Тема 1.19 Нелинейные электрические цепи переменного тока
Понятие нелинейных цепей переменного тока. Цепи с нелинейными активными элементами. Электрические с нелинейной индуктивностью. Идеализированная катушка с ферромагнитным сердечником: магнитный поток, ток, ЭДС, векторная диаграмма.
Магнитные потери в катушке с ферромагнитным сердечником, их влияние на ток в катушке. Векторная диаграмма катушки с магнитными потерями. Полная векторная диаграмма и схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником.
Вопросы для самоконтроля
1. Область применения нелинейных активных сопротивлений?
2. Поясните, чем обусловлены изменения кривой намагничивающего тока
3. Расскажите, как влияют вихревые токи на ток катушки с ферромагнитным сердечником
4. Приведите формулу для определения мощности магнитных потерь
5. Поясните векторную диаграмму катушки с учётом потерь энергии в сердечнике
6. Поясните векторную диаграмму катушки с ферромагнитным сердечником
7. Приведите примеры применения катушек с ферромагнитным сердечником
Тема 1.20 Переходные процессы в электрических цепях
Понятие о переходных процессах. Законы коммутации. Включение и отключение катушки индуктивности при постоянном напряжении.
Включение и отключение конденсатора при постоянном напряжении. Переходные процессы в цепях переменного тока с индуктивностью и емкостью.
Вопросы для самоконтроля
1. Каковы причины возникновения переходных процессов?
2. Сформулируйте законы коммутации
3. Какой промежуток времени называют постоянной времени электрической цепи
4. Что представляют собой принужденная и свободная составляющие переходного тока?
5. Как влияют напряжение и параметры цепи на переходной процесс?
6. Поясните процесс зарядки конденсатора
Тема 1.21 Электрические цепи с распределенными параметрами
Электрические цепи с распределенными параметрами. Задачи темы. Схемы замещения однородных линий с потерями и без потерь. Основные уравнения длинной линии. Характеристики длинной линии; коэффициент распространения электромагнитной волны, коэффициент затухания, коэффициент фазы, волновое сопротивление.
Установившийся режим в длинной линии без потерь. Нагрузочные режимы длинной линии без потерь
Вопросы для самоконтроля
1. Что представляет собой электрическая цепь с распределенными параметрами?
2. Перечислите и поясните характеристики длинной линии?
3. Охарактеризуйте нагрузочные режимы длинной линии без потерь
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Методические указания к решению задачи 1
Эти задачи относятся к теме «Расчет электрических цепей постоянного тока» Решение их требует знания закона Ома, формул мощности, законов Кирхгофа, свойств последовательного и параллельного, соединения резисторов.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
В электрической цепи за положительное направление эдс Е принимается направление, совпадающее с силой, действующей на положительный заряд, т.е. от «–» источника к «+» источника питания.
За положительное направление напряжения U принято направление, совпадающее с направлением действия электрического поля, т.е. от «+» к «–» источника.
За положительное направление тока I принято направление, совпадающее с перемещением положительных зарядов, т.е. от «+» к «–» источника.
Электродвижущая сила источника в электрической цепи может иметь одинаковое и противоположное направление с током. В первом случае источник эдс работает в режиме генератора, т.е. является источником электрической энергии. При этом эдс оказывается больше напряжения на его зажимах (Е >U). При направлении эдс в цепи противоположно току источник становится потребителем электрической энергии, и эдс оказывается меньше напряжения U на зажимах источника (Е < U) на величину внутреннего падения напряжения IR0, где R0 – внутреннее сопротивление источника.
При расчетах электрических цепей реальные источники электрической энергии заменяются схемами замещения. Схема замещения источника эдс содержит эдс и внутреннее сопротивление R0 источника, которое много меньше сопротивления Rн потребителя электроэнергии (R0 << Rн). При расчетах часто приходится внутреннее сопротивление источника эдс приравнивать нулю.
В идеализированном источнике эдс падение напряжения на внутреннем сопротивлении IR0 = 0, при этом напряжение на зажимах источника U = const не зависит от тока I и равно эдс источника (U = E). В этом случае источник электроэнергии работает в режиме, близком к режиму холостого хода.
В источниках тока внутреннее сопротивление во много раз превосходит сопротивление потребителя электроэнергии (R0 >> Rн), при этом в источнике тока ток является величиной практически постоянной, не зависящей от нагрузки (j = const).
Реальный источник электрической энергии можно представить в схеме замещения последовательным соединением идеального источника эдс и внутреннего сопротивления R0.
Для участка цепи, не содержащего источник энергии (например, для схемы пассивного участка на рис. 1), связь между током I и напряжением U12 определяется законом Ома для участка цепи
где φ1 и φ2 – потенциалы точек 1 и 2 цепи соответственно; U12 = φ1 - φ2 – напряжение (разность потенциалов) между точками 1 и 2 цепи; ΣR – арифметическая сумма сопротивлений на участке цепи; R1 и R2 – сопротивления участков цепи.
Рисунок 1 - Электрическая схема пассивного участка
Для участка цепи, содержащего источники эдс (рис. 2), т.е. для активного участка цепи, связь между током I, напряжением U12 и эдс источников определяется обобщенным законом Ома
где ΣE – алгебраическая сумма всех эдс участка цепи, причем со знаком «+» в нее входят эдс, совпадающие с направлением тока и со знаком «-» в нее входят эдс, не совпадающие с направлением тока.
Рисунок 2 - Электрическая схема участка
цепи, содержащего источники эдс/
На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая источниками электрической энергии, должна быть равна мощности преобразования в цепи электрической энергии в другие виды энергии
ΣEI = Σ(I2·R) ,
где ΣEI – сумма мощностей, развиваемых источниками;
Σ(I 2·R) – сумма мощностей всех приемников и необратимых преобразований энергии внутри источников (потери мощности на внутренних сопротивлениях).