U1, U2, U3 на соответствующих участках электрической цепи (рис. 2.).

Недостаток последовательного включения элементов заключается в том, что 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. 4.).

В этом случае они присоединены к двум узлам цепи а и b, и на основании первого закона Кирхгофа можно записать, что общий ток I всей цепи равен алгебраической сумме токов отдельных ветвей:

откуда следует, что

Из этого соотношения следует, что эквивалентная проводимость цепи равна арифметической сумме проводимостей отдельных ветвей:

По мере роста числа параллельно включенных потребителей проводимость цепи gэкв возрастает, и наоборот, общее сопротивление Rэкв уменьшается.

Напряжения в электрической цепи с параллельно соединенными сопротивлениями (рис. 4)

Отсюда следует, что

т.е. ток в цепи распределяется между параллельными ветвями обратно пропорционально их сопротивлениям.

По параллельно включенной схеме работают в номинальном режиме потребители любой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение. Причем включение или отключение одного или нескольких потребителей не отражается на работе остальных. Поэтому эта схема является основной схемой подключения потребителей к источнику электрической энергии.

Электрическая цепь со смешанным соединением элементов

Смешанным называется такое соединение, при котором в цепи имеются группы параллельно и последовательно включенных сопротивлений.

Для цепи, представленной на рис. 5, расчет эквивалентного сопротивления начинается с конца схемы. Для упрощения расчетов примем, что все сопротивления в этой схеме являются одинаковыми: R1=R2=R3=R4=R5=R. Сопротивления R4 и R5 включены параллельно, тогда сопротивление участка цепи cd равно:

В этом случае исходную схему (рис. 5) можно представить в следующем виде (рис. 6):

На схеме (рис. 6) сопротивление R3 и Rcd соединены последовательно, и тогда сопротивление участка цепи ad равно:

Тогда схему (рис. 6) можно представить в сокращенном варианте (рис. 7):

На схеме (рис. 7) сопротивление R2 и Rad соединены параллельно, тогда сопротивление участка цепи аb равно

Схему (рис. 7) можно представить в упрощенном варианте (рис. 8), где сопротивления R1 и Rab включены последовательно.

Тогда эквивалентное сопротивление исходной схемы (рис. 5) будет равно:

В результате преобразований исходная схема (рис. 5) представлена в виде схемы (рис. 9) с одним сопротивлением Rэкв. Расчет токов и напряжений для всех элементов схемы можно произвести по законам Ома и Кирхгофа.

Суть метода эквивалентных преобразований:

1.Участки электрической цепи с последовательно и параллельно соединенными элементами заменяют одним эквивалентным элементом. Путем последовательно выполненных преобразований схему упрощают до элементарного вида.

2.Применением закона Ома находится ток упрощенной схемы. Его значение определяет ток ветви, ближайшей к источнику Э.Д.С. (ток первой ветви). Это позволяет легко вычислить токи остальных ветвей.

Данный метод оказывается полезным, когда схема электрической цепи содержит несколько источников электрической энергии. Он позволяет выполнить анализ такой цепи решением системы из К канонических уравнений, где К равно числу независимых контуров.

Напомним, что канонические уравнения удобны для матричной формы представления системы. В электротехнике матрицы применяют для сокращенной записи системы уравнений и для упорядочения их решения.

Члены канонических уравнений снабжаются двумя индексами, причем первый индекс соответствует номеру строки, а второй – номеру столбца. Если ввести понятия контурных токов, контурных сопротивлений и Э.Д.С., а также взаимных сопротивлений, то формально записанное каноническое уравнение соответствует уравнению, составленному по второму закону Кирхгофа.

В реальных электрических цепях часто источники и приемники электрической энергии включаются параллельно. Схемы таких цепей имеют только два узла. Если напряжение между узлами известно, то определение токов в ветвях цепи сводится к применению закона Ома. Этот факт и положен в основу метода. На первом этапе определяют междуузловое напряжение, а затем, применяя закон Ома, вычисляют токи ветвей.

Анализ электрических цепей методом активного эквивалентного двухполюсника

При анализе сложных электрических цепей часто интересуются электрическим состоянием лишь одной ветви. В таком случае полезен метод эквивалентного генератора (метод активного эквивалентного двухполюсника). Обоснованием данного метода является теорема об активном эквивалентном двухполюснике. Теорема утверждает, что любую, сколь угодно сложную электрическую цепь или ее часть, можно представить активным эквивалентным двухполюсником с параметрами Еэкв и Rэкв. Режим работы ветви, присоединенной к двухполюснику, при этом не изменится.

Классический метод анализа переходных процессов

В практике электротехники часто встречаются цепи с электродвигателями, трансформаторами, электромагнитными реле и т. д. При подключении к цепи источника постоянного напряжения, в ней возникает переходной процесс. К анализу переходных процессов применяют классический, операторный методы или метод с использованием интеграла Дюамеля.

Для проверки правильности расчета электрических цепей используют баланс мощностей.

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии: суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребителей энергии.

Пример 1. Два источника э.д.с. включены навстречу друг другу, один отдает энергию, другой принимает (рис. 3.2.).

Ток в цепи:
I = (100 В – 1 В)/100 Ом = 0.99 А Мощность резистора:

PП =I2R=0.992 А2 ×100Ом=98.01Вт.

Мощность высоковольтного источника положительна (направления э.д.с. и тока совпадают):

Мощность низковольтного источника отрицательна (направления э.д.с. и тока противоположны):

PА2 =-0.99А×1В=-0.99Вт. Суммарная мощность источников:

PА =PА1 +PА2 =99Вт-0.99Вт=98.01Вт

Баланс мощностей:
PА = PП

Лекция 3. Линейные электрические цепи переменного тока

Переменный ток имеет по сравнению с постоянным целый ряд преимуществ, обусловивших его широкое распространение в технике.

Производство, передача и преобразование электрической энергии наиболее удобно и экономично на переменном токе. Кроме того, КПД генераторов, двигателей, трансформаторов и линий электропередачи при синусоидальной форме ЭДС, напряжения и тока получается наивысшим.

Источники энергии переменного тока — синхронные генераторы — дешевле, надежней и могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока.

Электрические цепи, в которых значения и направления ЭДС, напряжения и тока периодически изменяются во времени по синусоидальному закону, называются цепями синусоидального тока. Иногда их называют просто цепями переменного тока.

— комплекс действующего или амплитудного значения и др.

Мгновенное значение величины a записывается в виде:

где Аm – амплитуда (максимальное значение) величины;

ω – угловая частота, рад/с;

t – текущее значение времени, с;

ψ – начальная фаза.

Мгновенные значения тока i , напряжения u или ЭДС запишем в виде:

Аргумент синуса (ωt +ψ) называется фазой. Угол ψ равен фазе в начальный момент времени t =0 и поэтому называется начальной фазой.

Угловая частота ω связана с периодом T и частотой f =1/Т формулами:

Частота f, равная числу колебаний в 1с., измеряется в герцах (Гц). При f=50 Гц имеем ω =314 рад/с.

Действующее и среднее значения синусоидальных токов и напряжений

Действующее значение синусоидального тока равно такому значению постоянного тока, который за один период выделяет в том же резисторе такое же количество тепла, как и синусоидальный ток.

Аналогично существуют понятия действующих значений синусоидальных напряжений и ЭДС:

Действующее значение синусоидального тока часто называют среднеквадратичным или эффективным значениями.

Действующие значения токов и напряжений показывают большинство электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров).

В действующих значениях указываются номинальные токи и напряжения в паспортах различных электроприборов и устройств.

Под средним значением синусоидального тока понимают его среднее значение за половину периода:

Элементы электрических цепей синусоидального тока

Основные элементы электрических цепей синусоидального тока:

-источники электрической энергии (источники ЭДС и источники тока);

-резистивные элементы (резисторы, реостаты, нагревательные элементы и т.д.);

-емкостные элементы (конденсаторы);

-индуктивные элементы (катушки индуктивности).

По закону Ома напряжение на резистивном элементе:u=i⋅R=R⋅Im sinωt=Um sinωt, где Um =R⋅Im и ток i=Im sinωt.

1. Ток и напряжение в резистивном элементе совпадают по фазе (изменяются синфазно).

2. Закон Ома выполняется как для амплитудных значений тока и напряжения: Um =R⋅Im, так и для действующих значений тока и напряжения: U=R⋅I.

Выразим мгновенную мощность p через мгновенные значения тока i и напряжения u :

p=u i =Um Im sinωt sinωt =U I (1−cos2ω).

Классическим примером индуктивного элемента является катушка индуктивности – провод, намотанный на изоляционный каркас.

uL = ω⋅L⋅Im cosωt = Um sin(ωt+900),

где Um = ω⋅L⋅Im = XL⋅Im.

Величина XL =ω⋅L называется индуктивным сопротивлением, из-меряется в омах и зависит от частоты ω .

Из этих выражений следует важный вывод:

1.Ток в индуктивном элементе отстает по фазе от напряжения на(900).

2.Индуктивный элемент оказывает синусоидальному (переменному) току сопротивление, модуль которого X L = ω ⋅ L , прямо пропорционален частоте.

3.Закон Ома выполняется как для амплитудных значений тока и напряжения: Um =XL⋅Im, так и для действующих значений: U=XL⋅I.

p = u⋅i = Um cosωt⋅Im sinωt = U⋅I sin2ωt.

Мгновенная мощность на индуктивном элементе имеет только переменную составляющую U⋅I sin2ωt , изменяющуюся с двойной частотой (2ω).

Мощность периодически меняется по знаку: то положительна, то отрицательна. Это значит, что в течение одних четвертьпериодов, когда p>0, энергия запасается в индуктивном элементе (в виде энергии магнитного поля), а в течение других четвертьпериодов, когда p

Каждый электрик должен знать:  Холостой ход
Добавить комментарий