Курец Валерий Исаакович © 2008 Томский политехнический университет, кафедра ТОЭ, автор Курец...
advertisement
Курец Валерий Исаакович © 2008 Томский политехнический университет, кафедра ТОЭ, автор Курец Валерий Исаакович 1 Литература 1.Демирчян К.С., Нейман Л.Р. и др. Теоретические основы электротехники. Том 1. М.: Энергия,2003г. 2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А. и др. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989г. 3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1996г. 4.Купцов А.М. Электротехника с элементами энергосбережения. Томск, издательство НТЛ, 2003г. 5.Касаткин А.С., Немцов А.В. Электротехника. Учебное пособие для вузов. М.Энергоатомиздат,1983.г. 6.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.Высшая школа, 2000г. 7.Китунович Ф.Г.Электротехника. Минск. Высшая школа,1999г. Изучаемые разделы • Законы электротехники. • Методы расчета электрических цепей постоянного и переменного тока в установившихся режимах, переходные процессы. • Электрические машины и аппараты. • Основы электроники. Электротехника – это наука, изучающая вопросы технического использования электромагнитных явлений и процессов во всех областях современной жизни. • Средствами электротехнических устройств решаются задачи выработки, трансформирования, передачи и распределения электроэнергии между потребителями. • Электрическая энергия вырабатывается генераторами, преобразующими различные виды энергии (тепловую, механическую, химическую, ветровую, света и др.) в электрическую. Условная энергосистема ПОТРЕБИТЕЛЬ ТЭС 20 -18 КВ 35 КВ ТП ТП ПОТРЕБИТЕЛЬ 35 КВ 220 КВ ТП ТП 20-18 КВ ГЭС ТП Типы электростанций • Тепловые электростанции (ТЭС), источник энергии – тепло от сжигания угля, нефтепродуктов, газа.(69%) • Гидроэлектростанции (ГЭС), источник энергии – энергия текущей воды.(18%) • Атомные электростанции (АЭС), источник энергии – распад радиоактивных элементов с выделением тепла. (13%) Параметры электрических цепей Электрическая цепь – это совокупность соединенных проводниками источников и приемников электромагнитной энергии Электрическая цепь служит для передачи, распределения и преобразования электромагнитной энергии Источники энергии преобразуют различные виды энергии в электромагнитную энергию - аккумуляторы, электро- машинные генераторы и другие устройства Накопители запасают и затем отдают в цепь электромагнитную энергию - это индуктивные и емкостные накопители Потребители преобразуют электромагнитную энергию в другие виды энергии – это нагреватели, лампы, двигатели и другие устройства Свое назначение электрическая цепь выполняет при наличии в ней электрического тока и напряжения, т.е. когда цепь замкнута. Электрический ток Ток – это упорядоченное движение зарядов, равное скорости их перемещения через поперечное сечение участка цепи Кл dq , A i С dt 1 (+) u (-) 2 i Для однозначного опреде- ления тока за положительное направление достаточно выбрать одно из двух его возможных направлений. В физике принято считать Направление тока от «+» к «-» Напряжение Напряжение равно энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки цепи в другую точку и равно разности потенциалов этих точек dW Дж u 1 2 , B dq Кл Положительное направление напряжения связано с принятым положительным направлением тока,причем ток течет от более высокого потенциала (+) к более низкому потенциалу (-) Мощность Мощность характеризует преобразование энергии на участке цепи и равна скорости изменения этой энергии dW Дж p u i , Вт dt С Если р>0 – то энергия потребляется на данном участке цепи, а если р<0 – то энергия генерируется на этом участке цепи Постоянные ток и напряжение Постоянные ток и напря- жение неизменны во времени и генерируются источниками постоянного тока и напряжения, например: аккумуляторами, генераторами и т.д. i=I u =U P=UI i, u , p P U I t 0 Синусоидальные (гармонические) ток и напряжение Синусоидальные токи и напряжения генерируются электромашинными генераторами и наиболее распространены в электроэнергетике, причем в России: f 50 Гц - частота 2f 314 Рад/С – угловая частота i I m sin(t I ) i Im i 0 -I m t u U m sin(t U ) Um i u Im U 0 t 0 -I m -Um ii I 0 p ui Um i, u, p u Im i 0 -I m - Um p t Где: Im и Um - максимальные значения тока и напряжения Ψu- начальная фаза напряжения (Град или Рад) φ = ψu- ψi - угол сдвига фаз между напряжением и током (Град или Рад) t- время (С) Линейные элементы схем замещения Для облегчения расчета и анализа реальных цепей их заменяют схемами замещения, составляемые из пассивных и активных элементов Математическое описание этих элементов отражает реальные физические процессы, происходящие в электрических цепях Линейные цепи характеризуются линейными уравнениями для токов и напря- жений и заменяются линейными схемами замещения Линейные схемы замещения составляются из линейных пассивных и активных элементов, вольтамперные характеристики которых линейны Пассивные линейные элементы схем замещения Резистивный Элементы и их изображения uR i R Взаимосвязь между напряжением и током Мощность uR R i i uR / R 2 pi R 2 uR /R Резистивные элементы необратимо преобразуют электромагнитную энергию в тепло, причем величина сопротивления R (Ом) постоянна Вольтамперная характеристика uR(i) uR uR=R i i 0 Индуктивный Элементы и их изображения uL i L Взаимосвязь между напряжением и током Энергия di uL L dt 1 i u Ldt L Li W 2 2 Индуктивные элементы запасают электромагнитную энергию WL в магнитном поле, причем величина индуктивности L (Гн) постоянна Схема замещения катушки R L Элементы и их изображения Взаимосвязь между напряжением и током Энергия Емкостный uС i С 1 uC i dt C duC iC dt W 2 C uC 2 Емкостные элементы запасают электромагнитную энергию WC в электрическом поле, причем величина емкости С (Ф) постоянна Схема замещения конденсатора R C Примечания 1.При постоянном токе индуктивный элемент “закоротка”: Так как UL a I dI U L L 0 , то dt b a b I 2. При постоянном напряжении емкостный элемент - “разрыв”: Так как UС a I dU C I C 0 , то dt U С b b a Активные линейные элементы схем замещения Источник ЭДС е Элементы и их изображения е i + u Генерируемое напряжение ue Генерируемая мощность p ei Идеальный источник ЭДС e характеризуется напряжением u, которое не зависит от протекающего тока i,причем сопротивление этого источника равно нулю Вольтамперная характеристика u(i) u u=e i 0 Источник тока J Элементы и их изображения i J + u Генерируемый ток iJ Генерируемая мощность p uJ Идеальный источник тока J характеризуется током i, который не зависит от его напряжения u, причем сопротивление его равно бесконечности Вольтамперная характеристика u(i) u i=J i 0 Активные и пассивные элементы применяются для составления схем замещения реальных источников и приемников электромагнитной энергии Например, схема замещения аккумулятора: E I U E=UXX (I=0) I RВН J J=IКЗ=E/RВН (U=0) I U RВН U Топологические понятия Топологические понятия применяются при анализе и расчете схем замещения электрических цепей Ветвь – это часть схемы, содержащая элементы цепи, по которой течет один ток Узел – это точка схемы, к которой подходит не менее трех ветвей Контур – это замкнутая часть схемы, образованная ее ветвями, причем в элементарный контур не входят другие контуры ПРИМЕР № 1 Цепь постоянного тока I1 U1 I3 R1 R3 E U2 I2 U3 R2 R4 U4 Топологический состав схемы Количество ветвей - 3 Количество узлов - 2 Количество контуров - 3 Последовательно соединены – R3 и R4 Параллельно соединены – R2 и R3, R4
