Курец Валерий Исаакович © 2008 Томский политехнический университет, кафедра ТОЭ, автор Курец...

реклама
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
  2f  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  ui
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
pi 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
iC
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
ue
Генерируемая
мощность
p  ei
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
iJ
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
Скачать