double arrow

Билет. 1. Вопрос 1. Переменный ток: понятие, получение, характеристики, единицы измерения

Переме́нный ток, электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению. Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется Переменный ток благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности.Генераторы и двигатели Переменный ток по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. Переменный ток может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в Переменный ток другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели. Характеристики переменного тока. Средняя мощность переменного тока за период T равна:Pср. = Im*Umcos()/2, где  - сдвиг фаз между током и напряжением, Um и Im - максимальные (амплитудные) значения напряжения и силы тока.В цепи переменного тока с активной нагрузкой колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Если U = Umsin(wt), то I = Imsin(wt) и cos() =1.Действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения рассчитываются по формулам:Iд = Im/корень 2, Uд =Um/корень2.

Билет 2. Вопрос 1.Активное сопротивление в цепи переменного тока: понятие, характеристики, графическое изображение. Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную рабо­ту или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением. К активным сопротивлениям при промышленной частоте (50 гц) относятся, например, электрические лампы накаливания и электро­нагревательные устройства. Рассмотрим цепь переменного тока, в которую вклю­чено активное сопротивление. в цепи переменного тока с актив­ным сопротивлением по мере изменения по величине и направлению напряжения одновременно пропорционально меняются величина и Направление тока. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе. Построим векторную диаграмму действующих величин тока и напряжения для цепи с активным сопротивлением. Для этого отлов жим в выбранном масштабе по горизонтали вектор напряжения U. Чтобы на векторной диаграмме показать, что напряжение и ток в цепи совпадают по фазе (=0), откладываем вектор тока I по направлению вектора напряжения. Сила тока в такой цепи определяется по закону Ома: I=U/R.


Билет 3. Вопрос 1. Реактивные элементы в цепи переменного тока: понятие, характеристики, графическое изображение. Индуктивность и ёмкость в цепи переменного тока. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. Для индуктивного сопротивления получена формула XL = ωL.[ Ом. ] Величина xL линейно зависит от частоты. Для емкостного сопротивления выше формула XC = 1 / ωC. [Ом]. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = XL - XC. Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току. Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току. Так как в последовательной цепи ток, текущий через емкость, равен току, текущему через индуктивность, то напряжение на индуктивности тем больше напряжения на емкости, чем индуктивное сопротивление больше емкостного и наоборот.==> если при последовательном включении индуктивности и емкости индуктивное сопротивление больше емкостного, то характер общего сопротивления цепи будет индуктивным и наоборот.При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения. Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят.

Билет 4. Вопрос 1. Цепь переменного тока с индуктивностью и активным сопротивлением: значения тока и напряжения, векторная диаграмма.Через катушку и резистор протекает один и же ток, поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на катушке индуктивности и на резисторе:
U=UL+UR (4.17) I=I0SINWt Напряжение на резисторе, как было показано выше, будет совпадать по фазе с током: (4.18) а напряжение на индуктивности будет равно ЭДС самоиндукции со знаком минус (по второму правилу Кирхгофа): . (4.19) Мы видим, что напряжение на индуктивности опережает ток на угол пи/2. Построив векторы и , и воспользовавшись формулой (4.17), найдем вектор Векторная диаграмма показана на рис. 4.10. Мы видим, что в рассматриваемой цепи ток I отстает по фазе от приложенного напряжения U, но не на пи / 2, как в случае чистой индуктивности, на некоторый угол фи. Как видно из векторной диаграммы, модуль вектораUравен
, (4.20)где величина(4.21)называется полным сопротивлением цепи.Сдвиг по фазефимежду током и напряжением данной цепи также определяется из векторной диаграммы: (4.22)

Билет 5. Вопрос 1. Цепь переменною тока с емкостью и активным сопротивлением: значение тока и напряжения, векторная диаграмма.Через конденсатор и через резистор протекает один и тот же ток, описываемый формулой (4.16), поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на конденсаторе и на резисторе:(4.28)
Напряжение на резисторе, как было показано выше, будет совпадать по фазе с током:
(4.29) а напряжение на конденсаторе будет отставать по фазе от тока на угол пи/2:
Построив векторы, и воспользовавшись формулой (4.28), найдем векторU. Векторная диаграмма показана на рис. 4.15.Из векторной диаграммы следует, что в рассматриваемой цепи ток I опережает по фазе приложенном напряжение, вектор U но не на пи/ 2, как в случае чистой емкости, а на некоторый уголфи. Этот угол может принимать значения от 0 до пи / 2 и при заданной емкости С зависит от значения активного сопротивления: с увеличением R уголфиуменьшается. Как видно из векторной диаграммы, модуль вектораUравен
(4.31)
где величина
(4.32)называется полным сопротивлением цепи.Сдвиг по фазеФИмежду током и напряжением данной цепи определяется из векторной диаграммы.

Билет 6. Вопрос 1. Последовательная цепь переменного тока. Резонанс напряжений: условия возникновения, учёт, использование.Через все элементы цепи протекает один и тот же ток, поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на катушке индуктивности, на емкости и на резисторе: Uвектор=uL+uC+uC (4.34)напряжение на резисторе совпадает по фазе с током, напряжение на катушке опережает ток по фазе на пи/ 2, а напряжение на
емкости отстает от тока по фазе на пи/2. Можно записать эти напряжения в следующем виде:UR = U0RSINwt = I0RSINwt; UL=U0LSIN(wt + пи/2); UC=U0CSIN(wt-пи/2) = I0/wc * sin(wt-пи/2).Поскольку нам известны амплитуды и фазы векторов, мы можем построить векторную диаграмму и найти векторU(рис. 4.17).
Из этой векторной диаграммы мы можем найти модуль вектора приложенного к цепи напряженияUи сдвиг по фазефимежду током и напряжением:
(4.36)
где величина(4.37) Резонанс напряжений характеризуется обменом энергии между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора.
Увеличение магнитного поля катушки индуктивности происходит исключительно за счет уменьшения энергии электрического поля в конденсаторе и наоборот.
Следует обратить внимание на то, что при резонансе напряжения на реактивных сопротивлениях XL и XC могут заметно превышать приложенное к цепи напряжение. Если мы возьмем отношение приложенного напряжения к напряжению на индуктивности (или емкости), то получим UL=U* XL/R то есть напряжение на индуктивности будет больше приложенного напряжения в xL/Rраз. Это означает, что при резонансе напряжений на отдельных участках цепи могут возникать напряжения, опасные для изоляции приборов, включенных в данную цепь. В радиотехнике явление резонанса напряжений находит широкое применение в приемно-передающей
аппаратуре и радиоизмерительных приборах.

Билет 8. Вопрос 1. Мощность переменного тока: виды, единицы измерения, коэффициент мощности. Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя тока, с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, на сколько сдвинут по фазе ток, протекающий через потребитель электроэнергии, относительно приложенного к потребителю напряжения. Активная мощность (P) (W, Вт). В цепях однофазного синусоидального тока, P=U*I*cosфи,где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P=I2*r=U2*g. С полной мощностью S активная связана соотношениемP=S*COSфи. Реактивная мощность (Q) Единица измерения — вар.Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:Q=U*I*sinфи (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до —90° является отрицательной величиной. Полная мощность (S) Единица полной электрической мощности —В*А Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением:S=sqrtP2+Q2, где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0).Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: Sвектор=Pвектор+Qвектор

Билет 7. Вопрос 1. Параллельная цепь переменного тока. Резонанс токов: условия возникновения, учёт, использование

В отличие от последовательных цепей переменного тока, где ток, протекающий по всем элементам цепи, одинаков, в параллельных цепях одинаковым будет напряжение, приложенное к параллельно включенным ветвям цепи. Рассмотрим параллельное включение емкости и ветви, состоящей из индуктивности и активного сопротивления (рис. 4.20). Обе ветви находятся под одним и тем же приложенным напряжением U Построим векторную диаграмму для этой цепи. В качестве основного вектора выберем вектор приложенного напряжения U
(рис. 4.21). Рис. 4.21
По ветви с индуктивностью и активным сопротивлением течет ток I1 Длину этого вектора найдем из соотношения
I1=U/Z1= U/sqrtR2+XL2 (4.43) и отложим этот вектор по отношению к вектору под углом ФИ1, который определяется по формуле tanфи1= XL/R (4.44) Полученный таким образом вектор тока I1 разложим на две составляющие: активную и реактивную (рис. 4,21).
Величину вектора тока I2 текущего по ветви с емкостью, находим из соотношения
и откладываем этот вектор под углом 90' против часовой стрелки относительно вектора приложенного напряжения U. Общий ток в цепи I равен геометрической сумме токов I1 и I2 или геометрической сумме реактивного тока и активного тока
Длина вектора I равна (4.46)
Сдвиг по фазе между общим током I и приложенным напряжением U можно определить из соотношения
(4.47)
Из векторной диаграммы (рис. 4.21) видно, что длина и положение вектора общего тока зависят от соотношения между реактивными токами IL и IC
В частности, при IL > IC. общий ток отстает по фазе от приложенного напряжения, при IL < IC. - опережает его, а при IL = IC- совпадает с ним по фазе. Последний случай ( IL = IC .) называется резонансом токов. При резонансе токов общий ток равен активной составляющей тока в цепи, т. е. происходящие в цепи процессы таковы, как будто в ней содержится только активное сопротивление (в этом случае фи = 0 и cosфи = 1). При резонансе общий ток в цепи принимает минимальное значение и становится чисто активным, тогда как реактивные токи в ветвях не равны нулю и противоположны по фазе.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: