Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Курсовая по электротехнике Лабораторная работа Трехфазные цепи Лабораторные работы по физике

Расчет электротехнических цепей Лабораторная работа

Источник ЭДС и источник тока

 При преобразовании любого вида энергии в электрическую энергию в источниках происходит за счет электродвижущей силы (ЭДС). Электродвижущая сила  характеризует действие сторонних (неэлектрических) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре она равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль этого контура. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри источника электрической энергии: генераторов, гальванических элементов и т.д. ЭДС определяется как отношение работы , совершаемой сторонними силами при переносе заряженной частицы внутри источника, к ее заряду:

.

 Если = 1 Кл, то .

 Следовательно, ЭДС равна работе, совершаемой сторонними силами при переносе единицы заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом. Ее можно представить разностью потенциалов или напряжением между положительным и отрицательным зажимами источника энергии при отсутствии в нем тока.

 В замкнутой электрической цепи под действием ЭДС источника возникает ток. Цепь, в которой ток не изменяется во времени, называют цепью постоянного тока. При расчете и анализе электрических цепей источник электрической энергии представляют либо источником ЭДС, либо источником тока.

 Идеальным источником ЭДС (рис. 1.8) называют такой источник энергии, ЭДС которого не зависит от протекающего через него тока и равна ЭДС реального источника, а его внутреннее сопротивление равно нулю. На рис. 1.8 показаны условные обозначения и вольтамперная характеристика идеального источника ЭДС.

 За положительное направление ЭДС источника принимается направление возрастания потенциала внутри этого источника. Внутреннее сопротивление  показывает, что часть энергии, вырабатываемой источником, используется внутри источника. Схема замещения реального источника (0) может быть представлена в виде последовательного соединения идеального источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рис. 1.9). Реальный источник называют источником напряжения.

Рис. 1.8

Рис. 1.9

 Ток в цепи (рис. 1.9) определяется по закону Ома:

. (1.9)

  Из последней формулы видно, что внутреннее сопротивление оказывает влияние на ток в электрической цепи.

 Напряжение на зажимах источника или на нагрузке (рис. 1.9) определяется по формуле

Рис. 1.10

.  (1.10)

 ВАХ источников электрической энергии часто называют внешними характеристиками. Внешняя характеристика реального источника описывается уравнением (1.10). Ее можно построить по данным двух опытов (рис. 1.10):

холостого хода ;

короткого замыкания.

 Источником тока называют такой идеализированный источник электрической энергии, который вырабатывает ток , не зависящий от нагрузки  цепи и равный частному от деления ЭДС реального источника на его внутреннее сопротивление:

.  (1.11)

 Чтобы обеспечить постоянство тока  независимо от нагрузки , необходимо выполнить условия: а) ; б) .

 Идеальный источник тока можно считать реальным, если внутреннее сопротивление  подключить параллельно сопротивлению нагрузки. ВАХ и условное обозначение источника тока показаны на рис. 1.11. Схема замещения реального источника представлена на рис. 1.12.

 Ток в нагрузке

.  (1.12)

Рис. 1.11

Рис. 1.12

 

Следовательно, при расчете цепей источники тока могут быть заменены источниками ЭДС и наоборот.

 Каждый из двух расчетных эквивалентов является равноценным. В дальнейшем будем использовать в основном источник ЭДС.

 Эквивалентность источников обеспечивается при равенстве напряжений при холостом ходе и равенстве токов при коротком замыкании.

  1.5. Электрическая энергия и электрическая мощность

 1.5.1. Электрическая энергия

Рис. 1.13

 Изобразим схему простейшей электрической цепи, состоящей из источника ЭДС с внутренним сопротивлением  и приемника с сопротивлением  (рис. 1.13).

 Из закона Ома (1.9)

.

  Учитывая, что , запишем

.  (1.13)

 Умножим левую и правую части уравнения на

,  (1.14)

где  – работа (энергия) источника.

 Так как , то  (1.15) 

где   – энергия, передаваемая потребителю;  – энергия, расходуемая на потери во внутреннем сопротивлении источника.

 Следует отметить, что работа и энергия – понятия равноценные. Энергия – способность источника совершать работу. Чтобы измерить энергию источника, надо измерить работу, которую он совершает, расходуя эту энергию.

 Размерность энергии  В·А·с = Дж.

 На практике за единицу энергии принимают 1 кВт·ч = 3600000 Дж.

 1.5.2. Электрическая мощность

 Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии

 (1.16)

 Размерность мощности – ватт (вт). 1 вт – мощность, при которой за одну секунду совершается работа в один джоуль.

 Мощность, отдаваемая (полезная) источником энергии потребителю (приемнику)

 (1.17)

  Потери мощности во внутреннем сопротивлении

.  (1.18)

 При работе источника на нагрузку в виде сопротивления преобразование электрической энергии в электрическую мощность выражают с помощью закона Джоуля-Ленца. Мощность, выделяемая (или потребляемая) в сопротивлении R:

.

  1.5.3. КПД источника энергии

 Отношение мощности приемника (полезной мощности)  к мощности источника энергии   называется его коэффициентом полезного действия (КПД):

  (1.19)

 Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление , тем выше КПД источника. Определим, при каком условии источник энергии развивает полезную максимальную мощность. Преобразуем формулу (1.17), учитывая (1.9)

.  (1.20)

 Исследуем уравнение (1.20) на максимум

  (1.21)

отсюда .

 Тогда формула (1.20) приобретает вид

.  (1.22)

 Таким образом, источник ЭДС развивает максимальную полезную мощность, когда внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника.

 Однако такой режим является невыгодным, так как в этом случае 50 % энергии теряется во внутреннем сопротивлении источника

  (1.23)

 Режим цепи, при котором внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника энергии, называется режимом согласованной нагрузки. Такой режим используется в телемеханике, электросвязи и автоматике, где передаются малые мощности. Мощные источники, как правило, работают на приемник сопротивлением  = (10...20) , обеспечивая максимальный КПД (более 95 %).


Расчет электротехнических цепей Лабораторная работа.