Комплект навчально-наочних посібників з електротехніки «Електричні кола постійного струму» включає в себе ретельно пророблений і структурований графічний матеріал по даній темі. Дидактичні матеріали містять малюнки, схеми, визначення і таблиці з електротехніки та призначені для демонстрації викладачем на лекціях. У розробці посібників беруть участь професори і доценти Південно-Уральського державного університету, педагогічних вузів, а також педагоги-практики з багаторічним стажем викладання. Всі ілюстрації виконані професійними художниками.
Можливо кілька варіантів виконання комплекту навчально-наочних посібників з електротехніки «Електричні кола постійного струму»:
Презентації з електротехніки «Електричні кола постійного струму» на CD (електронні плакати)
Диск призначений для демонстрації викладачем дидактичного матеріалу на заняттях з електротехніки з використанням інтерактивної дошки, мультимедійного проектора та інших комп’ютерних демонстраційних комплексів. На відміну від звичайних електронних підручників для самостійного вивчення, дані презентації з електротехніки розроблені спеціально для показу малюнків, схем, таблиць на лекціях. Зручна програмна оболонка має зміст, що дозволяє переглянути необхідний плакат. Передбачено захист плакатів від несанкціонованого копіювання. На допомогу викладачеві для підготовки до занять додається друкований посібник. Нижче представлений склад диска (перелік плакатів) з презентаціями по темі електротехніка.
Перелік електронних плакатів з електротехніки «Електричні кола постійного струму»:
:
* Діелектрики в електричному полі
Провідники в електричному полі
Електричний струм. Різновиди електричного струму
Електричний струм (напрямок і швидкість електричного струму)
Електричний опір. Залежність опору від температури
прилади опору
Електричне коло і її елементи
Схема електричного кола
Умовні позначення елементів електричних ланцюгів
Закон Ома для ділянки електричного кола. Закон Ома для замкненого кола
ЕРС джерела електричної енергії
Режими роботи джерела електричної енергії
Джерела електричної енергії
Альтернативні джерела електричної енергії
Теплова дія електричного струму (закон Джоуля – Ленца)
Значення номінальних струмів для проводів з гумовою ізоляцією
Захист проводів від великих струмів
Елементи електричних ланцюгів. Перший закон Кірхгофа (Закон струмів). Другий закон Кірхгофа (Закон напруг)
Послідовне з’єднання приймачів електричної енергії. Паралельне з’єднання приймачів електричної енергії
Способи з’єднання джерел ЕРС в батареї (послідовне з’єднання джерел ЕРС)
Способи з’єднання джерел ЕРС в батареї (паралельне з’єднання джерел ЕРС)
Способи з’єднання джерел ЕРС в батареї (змішане з’єднання елементів)
Потенційна діаграма неразветвленной електричного кола (1)
Потенційна діаграма неразветвленной електричного кола (2)
* Метод еквівалентного опору
Взаємні перетворення трикутника і зірки опорів
* Методи розрахунку складних ланцюгів (метод рівнянь Кірхгофа, метод вузлового напруги, метод контурних струмів, метод еквівалентного генератора, метод накладення)
Вольт-амперні характеристики нелінійних електричних ланцюгів. Графічний метод розрахунку нелінійних електричних ланцюгів (1)
Графічний метод розрахунку нелінійних електричних ланцюгів (2)
* – анімовані плакати.
Друковані плакати (таблиці) з електротехніки для оформлення кабінетів:
Можливе замовлення як комплекту типових плакатів, так і вибірковий, використовуючи макети наочних посібників з комплекту електронних плакатів «Електричні кола постійного струму» на CD. Розмір плакатів 560х800 мм або інший за вибором.
Комплект типових плакатів з електротехніки:
Ланцюг і її елементи, умовні позначення
Основні закони електротехніки
Метод еквівалентних опорів і зірка-трикутник
Нелінійні елементи ланцюга
Магнітне поле
синусоїдальний ток
RLC, Розгалужена ланцюг
Трифазна система ЕРС
Потужність і енергія
Електричні фільтри, випрямлячі
Котушка з феромагнітним сердечником + ферорезонансу
перехідні процеси
Скорочений комплект типових плакатів з електротехніки:
Електричний ланцюг. Схема електричного кола
Основні закони електротехніки
Магнітне поле. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Явище електромагнітної індукції
Синусоїдальний струм. Ідеальні ланцюга змінного струму
Трифазна система ЕРС
Методичні вказівки
1 *. Діелектрики в електричному полі
Діелектрики не проводять електричний струм, т. К. Через міцних внутрішньоатомних зв’язків в них відсутні вільні носії заряду. Якщо помістити діелектрик в електричне поле з напруженістю Е , то заряди всередині атомів будуть взаємодіяти з електричним полем: негативні заряди будуть зміщуватися до позитивного потенціалу, а позитивні – до негативного. Це явище називається поляризацією діелектрика. При поляризації молекулярні і внутріатомні зв’язку не руйнуються, зміщення зарядів відбувається в межах однієї молекули. При цьому молекула перетворюється в диполь (витягується у напрямку електричного поля). Якщо електричне поле прибрати, поляризація зникне.
Якщо плавно підвищувати напруженість електричного поля, то сила взаємодії зарядів і поля буде збільшуватися. При певному значенні E = E пр відбувається розрив внутрішньоатомних зв’язків з утворенням вільних електронів та іонів (пробою діелектрика). Для твердих діелектриків пробою має незворотний характер з утворенням механічного пошкодження (тріщина, оплавлення тощо). Для рідких і газоподібних діелектриків характерно відновлення ізолюючих властивостей, пов’язане з рухливістю часток рідини і газу. Електрична міцність є електричної характеристикою матеріалу ( E пр , В / м ). На практиці електрична міцність вимірюється в кВ / м. 106 В / м = 1 кВ / м
Напруга U пр , при якому відбувається пробій діелектрика, називається пробивним напругою. Пробивна напруга є характеристикою готової електроізоляційної конструкції: ізоляції вимірювального приладу, ізоляції кабелю, ізоляції електрифікованого інструменту і т. Д.
2. Провідники в електричному полі
Електропровідність провідників обумовлена наявністю в них великої кількості вільних носіїв заряду. Якщо помістити металевий провідник в електричне поле, то під дією сил поля вільні електрони провідника будуть переміщатися до позитивно зарядженої пластини і накопичуватися на ближній до цієї пластині поверхні. На протилежній поверхні (ближній до негативно зарядженої пластини) будуть накопичуватися позитивні заряди. Поділ зарядів, зване електростатичного індукції, в провіднику буде відбуватися до тих пір, поки електричне поле, утворене зарядами всередині провідника, що не зрівняється по напруженості із зовнішнім електричним полем. Т. е. E внутр = E зовн .
Всередині провідника виникає внутрішнє поле, повністю врівноважує зовнішнє електричне поле. Тому напруженість результуючого поля всередині провідника буде дорівнює 0 ( E рез = E зовн – E внутр = 0 ). Через відсутність електростатичного поля всередині провідника всі крапки провідника мають однаковий потенціал. Електричне поле буде відсутній не тільки в суцільному провіднику, а й в металевій оболонці. Це властивість використовують для захисту приладів від впливу зовнішніх електростатичних полів: прилад поміщають в металеву оболонку або сітку-екран.
Електричний струм.Різновиди електричного струму
Інтенсивність електричного струму характеризується фізичною величиною – силою струму I , А.
I = Q / t – сила постійного струму, тобто якщо рух зарядів по провіднику рівномірний, то струм постійний.
Постійний струм широко використовується на транспорті, на електрифікованих залізницях, в пристроях автоматики, зв’язку, промислової електроніки та обчислювальної техніки.
Струм, що змінюється з плином часу, називається змінним і позначається i , А. Якщо за нескінченно малий проміжок часу dt через поперечний переріз провідника проходить нескінченно малий заряд dQ , то сила змінного струму i = dQ / dt .
Одиниця виміру сили струму – Ампер. При струмі 1 А через поперечний переріз провідника за час 1 секунду проходить заряд 1 Кл. На практиці знаходять застосування: кілоампер 1 кА = 103 А; міліампер 1 мА = 10-3 А і мікроампери 1 мкА = 10-6 А.
На нижньому малюнку показаний нерозгалужене провідник з різними перетинами S 1 і S 2 . Якщо допустити, що через перетин S 2 буде проходити менший заряд, ніж через S 1 , то в обсязі провідника між перетинами повинен накопичуватися (затримуватися) заряд. Але тоді змінювалося б і електричне поле всередині провідника, і струм не міг би залишатися постійним. Значить по різним перетинах неразветвленного провідника проходить струм однакового значення. У меншому перерізі буде вищою щільність струму: J 2 > J 1 .
Ознаки струму в електричному ланцюзі:
нагрівання провідника (теплове дію);
освіту магнітного поля навколо провідника (магнітне дію);
розкладання електроліту (хімічне дію).
Електричний струм(напрямок і швидкість електричного струму)
Для підтримки електричного струму в металевому провіднику до нього потрібно підключити джерело електричної енергії, який буде створювати різницю потенціалів на кінцях провідника. При цьому кожен електрон всередині провідника буде відштовхуватися від негативного потенціалу ( – q ) і притягуватися до позитивного потенціалу ( + q ). Причому сили тяжіння F пр і відштовхування F від спрямовані в одну і ту ж сторону. Тому сила, що діє на кожен електрон F = F пр + F від, Буде однакова по всій довжині провідника для всіх електронів. Тому сила струму в будь-якій точці неразветвленного провідника однакова. Металеві провідники ставляться до провідників I роду.
Під дією різниці потенціалів електрони рухаються від негативного потенціалу джерела по провіднику до позитивного потенціалу. За направлення електричного струму умовно прийнято напрямок, зворотне руху електронів в металевому провіднику. Вважається, що електричний струм протікає від « + » джерела по зовнішньому ланцюзі до його « – », т. Е. Направлений в сторону руху позитивних зарядів.
Швидкість електричного струму – це швидкість передачі енергії від одного електрона іншому, тому вона практично дорівнює швидкості світла.
У провідниках II роду (розчини лугів, солей, кислот) носіями зарядів є іони. Тому електричний струм в електролітах супроводжується хімічним процесом (електролізом) і перенесенням речовини.
Електричний опір.Залежність опору від температури
При русі по провіднику під дією різниці потенціалів потік вільних електронів стикається з атомами і молекулами провідника. При зіткненні кінетична енергія електронів передається атомам металу, провідник нагрівається, т. Е. Відбувається перетворення електричної енергії в теплову. Таким чином, провідник чинить опір електричному струму.
Електричний опір R , Ом залежить від матеріалу, розмірів і температури провідника. Для порівняння різних речовин по електричному опору служить питомий електричний опір r.
Опір, яким володіє виготовлений з даного матеріалу провід довжиною 1 м з поперечним перерізом 1 мм2 при t = 20 ° С , називають питомим електричним опором даного матеріалу.
За величиною питомого опору електротехнічні матеріали ділять на провідники і діелектрики.
У провідників r від 0,016 у срібла до 1-3 у сплавів опору.
Для визначення опору матеріалу при температурі, відмінній від 20 ° С, необхідний температурний коефіцієнт питомого опору ar , 1 / ° C.
Температурний коефіцієнт питомого опору чисельно дорівнює зміні питомої опору провідника при зміні його температури на 1 ° С.
Для металевих провідників ar > 0 , т. Е. З підвищенням температури їх опір збільшується R t = R 20 ° [1 + ar ( t 2 – 20 °)] .
Для вугільних провідників, електролітів і діелектриків ar <0 , тому їх опір з ростом температури зменшується R t = R 20 ° [1 - ar (t 2 - 20 °)] . Прилади опору В електричних ланцюгах широко застосовуються реостати та резистори. Це прилади, що володіють опором, призначені для обмеження або регулювання струму в електричному ланцюзі. Реостат має три затиску: 1, з'єднаний з рухомим контактом, 2 і 3, до яких приєднуються кінці дроту. Струм проходить від затиску 1 до рухомого контакту, потім по дроті - до затиску 3. Опір цій частині можна змінювати, переміщаючи рухливий контакт. Чим ближче він до затиску 2, тим більше опір реостата. Резистори бувають регульовані і нерегульовані, дротові і недротяні, розрізняють лінійні і нелінійні опори резисторів. Якщо опір резистора не залежить від струму, його вольт-амперна характеристика I ( U ) - пряма, що проходить через початок координат. Таке опір називається лінійним. Нелінійні опори залежать від струму або напруги. Вольт-амперна характеристика нелінійних елементів - крива. До нелінійним опорам відносять освітлювальні лампи і напівпровідникові прилади (тиристори, діоди, транзистори та ін.). Електричне коло і її елементи Електричне коло включає в себе обов'язкові елементи і допоміжну апаратуру. Обов'язкові елементи: джерела електричної енергії, в яких різні види енергії перетворюються в електричну; приймачі електричної енергії, в яких електрична енергія перетворюється в інші види: теплову (в електронагрівачах), світлову (в установках штучного освітлення), механічну (в електродвигунах), хімічну (електроліз і гальванопластика); з'єднувальні дроти з'єднують джерело і приймач електричної енергії, до них відносять дроти, шнури і кабелі. Допоміжні елементи: апаратура управління необхідна для зміни режимів роботи електричних ланцюгів (вимикачі, рубильники, кнопкові станції, тумблери, магнітні пускачі); апаратура захисту захищає електричний ланцюг від перевантажень в робочому і аварійному режимах (автоматичні вимикачі, запобіжники, теплові реле, пристрої захисного відключення); електровимірювальні прилади вимірюють параметри електричних ланцюгів (амперметри, вольтметри, ватметри, лічильники електричної енергії, мегаомметри тощо). Схема електричного кола Для зображення електричних ланцюгів при розробці, монтажі та експлуатації електричних пристроїв і установок необхідні електричні схеми. Схема електричного кола - це графічне зображення, що містить умовні позначення елементів електричного кола, що показує з'єднання між ними. На практиці розрізняють схеми принципові, монтажні та схеми заміщення. Принципова схема визначає повний склад елементів і зв'язків між ними. Вона дає детальне уявлення про принципи роботи електротехнічної установки. Монтажна схема (схема з'єднань) показує з'єднання складових частин виробу, установки, визначає проводи та кабелі, якими ці з'єднання здійснюються, а також місця їх приєднання і введення. За схемами з'єднання здійснюють монтаж і приєднання складових частин електричної установки. І принципові, і монтажні схеми використовують при налагодженні, регулюванні, контролі, ремонті та експлуатації виробів і електроустановок. Схема заміщення відображає властивості електричного кола при певних умовах і застосовується при розрахунках. На схемі заміщення зображують всі елементи, впливом яких на результати розрахунку знехтувати не можна, і вказують електричні з'єднання, відповідні принциповій схемі. Умовні позначення для електричних схем встановлені стандартами. Умовні позначення елементівелектричних ланцюгів Закон Ома для ділянки електричного кола.Закон Ома для замкненого кола Зовнішні ділянки електричного кола (приймачі) можуть з'єднуватися між собою паралельно або послідовно. При паралельному з'єднанні всі приймачі R 1 , R 2 і R 3 знаходяться під одним і тим же напругою, а струми в гілках залежать від величини опору приймача обернено пропорційно: чим більше опір, тим менше струм. R 1 = 5 Ом I 1 = 1 А; R 2 = 10 Ом I 2 = 0,5 А; R 3 = 20 Ом I 3 = 0,25 А. При послідовному з'єднанні по всім приймачів протікає один і той же струм, а напруги на ділянках прямо пропорційні опорам цих ділянок. R 1 = 5 Ом U 1 = 2,5 В; R 2 = 10 Ом U 2 = 5 В; R 3 = 20 Ом U 3 = 10 В. Замкнута ланцюг має зовнішній і внутрішній ділянки: R - опір зовнішнього ділянки (приймача); r - опір джерела ЕРС. Приймач і джерело з'єднані послідовно, а значить по ним протікає один і той же струм: I = ; ЕРС джерела складається з напруг на зовнішньому і внутрішньому ділянках ланцюга: E = U + U 0 . ЕРС джерела електричної енергії У джерелі електричної енергії будь-якої вид енергії перетворюється в електричну. Це відбувається за рахунок сторонніх (неелектричних) сил, які виробляють поділ зарядів всередині джерела. Якщо електричне коло замикається, то розділені заряди під дією виниклого електричного поля прагнуть об'єднатися. При цьому в ланцюзі виникає струм, і споживач витрачає енергію джерела. Для кількісної оцінки цих енергетичних перетворень в джерелі служить електрорушійна сила (ЕРС). ЕРС можна виміряти між зажимами джерела при розімкнутому ланцюзі. Баланс потужностей висловлює закон збереження енергії для електричного кола. Він говорить про те, що потужність від джерела P і передається всім електроприймачів, включеним в даний ланцюг (SP i ), а невелика частина цієї потужності втрачається всередині самого джерела при протіканні через нього електричного струму (нагрів джерела, P вн ). Для оцінки ефективності роботи джерела визначають його коефіцієнт корисної дії h . Чим менше втрати всередині джерела, тим вище його ККД. Режими роботи джерела електричної енергії Режими холостого ходу і короткого замикання є крайніми (прикордонними) режимами роботи електричного кола, так як всі параметри електричного кола в цих режимах мають граничні значення. I xx = 0 I кз = I max U xx = EU кз = 0 R xx = ∞ R кз = r min В інших режимах роботи струм, напруга і опір електричного кола мають проміжні значення. Всі ці режими називаються робочими. Оптимальним режимом роботи електричного кола є номінальний режим. Відхилення від номінального режиму небажані, а в бік перевищення номінальних струмів і напруг в більшості випадків неприпустимі, так як при цьому не гарантуються надійність, розрахункові тривалість і економічність роботи електричних пристроїв і установок. Для забезпечення нормальних умов роботи приймачів електричної енергії необхідно, в першу чергу, дотримуватися відповідність напруг: дійсне напруга на затискачах пристрою має дорівнювати його номінальній напрузі. Джерела електричної енергії Можливість отримання електричної енергії з інших видів пов'язана з тим, що на заряджені частинки крім сил електричного поля при певних умовах можуть діяти неелектромагнітной сили. Ці сили називаються сторонніми. Вони виникають при хімічних реакціях, при нагріванні контакту різнорідних металів, при висвітленні фотоелементів і т. Д. Електричну енергію отримують шляхом перетворення інших видів енергії за допомогою відповідних перетворювачів, які називають джерелами електричної енергії. В даний час основним видом таких пристроїв є електромеханічні генератори. На теплових електростанціях працюють турбогенератори, що приводяться в рух тепловими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння. На гідроелектростанціях встановлені гідрогенератори з приводами від гідравлічних турбін. Турбо- і гідрогенератори - це машини змінного струму. У ланцюгах постійного струму в якості джерел електричної енергії застосовуються електромеханічні генератори постійного струму, електрохімічні джерела (гальванічні елементи, акумулятори, паливні елементи, термоелектрогенератори (пристрої прямого перетворення теплової енергії в електричну), фотоелектрогенератори (перетворювачі променевої енергії в електричну). Альтернативні джерела електричної енергії Вітроелектростанції в якості первинних двигунів використовують вітрове колесо з лопатями, що приводиться в обертання вітром. Це обертання через шестерні передається генератору. ККД таких станцій дуже низький. Сонячні електростанції перетворюють енергію випромінювання Сонця в електричну енергію. В якості перетворювачів променевої енергії в електричну використовуються напівпровідникові сонячні елементи. ККД сонячних елементів складає всього кілька відсотків, але це не дуже важливо, оскільки сонячну енергію ми отримуємо даром. Промислового значення сонячні електростанції не мають. Але розміщення на даху приватного будинку сонячних батарей може дати помітну частину електроенергії, необхідної сім'ї. Геотермальні електростанції перетворюють енергію гарячих підземних вод, наявних в місцях інтенсивної вулканічної діяльності, в електричну енергію. Такі електростанції багато років працюють на Камчатці. Гідроенергетичні електростанції, наприклад, приливні ГЕС працюють під напором морської води при приливи і відливи (Кислогубская ГЕС). 15, 16. Теплова дія електричного струму (закон Джоуля - Ленца). Значення номінальних струмів для проводів з гумовою ізоляцією Теплова дія електричного струму використовується в електронагрівальних приладах: електричних печах, сушильних шафах, електроплитках і т. Д. У лампах розжарювання електричний струм розігріває нитку до такої температури, що вона починає світитися. Кількість виділеної теплоти прямо пропорційно опору провідника. Тому обмотки електронагрівальних приладів виготовляються зі сплавів високого опору (ніхрому, фехралю). Температура включених електронагрівальних елементів залежить від умов охолодження. Наприклад, електрокип'ятильники не можна включати в мережу без попереднього занурення в воду. Виділення теплоти в сполучних проводах, обмотках електричних машин, апаратів і різних приладів - явище небажане. Воно призводить до марної втрати енергії, псування ізоляції і може викликати пожежу. Тому для проводів встановлена гранична температура нагріву T доп , ° С. Наприклад, для проводів з гумовою ізоляцією вона становить 55 ° С. Сучасні конструкції проводів і кабелів з ізоляцією на основі пластмас, синтетичних лаків, скловолокна і т. Д. Розраховані на тривалу роботу при більш високих температурах, а значить, на великі струми при тому ж перерізі. Захист проводів від великих струмів Проводи, прокладені від джерела ЕРС E до споживача електричної енергії R, можуть з'єднатися один з одним безпосередньо. Таке поєднання двох проводів називають коротким замиканням. При короткому замиканні струм I КЗ у багато разів більше номінального струму дроти I н . В результаті виділяється велика кількість теплоти, що приводить до виникнення пожежі. Для захисту проводів, апаратів, машин і приладів від занадто великих струмів встановлюють запобіжні пристрої, які автоматично переривають ланцюг струму, як тільки його значення перевищить норму. Наприклад, плавкий запобіжник являє собою легкоплавкую дріт або пластину з міді, свинцю або срібла, включену в ланцюг послідовно з навантаженням (Пр-1). Перетин плавкою вставки зазвичай менше перетину захищаються проводів. При перевантаженні по струму вона розплавиться раніше, ніж нагріються дроти, і розірве електричний ланцюг. Елементи електричних ланцюгів На практиці переважно використовуються електричні ланцюги, в яких струми від будь-якого пункту можуть йти різними шляхами і в яких є точки, де сходяться кілька провідників. Ці точки називаються вузловими, або вузлами. А ділянки ланцюга, що з'єднують два сусідніх вузла, називаються гілками ланцюга. У замкнутому електричному ланцюзі ні в одній її точці не можуть накопичуватися електричні заряди, так як це викликало б зміна потенціалів точок ланцюга. Тому електричні заряди, що приходять до якого-небудь вузла в одиницю часу, рівні зарядів, що йде від цього вузла за ту ж одиницю часу. Якщо у вузлі сходяться кілька проводів з різними напрямками струму, то в лівій частині рівності буде сума струмів, що приходять до вузла, а в правій частині - сума струмів, спрямованих від вузла. Надходять до вузла струми вважаються позитивними, а йдуть від вузла - негативними. В результаті сума алгебри струмів, що сходяться у вузлі електричного кола, дорівнює нулю. Це перший закон Кірхгофа. Другий закон Кірхгофа характеризує рівновагу в замкнутих контурах електричного кола. Застосування другого закону Кірхгофа необхідно при розрахунках більшості електричних ланцюгів, що містять два і більше джерела електроенергії. При складанні рівнянь необхідно довільно вибрати напрямок обходу кожного контуру і направлення всіх струмів. ЕРС, напрямки яких збігаються з обраним напрямом обходу контуру, будуть позитивними, а ЕРС, спрямовані проти обходу контуру, негативними. Якщо напрямок струму в гілці і напрямок обходу контуру збігаються, то падіння напруги в цій галузі буде позитивним. Якщо струм в гілки спрямований назустріч обходу контуру, то падіння напруги в цій галузі - негативне. Алгебраїчна сума ЕРС, що діють в будь-якому замкнутому контурі, записується в лівій частині рівняння, а алгебраїчна сума падінь напруги на всіх гілках (опорах) даного контуру - в правій частині рівняння, складеного за другим законом Кірхгофа. Послідовне з'єднання приймачів електричної енергії.Паралельне з'єднання приймачів електричної енергії Послідовне з'єднання приймачів електричної енергії Електричне коло може містити кілька приймачів енергії, що мають різні опору. При послідовному з'єднанні струм у всіх приймачах однаковий, а еквівалентний опір ланцюга R Е дорівнює сумі опорів всіх приймачів. Тому зміна опору одного з послідовно з'єднаних приймачів тягне за собою зміну R Е і струму в ланцюзі. При цьому змінюються напруги на всіх ділянках ланцюга. Послідовне з'єднання додаткових резисторів використовується для зниження струму, а так само для розширення меж вимірювання вольтметрів. Недолік послідовного з'єднання в тому, що при виході з ладу одного приймача вся ланцюг не працює. Паралельне з'єднання приймачів електричної енергії При паралельному з'єднанні приймачів ток розгалужується по всіх ділянках (галузях), що зменшує R Е і збільшує загальну провідність ланцюга G, яка дорівнює сумі провідностей окремих гілок. Струми в гілках розподіляються обернено пропорційно опорам або прямо пропорційно провідності цих гілок. Якщо напруга між вузлами не змінюється, то струми на ділянках незалежні один від іншого. Вимкнення одного або декількох резисторів з ланцюга не відбивається на роботі інших, що залишилися включеними. Тому освітлювальні лампи, електродвигуни та інші приймачі електроенергії переважно включаються паралельно. 20, 21, 22. Способи з'єднання джерел ЕРС в батареї Для збільшення потужності джерела електроенергії з'єднують в батареї послідовно, паралельно і змішано. Потужність джерела електроенергії визначається за формулою: P і = E · I. Тому підвищити потужність джерела можна або збільшенням ЕРС, або збільшенням сили струму I. При послідовному з'єднанні декількох джерел збільшиться ЕРС E б . При паралельному з'єднанні декількох джерел збільшиться загальний струм I б . Якщо необхідно збільшити і струм, і напруга для правильної роботи електроприймача, то джерела з'єднуються по n штук послідовно в m паралельних гілок, т. Е. Змішано. 23, 24. Потенційна діаграма неразветвленной електричного кола Метод еквівалентного опору Застосовується для розрахунку ланцюгів постійного струму зі змішаним з'єднанням приймачів. Суть методу полягає в тому, що кілька опорів в електричному ланцюзі замінюються одним опором R екв . Для цього в ланцюзі по черзі виділяються ділянки з паралельним і послідовним з'єднанням приймачів. Наприклад, опору R 4 і R 5 з'єднані паралельно, замінюємо їх одним R 4-5 , яке розраховується за формулою для паралельного з'єднання Потім опору R 3 , R 4-5 і R 6 замінюємо одним R 3-6 , використовуючи формулу для послідовного з'єднання R 3-6 = R 3 + R 4-5 + R 6 . В результаті перетворень схем на етапі 1-4 виходить схема з одним опором R екв . У цьому ланцюзі E, ток I і потужність такі ж, як і у вихідній схемі. Потім визначаємо струм і напруга на кожній ділянці ланцюга, застосовуючи закон Ома. Для перевірки розрахунку визначаємо потужність на всіх ділянках ланцюга і складаємо баланс потужностей. Взаємні перетворення трикутника і зірки опорів Приймачі в електричних ланцюгах з'єднуються не тільки послідовно або паралельно. У багатьох схемах можна виділити групи з трьох елементів, що утворюють трикутник або зірку опорів. При розрахунку подібних ланцюгів спрощення схем виконується методом еквівалентного опору, але попередньо проводять перетворення трикутника опорів в еквівалентну зірку або навпаки. Відповідними перетвореннями схему можна привести до найпростішого виду і розрахувати. Знаючи струм і напруга на всіх ділянках розрахункової схеми, повертаються знову до початкової електричного кола, визначають струми і напруги на ділянках, які в ній були перетворені. В результаті розрахунку визначаються струми і напруги на всіх ділянках вихідної електричної схеми. Методи розрахунку складних ланцюгів Метод рівнянь Кірхгофа Метод вузлового напруги Метод контурних струмів Метод еквівалентного генератора метод накладення Вольт-амперні характеристики нелінійних електричних ланцюгів Нелінійні електричні постійного струму широко застосовуються в пристроях автоматики, телемеханіки, електроніки, зв'язку та інших областях техніки. Для аналітичного розрахунку нелінійної ланцюга її ВАХ повинна бути записана у вигляді математичної залежності. Труднощі отримання таких математичних залежностей робить необхідним застосування графічних методів розрахунку нелінійних електричних ланцюгів. Для нелінійних електричних ланцюгів також справедливі закони Ома і Кірхгофа. При графічних методах розрахунку потрібна велика точність виконання креслень, інакше можливе отримання незадовільних результатів. При послідовному з'єднанні нелінійних елементів вони замінюються еквівалентним нелінійним резистором. ВАХ такого резистора будується відповідно до залежності, наступної з другого закону Кірхгофа: U = U 1 + U 2 . Точки ВАХ еквівалентного резистора виходять підсумовуванням напруг на окремих резисторах, що відповідають одному і тому ж току I ': U' = U ' 1 + U' 2 . Переймаючись поруч довільних значень струму в ланцюзі, отримують ряд відповідних напружень. І за цими даними будують ВАХ еквівалентного резистора I (U). Отримана ВАХ всього ланцюга дає можливість визначити для будь-якого значення напруги U = U ', на висновках ланцюга відповідне йому значення струму I = I', а далі по току I '- значення напруг U 1 = U ' 1 і U 2 = U' 2 на ділянках ланцюга, т. Е. Робочі точки на ВАХ обох нелінійних елементів. При паралельному з'єднанні нелінійних елементів ВАХ еквівалентного елемента будується відповідно до першого закону Кірхгофа: I = I 1 + I 2 . При цьому точки результуючої ВАХ виходять підсумовуванням струмів в НЕ, що відповідають одному і тому ж значенню напруги U ': I' = I ' 1 + I' 2 . За результуючої ВАХ для заданого струму I = I 'визначають відповідні струми гілок: I 1 = I' 1 і I 2 = I ' 2 . Графічний метод розрахунку нелінійних електричних ланцюгів При змішаному сполученні НЕ по їх ВАХ будується ВАХ всього ланцюга. При цьому спочатку будують еквівалентну ВАХ паралельної ділянки, а потім по ній будують характеристику всьому ланцюгу при послідовному з'єднанні цих ділянок. На малюнках показаний приклад графічного розрахунку змішаного з'єднання трьох НЕ із заданими ВАХ I 1 (U 1 ), I 2 (U 2 ) і I 3 (U 3 ). Спочатку підсумовуванням струмів I 2 і I 3 , відповідають одному і тому ж напрузі, побудована ВАХ I 2-3 (U 2-3 ), а потім підсумовуванням напруг характеристик I 1 (U 1 ) і I 2-3 (U 2-3 ), що відповідають одному і тому ж значенню струму, побудована характеристика всього ланцюга U (I).
Відгуки
Відгуків немає, поки що.