Электрическая цепь переменного тока

Предмет электротехники. Режимы работы электрической цепи.

Предмет электротехники.

Электротехника – техническая наука, которая изучает способы передачи, преобразования и потребления электроэнергии.

Электротехника включает в себя линейные электрические цепи и нелинейные электрические цепи.

Линейные – это эл. машины переменного тока, эл. машины постоянного тока и эл. измерительные приборы.

Нелинейные – это выпрямители переменного тока, преобразователи и стабилизаторы.

Режимы работы электрической цепи.

Источник напряжения – источник эл. энергии, способный давать стабильное напряжение при колебании силы тока в определенном диапазоне.

Источник тока – при колебании напряжение в цепи остается постоянным, вырабатывается сила тока.

Можно выделить 4 основных режима работы эл. цепи:

1) Режим холостого хода(R=∞, i=0). Возникает при размыкании цепи.

2) Режим короткого замыкания. Возникает при замыкании клемм источника(R=0, i=E/r)

3) Согласованный режим. Источник должен отдать потребителю как можно больше энергии(R=r). В электротехнике режим используется редко, в радиотехнике повсеместно.

4) Режим номинальный – режим работы, на который рассчитана эл. цепь и потребитель (КПД эл. цепи максимальный, минимальный износ узлов эл. цепи).

Электрическая цепь переменного тока.

В электроэнергетике используется переменный ток синусоидального типа.

В РФ и Европе принят стандарт частоты 50 Гц, напряжение 220в; в США и Японии 60 Гц и 110 В.

Z – комплексное сопротивление, состоящее из активного и реактивного компонента. В электротехнике при расчете эл. цепей используются комплексные числа, при этом действительной частью считается активное сопротивление, а мнимой – реактивная.

1) Цепь, содержащая активное сопротивление:

В такой цепи мгновенные значения тока и напряжения меняются синфазно (одновременно)

2) Цепь, содержащая индуктивность:

В данном случае происходит запоздание тока по отношению к напряжению за счет явления самоиндукции l_L= -L·(d_i /d_t)= -LI_mωcos(ωt)= LI_mωsin(ωt-π/2)

Индуктивный элемент характеризуется индуктивным сопротивлением (X_L=ωL)

3) Емкость цепи переменного тока:

Здесь происходит опережение током напряжения, что связано с процессами заряда конденсатора.

i=C·(du/dt)=CU_mωcos(ωt)= CU_mωsin(ωt+π/2)

Таким образом при прохождении переменного тока через нагрузку содержащую активную и реактивную компоненту происходит определенный сдвиг фаз между током и напряжением, который можно легко описать с помощью комплексных чисел.