|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
История развития электротехники.Стр 1 из 4Следующая ⇒
Основные законы электротехники. Закон Ома для участка цепи, несодержащего ЭДС . Под напряжением на зажимах цепи понимают разность потенциалов между крайними точками ветви. Ток течет от большего потенциала к меньшему.
φ 1 > φ 2 U12 = φ 1- φ 2 I = U12/R = (φ 1- φ 2)/R
Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС.
I = U12/R = (φ 1- φ 2)/R φ 2 = φ 3 - E φ 1 – φ 3 = U+E Из этого следует: I = ( φ 1 – φ 3 –E)/R = (U13-E)/R. Законы Кирхгофа. Первый закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю: SIk = 0, I1+I2-I3-I4+I5 = 0, или - сумма токов, направленных к узлу равна сумме токов, направленных от него. I1+I2+ I5 = I3+ I4. Правило: если ток направлен в узел, то перед ним в уравнении ставится «+», если ток направлен от узла, то «-».
Второй закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений напряжений в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС внутри этого контура.
SEk = SIi× Ri E1-E2+E3 = I1× R1+ I2× R2+ I3× R3+ I4× R4 Правило: если направление тока и Е совпадает с направлением обхода то в уравнении берётся со знаком «+», если не совпадает, то «-». Последовательное соединение сопротивлений.
 
Второй закон Кирхгофа для этой схемы имеет вид U = U1 + U2 + U3 . Поделим почленно это уравне6ние на ток I. U/I = U1 /I + U2 /I + U3 /I, получим R = R1+ R2+ R3. Таким образом, при последовательном соединении сопротивлений эквивалентное сопротивление равно сумме последовательно соединенных R. Параллельное соединение сопротивлений.
Для преобразования этой схемы используется первый закон Кирхгофа и закон Ома. I1 = U/R1 , I2 = U/R2 , I3 = U/R3 , I = I1+ I2 + I3 , U/RЭ = U/R1+U/R2+U/R3, тогда 1/RЭ = 1/R1+1/R2+1/R3 , GЭ = G1+G2+G3. Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений эквивалентная проводимость равна сумме проводимостей, а выражение для эквивалентного сопротивления имеет вид RЭ =
Тестовые вопросы по теме 1) Обозначение и единица измерения активного сопротивления и проводимости. 2) Обозначение и единица измерения индуктивности. 3) Обозначение и единица измерения ёмкости. 4) Что такое узел электрической цепи, обозначение. 5) Что такое ветвь электрической цепи, обозначение. 6) Что такое контур электрической цепи, обозначение. 7) Закон Ома для участка цепи без ЭДС. 8) Закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС. 9) Первый закон Кирхгофа, схема, формула. 10) Второй закон Кирхгофа, схема, формула. 11) Обозначение источника ЭДС идеального и реального. 12) Вольтамперные характеристики источника ЭДС идеального и реального. 13) Обозначение источника тока идеального и реального. 14) Вольтамперные характеристики источника тока идеального и реального. 15) Преобразование последовательного соединения сопротивлений в эквивалентное, схема, формула. 16) Преобразование параллельного соединения сопротивлений в эквивалентное, схема, формула.
Лекция 3.
Смешанное соединение сопротивлений Иногда нельзя определить параллельно или последовательно соединены сопротивления. Например, как показано на нижеприведенной схеме (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Смешанное соединение сопротивлений. В этом случае заменим треугольник abc звездой abc (рис. 3.2). с соблюдением условия эквивалентности - так чтобы параметры (токи ветвей и межузловые напряжения) схемы вне преобразуемой цепи остались без изменения.
Рис. 3.2. Преобразование треугольника в звезду.
Ia=0 Rb+Rc=Rbc× (Rab+Rca)/(Rab+Rbc+Rca) (1) Ib=0 Ra+Rc=Rca× (Rab+Rbc)/(Rca+Rab+Rbc) (2) Ic=0 Ra+Rb=Rab× (Rbc+Rca)/(Rab+Rbc+Rca) (3) Решая систему относительно Ra, Rb, Rc. Находим их:
Ra=Rab× Rca/( Rab+Rbc+Rca) (4) Rb=Rbc× Rab/( Rca+Rab+Rbc) (5) Rc=Rca× Rbc/( Rab+Rbc+Rca) (6)
Аналогично определяем Rab, Rbc и Rсa. Для замены звезды треугольником надо решить систему уравнений 4, 5, 6 относительно Rab, Rbc и Rсa:
Rab=Ra+Rb+RaRb/Rc (7) Rdc=Rb+Rc+RbRc/Ra (8) Rca =Ra+Rc+RaRc/Ra (9)
Теорема об эквивалентном активном двухполюснике. Рис. 3.3. Схема активного двухполюсника с несколькими ЭДС.
Eэк=(E1× G1+E2× G2)/(G1+G2)=Uxx12; где G проводимость, G=1/R Eэк=SEi∙ Yi/SYi (в комплексном виде)
.Рис. 3.4. Схема замещения активного двухполюсника.
Внутреннее сопротивление эквивалентного двухполюсника (рис 3.4) определяется как параллельное сопротивление внутренних сопротивлений активного двухполюсника (рис 2.3). Rвнутр=R1R2/(R1+R2)=Rвх1, 2, I=Eэк/(Rвн+R3)
Простые цепи.
Простые цепи рассчитываются при помощи метода свёртывания и развёртывания. Простая цепь – цепь, содержащая один источник энергии. Рис. 4.1. Схема простой цепи и эквивалентная схема замещения её.
R678=R6(R7+R8)/(R6+R7+R8) R4-8= R678(R4+R5)/(R4+R5+R876) R12= R4-8(R2+R3)/(R2+R3+R4-8) Rэкв=R1+R12 I1=E/(R1+R12) U12=I1× R12 I2=U12/(R2+R3) I3=U12/(R4+R5) I5=U12/(R7+R8) I4=U12/R6
Метод контурных токов. При расчете методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре схемы течет свой контурный ток рис.4.8. Уравнения составляют относительно контурных токов, после чего через них определяют токи ветвей.
Рис. 4.7. Эквивалентная схема с обозначением контурных токов. Уравнение для первого контура I11*(R3+R4)-I22*R4 = -E3, Уравнение для второго контура -I11*R4+I22*(R2+R4+R5) = -E2, Уравнение для третьего контура -I22*R5 +I33*(R17+R5+R6) = E1-E6Э. Система уравнений будет третьего порядка и имеет вид:
I11*(R3+R4)-I22*R4 = -E3, -I11*R4+I22*(R2+R4+R5) = -E2, I33*(R17+R5+R6)-I22*R5 = E1 -E6Э.
В этой системе только три уравнения, следовательно, решать её проще. Как видно из схемы: I11=I3, I22=I2, I33=I1=I6, I4=I11-I22, I5=I22-I33. Таким образом, все токи определены. Аналогичную картину даёт метод узловых потенциалов. Метод узловых потенциалов.
Основан на применении 1-го закона Кирхгофа
Рис. 4.8. Эквивалентная схема к расчёту по методу узловых потенциалов.
Составить уравнения по методу узловых потенциалов для узлов a, b, c. Потенциал узла dприравниваем к 0 (рис. 4.8). Для узла a: ja(1/(R1+R7)+1/R3+1/R4+1/R5)-jb(1/R3+1/R4)- -jc(1/(R1+R7))=E1/(R1+R7)+E3/R3=Ia. Для узла b: -ja(1/R3+1/R4)+jb(1/R3+1/R4+1/R2)=E2/R2-E3/R3=Ib. Для узла с: -ja/(G1+G7)+jc(1/(G1+G7)+1/G6)=-E1/(G1+G7) - J=Ic. В общем виде уравнение для к -го узла: jk jk-потенциал к -го узла. å Gkl-сумма узловых проводимостей к-го узла, представляя собой сумму проводимостей ветвей, подключенных к к-му узлу. Это собственная проводимость к-го узла. å Ik-алгебраическая сумма источников токов ветвей, подключённых к к -тому узлу. å EkGkl-алгебраическая сумма произведений E ветвей, сходящихся в к-м узле на проводимости этих ветвей. Правило: Если Е и ток источника направлены к узлу, то в правой части уравнения берётся знак ² +². I. ja(1/(G1+G7)+1/G3+1/G4+1/G5)-jb(1/G3+1/G4)-jc/(G1+G7)=E1/(G1+G7)+ +E3/G3=Ia -ja( 1/G3+1/G4)+jb( 1/G3+1/G4+1/G2)= E2/G2- E3/G3=Ib - ja/(G1+G7)+jc(1/(G1+G7)+1/G6)= -E1/(G1+G7)-I=Ic или II. ja× Gaa+jb× Gab-jc× Gac=Ia ja× Gba+jb× Gbb=Ib ja× Gca+jc× Gcc=Ic Решая систему относительно потенциалов. Токи в ветвях определяется разностью потенциалов между узлами по следующим формулам: I1=(jc-ja+E1)G1 I4=(ja-jb)G4 I2=(jb-E2)G2 I5=G5ja I3=(ja-jb-E3)G3 I6=G6jc
Тестовые вопросы по теме. 1. Назовите основные методы расчёта электрических цепей. 2. Что такое простая цепь, определение, пример схемы. 3. Расчёт схем по методу свёртывания и развертывания, алгоритм. 4. Расчёт схем по методу наложения, алгоритм. 5. Расчёт схем по уравнениям Кирхгофа, алгоритм. 6. Расчёт схем по методу контурных токов, алгоритм. 7. Расчёт схем по методу узловых потенциалов, алгоритм. 8. Расчёт схем по методу эквивалентного двухполюсника, алгоритм. 9. Что такое собственная проводимость узла?
История развития электротехники. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее эффективной системой обновления знаний является гибкая, непрерывная на протяжении всей жизни, система самообразования и повышения квалификации. Полноценный современный специалист должен обладать способностью параллельно заниматься самообразованием как в области общетеоретических, так и специальных знаний, только тогда он сможет изыскивать эффективные пути взаимодействия с техникой будущего. При этом человек должен помнить, что ОН – «частица биосферы» и «частица ноосферы». Свое бытиё Он должен приспосабливать к законам ноосферы. По образному выражению академика В.И. Вернадского, которое он сформулировал ещё в начале прошлого века, необходимо не покорение природы, а совместное гармоническое развитие природы и общества, иначе человечеству просто не выжить. Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электротехнике, которая, включает в себя три основных раздела: Теоретические основы электротехники (ТОЭ), Электрические машины (ЭМ) и Электронику. Современное определение электротехники. Электротехника - область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для осуществления процессов преобразования энергии и превращения вещества, а так же для передачи сигналов и информации. В последние десятилетия из электротехники выделилась промышленная электроника с тремя направлениями: информационное, технологическое и энергетическое, которые с каждым годом приобретают все большее значение для научно-технического прогресса.
В развитии электротехники и электроники можно выделить следующие 8 этапов: I этап: до 1800г. - становление электростатики. К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явлений, создание первых электростатических машин и приборов, исследование атмосферного электричества, зарождение электромедицины (опыты Гальвани), открытие закона Кулона и закона сохранения энергии.
В 1744 г. М.В. Ломоносов писал: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… сей всеобщий закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает.» Соответствующие труды М.В. Ломоносова находились в забвении до 1904 г., а будучи опубликованы в России, не могли проникнуть в Западные лаборатории, поэтому позднее А.Л. Лавуазье повторно и независимо от М.В. Ломоносова открыл закон сохранения вещества. Выдающийся ученый – энциклопедист М.В. Ломоносов был первым в России основоположником изучения электрических явлений, автором первой теории электричества. В 1745 г. был разработан первый электроизмерительный прибор «электрический указатель» Георгом Вильгельмом Рихманом, который погиб 25 июня 1753 г., во время сильной грозы при проведении опыта с «грозовой машиной».
II этап: 1800-1830г.г. - закладка фундамента электротехники и её научных основ. Начало этого периода ознаменовано получением «Вольтова столба» - первого электрохимического генератора постоянного тока. Затем была создана «Огромная наипаче батарея» Василия Владимировича Петрова, с помощью которой была получена электрическая дуга и сделано много новых открытий. В этот период были открыты важнейшие законы: Георга Симона Ома, Жана Батисто Био и Феликса Савара, Андре Мари Ампера и была установлена связь между электрическими и магнитными явлениями. Был создан прообраз электродвигателя.
 
III этап: 1830-1870г. -зарождение электротехники. Самым значительным событием этого периода было открытие явления самоиндукции Майклом Фарадеем и создание первого электромагнитного генератора (на основании ЭМИ). В этот период формулируются законы Ленца, Кирхгофа, разрабатываются различные конструкции электрических машин и измерительных приборов, зарождается электроэнергетика. Однако широкое практическое применение электроэнергии в хозяйстве и быту сдерживалось отсутствием экономичного электрического генератора. IV этап: 1870-1890г. - становление электротехники как самостоятельной отрасли техники. В этот период создаётсяпервый промышленный генератор с самовозбуждением (динамо-машина), что привело к созданию новой отрасли электротехники «Электрические машины». Организуются производства с использованием электроэнергии. С развитием промышленности, ростом городов возникает потребность в электрическом освещении. Начинается строительство «домовых» электростанций, вырабатывающих постоянный ток. Электрическая энергия становится товаром и всё более остро ощущается потребность в централизованном производстве и экономичной передаче электроэнергии. На постоянном токе эту проблему решить нельзя из-за невозможности трансформации постоянного тока. В это время Павел Николаевич Яблочков изобрёл электрическую свечу и была разработал схему дробления постоянного электрического тока при помощи индукционных катушек, представляющих собой трансформатор с разомкнутой магнитной системой. В середине 80-х годов началось серийное производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой (Макс дёрн, Отто Блати, К Циперновский) и строительство центральных электростанций переменного тока. Однако развитие производства требовало комплексного решения проблемы экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надёжного электродвигателя. Эта проблема была решена на основе многофазных, в частности 3-х фазных систем. V этап: 1891 –1920 гг. – становление и развитие электрификации. Предпосылкой развития 3-х фазной системы явилось открытие в 1988 г. явления вращающегося магнитного поля. 3-х фазная система оказалась наиболее рациональной. В развитие этой системы внесли вклад многие учёные разных стран, но наибольшая заслуга принадлежит русскому учёному Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому, создавшему 3-х фазные синхронные генераторы, асинхронные двигатели и трёхфазные трансформаторы. Убедительным преимуществом 3-х фазных цепей было строительство трёхфазной линии электропередачи между немецкими городами Лауфеном и Франктфуртом при активном участии М.О.Доливо-Добровольского. Расширяются исследования явлений, протекающих в цепях синусоидального тока с помощью векторных и круговых диаграмм. Огромную роль в анализе процессов в таких цепях сыграл комплексный метод расчёта, предложенный Чарльсом Протеусом Штейнмецом. Теоретические основы электротехники становятся базовой дисциплиной в вузах и фундаментом научных исследований в области электротехники. VI этап: 1920 – 1940гг. – зарождение электроники: электровакуумные приборы, триод, диод. 1923г. – Лосев создал первый полупроводниковый диод – кристадин, который мог работать в режиме генератора высокочастотных колебаний. Выделилась радиотехника как самостоятельная наука. VII этап: 1940 – 1970гг. – зарождение информатики: построение электронно - вычислительных машин. VIII этап: 1970г. - по настоящее время – информатика как самостоятельная наука. (Лекция подготовлена на основе книги «Очерки по истории электротехники» О.Н.Веселовский, Я.А.Шнейберг., М. МЭИ, 1993г. Также рекомендую ознакомиться с книгой «Становление и развитие электротехники и электроэнергетики», Б.В.Папков, Нижний Новгород, «Кварц» 2011г.) Тестовые вопросы по теме 1) Определение науки «Электротехника». 2) Сколько этапов можно выделить в истории развития Электротехники? 3) Время окончания первого этапа. 4) Закон сохранения материи и количества движения по Ломоносову М.В. – определение. 5) Какие учёные работали на первом этапе развития электротехники? 6) Начало и окончание второго этапа развития электротехники. 7) Какие учёные работали во время второго этапа? 8) Основные законы электротехники, открытые во втором этапе развития. 9) Начало и окончание третьего этапа развития электротехники. 10) Какие учёные работали во время третьего этапа? 11) Основные законы электротехники, открытые в третьем этапе развития. 12) Начало и окончание четвёртого этапа развития электротехники. 13) Какие учёные работали во время четвёртого этапа? 14) Основные законы электротехники, открытые в четвёртом этапе развития. 15) Начало и окончание пятого этапа развития электротехники. 16) Какие учёные работали во время пятого этапа? 17) Основные события в области электротехники, произошедшие на пятом этапе развития. 18) Начало и окончание шестого этапа развития электротехники. 19) Какие учёные работали во время шестого этапа? 20) Основные события электротехники, произошедшие в шестом этапе. 21) Начало и окончание седьмого этапа развития электротехники. 22) Какая наука зародилась во время седьмого этапа? 23) Начало восьмого этапа развития электротехники. Лекция 2.
Основные понятия и определения в электротехнике.
Электрическая цепь – совокупность источников электрической энергии, линий электропередач и электроприемников. Для анализа и синтеза электрических цепей вводят понятия: электродвижущей силы (ЭДС), обозначается Е; напряжения, обозначается U (Е и U измеряются в Вольтах [B]); тока (I) измеряется в Амперах [A]; сопротивления R, [Ом]; величины, обратной сопротивлению - проводимости (G) измеряется в Сименсах [См] (R=1/G); индуктивности L, единица измерения Генри [Гн]; емкости С, единица измерения Фарада [Ф]. На схемах вышеперечисленные элементы обозначаются следующим образом:
активные сопротивление и проводимость -, ,
индуктивность -,
емкость -,
источник тока -.
Положительным направлением тока называется направление, в котором перемещают положительно заряженные частицы или направление, противоположное движению электронов.
Источники электроэнергии. Реальный источник электроэнергии обладает внутренним сопротивлением больше нуля и в электротехнике представляется в виде двух вариантов – источник ЭДС и источник тока . У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление равно нулю. У идеального источника тока RВН = ∞, т.е. чем выше RВН , тем ближе источник тока к идеальному (рис. 2.1).
Реальный источник обладает внутренним сопротивлением.
а), б).
Рис. 2.1. Эквивалентная схема реального источника ЭДС - (а) и его вольтамперная характеристика (ВАХ) - (б).
а), б). Рис. 2.2. Эквивалентная схема реального источника тока - (а), и его вольтамперная характеристика (ВАХ) - (б).
Источник тока можно получить из источника ЭДС, если параллельно источнику тока включить сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника ЭДС. Соответственно значение тока источника тока определяют по формуле I=E/ RВН (рис. 2.2).
Узел электрической цепи - это точка, в которой соединены 3 или более ветвей (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Обозначение узла электрической цепи.
Ветвь электрической цепи – участок цепи, расположенный между двумя узлами, состоящий из одного или нескольких последовательно соединенных электрических элементов. По ветви течет один и тот же ток (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Обозначение ветви электрической цепи.
Замкнутым контур электрической цепи называют путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвленной электрической цепи (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Обозначение контура электрической цепи. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-09; Просмотров: 1528; Нарушение авторского права страницы
.
kl- ji 
+ 
k
источник ЭДС -, 
