Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Раздел 4. Электрические цепи переменного тока.
Начальные сведения о переменном токе.
Получение синусоидальной ЭДС. Параметры переменного тока. Графическое изображение переменного тока.
Переменный ток долгое время не находил практического применения. Это было связано с тем, что первые генераторы электрической энергии вырабатывали постоянный ток, который вполне удовлетворял технологическим процессам электрохимии, а двигатели постоянного тока обладают хорошими регулировочными характеристиками. Однако по мере развития производства постоянный ток все менее стал удовлетворять возрастающим требованиям экономичного электроснабжения. Переменный ток дал возможность эффективного дробления электрической энергии и изменения величины напряжения с помощью трансформаторов. Появилась возможность производства электроэнергии на крупных электростанциях с последующим экономичным ее распределением потребителям, увеличился радиус электроснабжения. В настоящее время центральное производство и распределение электрической энергии осуществляется в основном на переменном токе. Цепи с изменяющимися – переменными – токами по сравнению с цепями постоянного тока имеют ряд особенностей. Переменные токи и напряжения вызывают переменные электрические и магнитные поля. В результате изменения этих полей в цепях возникают явления самоиндукции и взаимной индукции, которые оказывают самое существенное влияние на процессы, протекающие в цепях, усложняя их анализ. Переменным током (напряжением, ЭДС и т.д.)называется ток (напряжение, ЭДС и т.д.), изменяющийся во времени. Закономерности периодического изменения тока могут быть весьма разнообразны. Поэтому для наглядного представления об изменениях переменного тока его изображают графически в виде кривых, которые строятся таким образом, что в каждый данный момент времени на чертеже ясно видно направление тока и его величина. На рис. 4.1 представлены примеры некоторых кривых переменного тока. Рис. 4.1 Вдоль горизонтальной оси вправо от начала координат О откладывается время t, а по вертикальной оси – величина тока. Так как переменный ток периодически меняет свое направление, то на графике принято положительное значение переменного тока изображать выше оси времени, а отрицательные – ниже, причем положительные величины тока отмечают знаком плюс, а отрицательные – знаком минус. Такими же кривыми изображают и другие переменные электрические величины.
Однако в электротехнике применяется главным образом такой переменный ток, который изменяется по закону синуса (рис. 4.1 а) Такой ток называется синусоидальным переменным током, а кривая его изменений – синусоидой. В линейных электрических цепях переменный синусоидальный ток возникает под действием ЭДС такой же формы. Поэтому для изучения электрических устройств и цепей переменного тока необходимо прежде рассмотреть способы получения синусоидальной ЭДС и основные понятия, относящиеся к величинам, которые изменяются по синусоидальному закону. Для получения ЭДС синусоидальной формы генератор переменного тока промышленного типа имеет определенные контурные особенности. Однако принципиально синусоидальную зависимость ЭДС от времени можно получить, вращая с постоянной частотой в равномерном магнитном поле проводник в виде прямоугольной рамки (рис. 4.2). Рис. 4.2 Согласно формуле (72 а), ЭДС в рамке, имеющей два активных проводника длиной l, (в дальнейшем все изменяющиеся во времени величины: токи, напряжения, ЭДС и т.д. – будем обозначать малыми буквами в отличие от постоянных значений для тех же величин, которые обозначают большими буквами) При равномерном вращении рамки линейная скорость проводника не изменяется: , а угол между направлением скорости и направлением магнитного поля изменяется пропорционально времени: . (89) Угол определяет положение вращающейся рамки относительно плоскости, перпендикулярной направлению магнитной индукции. (Положение рамки в момент начала отсчета времени t =0 характеризуется углом =0) Поэтому ЭДС в рамке является синусоидальной функцией времени . Наибольшей величины ЭДС достигает при угле : ; . (90) В рассмотренном случае синусоидальное изменение ЭДС достигается за счет непрерывного изменения угла, под которым проводники пересекают линии магнитной индукции. Однако такой способ получения ЭДС в практике не применяется, так как трудно создать равномерное поле в достаточно большом объеме.
Уравнение (90) записано для случая, когда начало отсчета времени (t =0) совпадает с моментом прохождения витка через нейтраль. На рис. 4.3 положение витков тоже соответствует началу отсчета времени (t =0) и определяется для каждого из них углом, отсчитанным от нейтрали до плоскости витка: для первого витка этот угол , для второго - и третьего - . Таким образом, в общем виде уравнение ЭДС должно быть записано так: . (91) Из этого уравнения можно определить величину ЭДС в любой момент при произвольном начальном положении витка. Рис. 4.3 Уравнением и графиком задаются все характеристики синусоидально изменяющейся величины: амплитуда, угловая частота, начальная фаза, период, частота и для любого момента времени мгновенная величина. Далее приведены определения этих величин, и они показаны на рис. 4.4 применительно к синусоидальной ЭДС. Рис. 4.4 Мгновенная величина (или мгновенное значение) ЭДС e – величина ЭДС в рассматриваемый момент времени. Мгновенная ЭДС определяется уравнением (91) при подстановки в него времени t, прошедшего от начала отсчета до данного момента. Период Т – наименьший интервал времени, по истечении которого мгновенные величины периодической ЭДС повторяются. Если аргумент синусоидальной функции выражается в углах, то период выражается постоянной величиной . Частота f – величина, обратная периоду: , (92) т.е. частота равна числу периодов переменной ЭДС в секунду. Частота выражается в герцах (Гц): 1 Гц = 1/с. Амплитуда - наибольшая величина, которую принимает ЭДС в течение периода. Амплитуда является одной из мгновенных величин, которая соответствует аргументу , равному , где - любое целое число или нуль. Фаза (фазовый угол ) – аргумент синусоидальной ЭДС, отсчитываемый от ближайшей предшествующей точки перехода ЭДС через нуль к положительному значению. Фаза в любой момент времени определяет стадию гармонического изменения синусоидальной ЭДС. Начальная фаза - фаза синусоидальной ЭДС в начальный момент времени. Две синусоидальные величины, имеющие разные начальные фазы, называются сдвинутыми по фазе. Угловая частота - скорость изменения фазы. За время одного периода Т фазовый угол равномерно изменяется на , поэтому . (93)
Расчет параметров переменного тока.
О переменном токе все известно, если задано его уравнение или график. Однако в практике пользоваться уравнениями или графиками токов затруднительно. Переменный ток обычно характеризуется его действующей величиной I. При изучении выпрямительных устройств и электрических машин пользуются средними величинами ЭДС, тока, напряжения. При определении действующей величины переменного тока можно исходить из какого-либо его действия в электрической цепи (теплового, механического взаимодействия проводов с токами). На рис. 4.5 изображены графики двух токов: постоянного 1 и переменного 2, причем величина постоянного тока равна амплитуде переменного. Рис. 4.5 Постоянный ток, равный амплитуде переменного, выделит больше тепла в одном и том же элементе цепи за одно и то же время, так как переменный ток в течение полупериода меньше постоянного, и лишь одно мгновение эти токи равны.
Действующая величина переменного тока I численно равна величине постоянного тока, который в одном и том же элементе цепи за время периода Т выделяет столько же тепла, сколько при тех же условиях выделяет переменный ток. Действующая величина переменного тока I меньше амплитуды (прямая 3 на рис. 4.5) Действующее значение переменного тока обозначается буквой I и в зависимости от максимального тока выражается формулой . (94) По аналогии с действующим значением переменного тока вводят понятие о действующих значениях ЭДС и напряжения, каждое из которых в раза меньше своей амплитуды. Все технические измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока и напряжения. Средним значением синусоидального тока считают его среднее значение за положительный полупериод, совпадающее со средним значением по модулю: . (95) По аналогии со средним значением переменного тока вводят понятие о средних значениях ЭДС и напряжения, каждое из которых в раза меньше своей амплитуды. Средняя величина синусоидальной функции за период равна нулю, так как площади положительной и отрицательной полуволн равны. Отношение действующей величины к средней называется коэффициентом формы кривой : . Для синусоиды .
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; просмотров: 206; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.145.94.159 (0.014 с.) |