🗊Презентация Електричні кола змінного струму

Тема 2. Електричні кола змінного струму. 1. Поняття про змінний струм. 2.Основні параметри, які характеризують змінний струм. 3. Активний опір у колі синусоїдного струму. 4. Індуктивність у колі змінного струму. 5. Ємність у колі синусоїдного струму.

1. Поняття про змінний струм. Промислові електростанції в усьому світі виробляють електроенергію змінного струму. Вирішальною перевагою змінного перед постійним струмом є можливість найбільш економічно здійснювати виробництво, передавання, розподілення і використання електроенергії. Змінна напруга досить легко перетворюється за допомогою трансформаторів: вона підвищується біля місця виробництва (з метою передавання електроенергії з малими втратами на необхідні відстані), а потім знижується в місцях споживання.

Змінним називається струм, напрям протікання якого змінюється в часі за величиною і напрямком. Змінним називається струм, напрям протікання якого змінюється в часі за величиною і напрямком. Струм в замкненому електричному колі створюється ЕРС генератора. Тільки при струмі, що змінюється за законом гармонічних коливань (за законом синуса), на всіх ділянках електричного кола з лінійними опорами струм і напруга також змінюються за законом синуса (sin).

Генератор змінного струму

Отримання синусоїдної ЕРС. Принцип дії однофазного генератора змінного струму. Потужними джерелами синусоїдної ЕРС є електромагнітні генератори, що перетворюють механічну енергію первинного двигуна в електроенергію синусоїдального змінного струму. Принцип дії подібних генераторів заснований на використанні явища електромагнітної індукції.

При рівномірному кутовому обертанні рамки в рівномірному і однорідному магнітному полі полюсів N-S її активні ділянки а і в будуть перетинати силові лінії магнітного поля і в кожній з них за законом електромагнітної індукції будуть виникати ЕРС: При рівномірному кутовому обертанні рамки в рівномірному і однорідному магнітному полі полюсів N-S її активні ділянки а і в будуть перетинати силові лінії магнітного поля і в кожній з них за законом електромагнітної індукції будуть виникати ЕРС: e = ea + eb = 2 B l υ sinά де: В - магнітна індукція однорідного (рівномірного) поля; l - активна довжина однієї опори рамки; υ = πnd /60 = const - лінійна швидкість; n - частота обертання рамки, об/хв.; d - діаметр рамки.

2. Основні параметри , які характеризують синусоїдний змінний струм. Період, частота і довжина хвилі - основні параметри синусоїдного струму. Періодом - називається час, за який змінна величина (ЕРС, напруга, струм) здійснює повне коливання. Період Т вимірюється секундах (с). Частотою змінного струму називається кількість періодів за одиницю часу (за секунду). Частота (f) вимірюється в герцах (Гц). f = 1 / T

Частота змінного струму стандартизується в електричній мережі всіма державами, оскільки електричні машини і трансформатори, апарати, реле, вимірювальні прилади, джерела світла, тощо можуть працювати нормально тільки при частоті, на яку вони розраховані і яка обов'язково вказується в їх паспорті як одна з номінальних величин. Частота змінного струму стандартизується в електричній мережі всіма державами, оскільки електричні машини і трансформатори, апарати, реле, вимірювальні прилади, джерела світла, тощо можуть працювати нормально тільки при частоті, на яку вони розраховані і яка обов'язково вказується в їх паспорті як одна з номінальних величин. В Україні і більшості країн світу як стандартна є частота 50 Гц, в США і Канаді - 60 Гц. Змінні струми низької частоти (< 50Гц) викликають небажані для ока мигтіння ламп розжарювання.

Діапазон частот змінного струму, що застосовується в сучасній техніці, надзвичайно широкий - від десятків до мільярдів Гц: електрифікований транспорт в деяких країнах частково працює на змінному струмі зниженої частоти 16 2/3 Гц (Німеччина) і 25 Гц (США); підвищені частоти від 100 до 2000 Гц використовуються для живлення високошвидкісних електродвигунів (наприклад, в різних шліфувальних станках, музичному інструменті, інструменті деревообробки, тощо); індукційні термічні печі працюють з частотами від 500 до 106 Гц; високочастотні печі для приготування їжі (мікрохвильові печі) - з частотами до декількох мега герц (2÷3 МГц), звукові і низькі частоти (від 300 до 5000 Гц) використовуються в телефонному зв'язку. Діапазон частот змінного струму, що застосовується в сучасній техніці, надзвичайно широкий - від десятків до мільярдів Гц: електрифікований транспорт в деяких країнах частково працює на змінному струмі зниженої частоти 16 2/3 Гц (Німеччина) і 25 Гц (США); підвищені частоти від 100 до 2000 Гц використовуються для живлення високошвидкісних електродвигунів (наприклад, в різних шліфувальних станках, музичному інструменті, інструменті деревообробки, тощо); індукційні термічні печі працюють з частотами від 500 до 106 Гц; високочастотні печі для приготування їжі (мікрохвильові печі) - з частотами до декількох мега герц (2÷3 МГц), звукові і низькі частоти (від 300 до 5000 Гц) використовуються в телефонному зв'язку.

Частота змінного струму прямо пропорційна кількості пар полюсів і частоті обертання ротора генератора. Частота змінного струму прямо пропорційна кількості пар полюсів і частоті обертання ротора генератора. f p=1 = p n / 60 Зі зменшенням кількості полюсів, розміри і маса машини заданої потужності збільшуються. Електромагнітні хвилі у вільному просторі поширюються зі швидкістю світла с = 300 тис.км/с Довжина електромагнітної хвилі - це її шлях за один період: λ=cT, λ=c/f

Активний опір у колі синусоїдного струму

Рисунок 4.4 – Резистивний елемент Рисунок 4.4 – Резистивний елемент а) зображення на схемі; б) вектори струму й напруги; в) графіки струму й напруги; г) графік миттєвої потужності. Аналіз графіка потужності дозволяють зробити висновки: 1. При вмиканні резистора на синусоїдну напругу струм і напруга співпадають за фазою. 2. Потужність у будь-який момент часу позитивна. Це значить, що в резисторі відбувається незворотнє перетворення електричної енергії в теплову та інші види енергії.

Індуктивність у колі змінного струму.

Рисунок 4.5 - Індуктивний елемент Рисунок 4.5 - Індуктивний елемент а) схема конструкції котушки індуктивності; б) зображення індуктивного елемента на схемі; в) вектори струму й напруги; г) графіки струму й напруги; д) графік миттєвої потужності. Аналіз графіка дозволяють зробити висновки: 1. При вмиканні індуктивності на синусоїдну напругу струм у колі залишається синусоїдним і відстає від напруги на чверть періоду. 2. Потужність періодично міняється за знаком: то позитивна, то від’ємна. Це значить, що протягом одних чверть періодів, коли p>0, енергія накопичується в індуктивному елементі (у вигляді енергії магнітного поля), а протягом інших чверть періодів, коли р<0 , енергія вертається в електричне коло.

Ємність у колі синусоїдного струму

Рисунок 4.6 - Ємнісний елемент Рисунок 4.6 - Ємнісний елемент а) схема конструкції плоского конденсатора; б) зображення ємнісного елемента на схемі; в) вектори струму й напруги на ємнісному елементі; г) графіки миттєвих значень струму й напруги; д) графік миттєвої потужності. Аналіз графіка дозволяє зробити висновки: 1. При вмиканні ємності на синусоїдну напругу у колі встановлюється синусоїдний струм, що випереджає напругу на чверть періоду. 2. Потужність періодично міняється за знаком: то позитивна, то від'ємна. Це значить, що протягом одних чверть періодів, коли р>0, енергія накопичується у вигляді енергії електричного поля, а протягом інших чверть періодів, коли р<0 , енергія вертається в електричне коло.