Параметры приёмников электрической энергии

ВВЕДЕНИЕ

 

Электротехника – это область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для практических целей.

Правильное и технически грамотное решение вопросов использования электроэнергии – одна из основных задач курса электротехники.

 

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Основные определения

 

Электрическая цепь – это совокупность устройств, которые генерируют, передают, преобразуют и потребляют электрическую энергию.

Простейшая электрическая цепь (рис. 1.1) состоит из источника электрической энергии «И» и приёмника «П», соединённых между собой проводами «ЭП».

 

Рис. 1.1

Устройства, предназначенные для генерирования электрической энергии, называются источниками электрической энергии, или источниками питания, или источниками электродвижущей силы (ЭДС), или источниками тока.

Источники питания бывают:

· машинные (генераторы постоянного и переменного тока);

· электростатические (химические, солнечные, атомные и другие).

Устройства, потребляющие электрическую энергию, называются приёмниками электрической энергии, или нагрузкой.

Приёмниками электрической энергии могут быть:

· приводные электродвигатели различных типов;

· лампы накаливания, нагревательные и осветительные приборы;

· электрохимические и радиотехнические приборы и др.

Преобразователи электрической энергии могут быть для электрической цепи как источниками, так и потребители энергии (например, трансформаторы).

Каждое устройство электрической цепи называется элементом электрической цепи.

Для изучения процессов в электрических цепях составляют электромагнитную модель, которая содержит отдельные идеальные элементы. Графическое изображение реальной цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры реальных замещённых элементов, носит название схемы замещения.

 

Электрический ток и напряжение

 

К основным величинам электрической цепи относятся:

· электрический ток;

· напряжение на элементах;

· электродвижущая сила.

Электрический ток – направленное движение носителей электрических зарядов.

Принятые обозначения:

I – сила постоянного тока, измеряется в амперах (А);

i – мгновенное значение переменного тока.

Напряжение – это энергия, которую расходует каждый электрический заряд в приёмнике электрической энергии, измеряется в вольтах (В).

Принятые обозначения:

U – постоянное напряжение;

u – мгновенное значение переменного напряжения.

Электродвижущая сила (ЭДС) – это энергия, которую получает каждый электрический заряд в источнике электрической энергии, измеряется также в вольтах (В).

Принятые обозначения:

Е – постоянная ЭДС;

е – мгновенное значение переменной ЭДС.

Условно-положительные направления тока, напряжения и ЭДС определяются так:

· условно-положительное направление тока – это направление движения положительных зарядов (далее – направление тока);

· условно-положительное направление напряжения – это направление уменьшения потенциала (далее – направление напряжения);

· условно-положительное направление ЭДС – это направление действия сторонних сил в источнике питания (далее – направление ЭДС).

Условно-положительные направления тока и ЭДС источника совпадают. Условно-положительные направления тока и напряжения на элементах потребителя совпадают. Условно-положительные направления токов, напряжений и ЭДС на схемах обозначаются стрелками.

 

Параметры приёмников электрической энергии

 

К параметрам приёмников электрической энергии относятся:

· сопротивление R;

· ёмкость C;

· индуктивность L.

Резистор

 

Резистор сопротивлением R – это элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в тепловую или световую. Примером резистивного элемента служат нагревательные элементы, лампы накаливания и т.д. Схема замещения резистивного элемента показана на рис. 1.2.

		R

 

Рис. 1.2

Резистор обладает сопротивлением R

       (Ом)                         (1.1)

где  – удельное сопротивление материала, из которого сделан резистор ;

l – длина (м);

S – площадь поперечного сечения (мм²).

Из (1.1) следует, что сопротивление резистора R зависит только от материалов и размеров и не зависит от тока I и приложенного напряжения U.

Также для характеристики резистивного элемента вводится понятие проводимости g – величина, обратная сопротивлению, измеряемая в Сименсах.

  (См)                                   (1.2)

На резисторе выделяется активная мощность Р, равная

(Вт)                                   (1.3)

Индуктивность

 

Индуктивность L – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию магнитного поля, причём индуктивность и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае). Схема замещения индуктивного элемента показана на рис.1.3.

 

 

Рис. 1.3

Взаимосвязь между электрическим и магнитным полями в индуктивном элементе задается следующим соотношением:

                                          (1.4)

где  – потокосцепление (Вб);

 – мгновенное значение тока (А);

L – коэффициент пропорциональности.

L называют индуктивностью, и она измеряется в Генри (Гн), при расчетах используют 1мГн = 10^-3Гн

Знак «минус» в выражении (1.4) говорит о том, что, когда , то ток через индуктивность (катушку) i – минимален и наоборот, то есть потокосцепление  и ток i через катушку колеблются в противофазе.

 

Конденсатор

 

Конденсатор – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию электрического поля, находящегося между обкладками конденсатора, причем конденсатор и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае).

Схема замещения конденсатора показана на рис.1.4.

Рис. 1.4

Устройство простейшего конденсатора приведено на рис 1.5, где

1- две металлические обкладки, расстояние между обкладками d (м), площадь обкладок S (м²);

2- диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε, находящийся между обкладками.

d

Рис. 1.5

 

Конденсатор характеризуется емкостью С:

(Ф)                                     (1.5)

Емкость измеряется в Фарадах (Ф), при расчете используется

1мкФ = 10 ^-6Ф.

В электротехнике для классификации «пассивных» элементов применяется следующая терминология: резистор R – «активный» элемент, индуктивность L и емкость С – «реактивный» элемент.