Источники электрической энергии. Внешняя характеристика

Билет №1

Источники электрической энергии. Внешняя характеристика

Источники электрической энергии - это гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.

Источники энергии разделяют на источники тока и источники ЭДС (электродвижущей силы). Под ЭДС понимают работу сторонних сил, присущих источнику, потраченных на перемещение единичного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.

Схемы замещения электрической цепи с реальным источником электрической энергии и резистором, а —c источником ЭДС, б- с источником тока.

В случае, когда R=0 (рис б.) источник электрической энергии будет идеален, а R=∞ (рис а.) источник ЭДС будет идеальным

Все источники энергии называют активными элементами.

Источники электрической энергии делятся:

· Первичные источники электрической энергии – это источники, которые один тип энергии (механическая, тепловая, химическая) преобразуют в электрическую энергию.

· Вторичные источники электрической энергии – это источники, которые преобразуют электрическую энергию от первичных источников в электрическую энергию удобную применения приемником энергии.

К основным параметрам источников питания относят:

· Электродвижущую силу.[B].

· Внутреннее сопротивление источника ЭДС, [Ом]

· Максимально-возможную отдаваемую мощность в цепь, [Вт]

Внешняя характеристика источника – это связь между током и напряжением.

Точка X вольт-амперной характеристики источника электрической энергии отвечает режиму холостого хода (х. х.) при разомкнутой цепи, когда ток Iх = 0, а напряжение U_х= Е.

Точка Н определяет номинальный режим, если напряжение и ток соответствуют их номинальным значениям U_ном и Iном, приведенным в паспорте источника электрической энергии.

Точка К характеризует режим короткого замыкания (к. з.), возникающий при соединении между собой зажимов источника электрической энергии, при котором внешнее сопротивление R =0. В этом случае возникает ток короткого замыкания I_к = Е / R_вт,который во много раз превышает номинальный ток Iном из-за того, что внутреннее сопротивление источника электрической энергии R_вт < R. При этом режиме напряжение на зажимах источника электрической энергии U_к = 0.

Точка С отвечает согласованному режиму, при котором сопротивление внешней цепи R равно сопротивлению внутренней цели R_вт источника электрической энергии. В этом режиме возникает ток I_c = E / 2R_вт внешней цепи отвечает наибольшая мощностьP₂_max = E2 / 4R_вт, а коэффициент полезного действия (кпд) установки η _с = 0, 5.

Билет № 2

Законы Кирхгофа

электрической цепи Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в одном узле равна нулю. ,

где n -число ветвей, сходящихся в узле.

Токи, подтекающие к узлу и оттекающие от узла, в уравнения следует записывать с разными знаками.

Второй закон Кирхгофа: в замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в контур:

где m -число ветвей, входящих в контур.

При составлении уравнения следует задаться положительным направлением обхода контура и направлением токов в ветвях.

Если направление стрелки тока или ЭДС совпадает с положительным направлением обхода контура, то падение напряжения или ЭДС записывают в уравнение со знаком «+».

Используя закон Кирхгофа, можно рассчитать режим работы электрической цепи любой сложности. Общей задачей является расчет токов во всех ветвях электрической цепи при заданных сопротивлениях и ЭДС.

Решить задачу

Дано:

В режиме резонанса напряжений, в последовательной цепи R, I, C, определить действующие значения напряжений на элементах, если:

U = 100B, X_L = X_C = 2R

Решение:

U_R =U_вх = 100В

Так как X_L=X_C=2R то,

U_L=U_C=2U_R=200В

Ответ: U_L=U_C=2U_R=200В

Билет № 3

Работа и мощность электрического тока.

Энергетический баланс.

Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда qмежду двумя точками неразветвленной электрической цепи: W = q· U.

При постоянном токе величина перенесенного заряда: q = I· t, следовательно:

W = U· I· t.

Энергия измеряется в Джоулях (1 Дж = 1В· А· с)

Скорость изменения энергии характеризуется мощностью P, таким образом:

Мощность измеряется в Ватах (1 Вт = 1 ).

уравнение баланса мощности:

Знак «− » в левой части равенства ставится в том случае, если источник ЭДС работает в режиме потребления энергии.

Задача

Определить U_вх,активную и реактивную мощности, если I=2 A, X_L=5 Oм. Построить векторные диаграммы.

-U L

U_вх=I*X_L=2*5=10 Ом

P_акт=0

Q_реакт=I²*X_L=2²*5=20 ВАР

S=20ВА

U_вх =U_L

Билет №4

Билет №5

Билет №6

Задача.

Билет № 7

Задача

Дано U=100 sin ω t, при R= 2 Ом, Х_L= 5 Ом, Х_С= 3 Ом. Чему равен ток I(t)?

Решение:

= =

i=50sin (ω t-45°)

Билет№8.

Билет №9.

Задача.

Определить ЭДС; внутреннее сопротивление источника энергии, а так же сопротивление R₁, R₂, R₃ приемника энергии при токах 5А, 10А, 15А, располагая внешней характеристикой источника.

Ответ: , , , ,

Билет № 10.

Билет №11

Задача.

Дано: U_л=220 В, r= 11 Ом. Определить линейные токи.

Решение:

Ответ:

Билет №12

Виды электропроводок.

Электропроводка внутри зданий может быть двух видов: открытая, проложенная по поверхности стен, потолков, и скрытая, проложенная в конструктивных элементах здания (стенах, перекрытиях и полах). Вид и марка проводов определяются условиями среды в помещении, а в общественных зданиях — архитектурными особенностями.

Открытую проводку применяют в основном в производственных помещениях, а скрытую — в общественных и жилых зданиях. Скрытая проводка может выполняться либо сменяемой, когда при эксплуатации она может быть заменена без нарушения строительных конструкций, либо несменяемой, когда провода наглухо за деланы в теле строительных конструкций (под слоем штукатурки, в перекрытиях и в конструкции полов). Основной недостаток не сменяемой проводки состоит в том, что при повреждении приходится заменять ее открытой проводкой. В производственных помещениях для осветительных и силовых сетей широко используют открытые электропроводки, выполненные изолированными или небронированными кабелями, укрепленными на изолирующих опорах (роликах, изоляторах), либо на тросах или проложенных на лотках, в коробах и трубах.

Задача.

Номинальная скорость ротора асинхронного двигателя n_ном =1480 об/мин. Определить скольжение S_ном.

S=(n-n₁)/n₁

n₁=60*f/p

Скорость вращения двигателя n практически определяется значением его синхронной скорости, а последняя при стандартной частоте 50 Гц зависит от числа пар полюсов: при двух парах — 1500 об/мин

p=2 пары

f=50 Гц

S= =