Расчет линейных цепей постоянного тока методом свертывания.

Расчет линейных цепей постоянного тока методом свертывания.

Применение метода. Метод состоит в том, что электрическая цепь или ее участки заменяются более про­стыми по структуре участками цепи, при этом токи и на­пряжения непреобразованной части цепи не должны изме­ниться. В результате преобразования структура цепи и ее расчет упрощаются.

Преобразование последовательно соединенныхрезисторов или резистивных элементов: R=R₁+R₂+..

Преобразование параллельно соединенных рези­сторовили резистивных элементов:

4. Законы Кирхгофа. Расчет линейных цепей постоянного тока методом применения законов Кирхгофа.

Законы:

1.Алгебраическая сумма токов в узле равно 0.

Токи, втекающие в узел берутся с "+", вытекающие с "-"

(I₁+I₂-I₃-I₄+I₅=0).

Если в схеме имеются n-узлов, то для нее можно составить (n-1) независимых уравнений по 1 закону Кирхгофа.

2. Алгебраическая сумма падений напряжений вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.

Падение напряжения на элементах, входящих в контур, считать положительным, если направление тока через элемент совпадает с выбранным нами направлением обхода контура. Также и ЭДС.

I₁R₁+I₂R₂-I₃R₃-I₄R₄=E₁-E₂

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа:

Порядок расчета:

1. Определяется число ветвей

2. Определяется, сколько уравнений нужно составить по первому закону Кирхгофа и сколько по второму. Общее чи­сло уравнений должно быть равно числу неизвестных то­ков, т.е. числу ветвей в. По первому закону составляется У—1 уравнений, где у — число узлов схемы. По второму закону Кирхгофа нужно составить в—(у—1) независимых уравнений.

3. Составляются уравнения.

Цепи однофазного переменного тока.

Действующие, амплитудные и средние значения синусоидальных величин.

Амплитудное значение – максимальное значение синусоидальной ф-ции

Действующее значение – среднеквадратичное значение переменной величины за период

Среднее значение – среднее значение ф-ции за положительный полупериод.

3. Представление синусоидальных функций в различных формах.

Способы изображения:

1.Аналитический: u= U_msin(wt+j_u), i= I_msin(wt+j_i), e= E_msin(wt+j_e).

2. При помощи векторов: длина вектора должна быть равна амплитуде тока, напряжения, эдс, а угол наклона к оси абцисс

показывает начальную фазу.

u= U_msinwt, i= I_msinwt – без начального сдвига фаз.

u= U_msin(wt+j_u), i= I_msin(wt+j_i) – с начальным сдвигом

3.Графический:

4. При помощи комплексных чисел.

j – мнимая единица

I=I’+I”, где I’=Icosφ, I^’’=Isinφ.

I=Icosj+jIsinj - тригонометрическая форма записи.

Ф-ла Эйлера: e^jj=cosj+jsinj. Показательная ф-ла I=Ie^jj

Переход от алгебраической формы к тригонометрической: I=Ö(I’²+I”²), j=arctg(I”/I’)

Трехфазные цепи.

Векторная диаграмма.

Трансформаторы.

1. Устройство однофазного трансформатора. Режим холостого хода. Коэффициент трансформации.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку (к ней энергия подводится от источника) и вторичную обмотку (с нее энергия поступает к потребителю). Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько — в этом случае трансформаторы называются многообмоточными. Таким образом, однофазные трансформаторы имеют как минимум две обмотки.

У трансформатора две основные части: магнитопровод и обмотки. Трансформаторы большой мощности, кроме того, имеют систему охлаждения. Часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, называется стержнем, а остальная часть, замыкающая магнитопровод, — ярмом.

Они чаще всего выполняются в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечения.

Первичная и вторичная обмотки обычно располагаются на одном стержне. Обмотки низшего напряжения помещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения — снаружи. Между обмотками находится изолирующий цилиндр. Такая конструкция позволяет уменьшить потоки рассеяния и экономит изоляционный материал для катушек высшего напряжения.

По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. Трансформаторы малой мощности (примерно до 20 кВ • А) изготовляют сухими. Они либо естественно ох­лаждаются воздухом, либо обдуваются при помощи венти­ляторов. Трансформаторы средней и большой мощности выполняются масляными. В этом случае магнитопровод собмотками располагают в баке странсформаторным маслом. Масло помимо отвода тепла предохраняет обмотки трансформатора от соприкосновения с воздухом, что замедляет старение изоляции и увеличивает ее пробивную прочностьРежимом холостого хода называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (рис.). При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения и₁ ток первичной обмотки i_1x (МДС ) вызывает в магнитопроводе синусоидальный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки счислами витков w₁и w₂ наводит в них согласно закону электромагнитной индукции ЭДС е₁ и е₂. Действующие значения этих ЭДС ;

т. е. ЭДС в обмотках пропорциональны числам витков.

Коэффициентом трансформации называется отношение номинального - высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению: причем под номинальными напряжениями понимаются но­минальные напряжения в режиме холостого хода.

2. Работа трансформатора под нагрузкой. Уравнение электрического состояния обмоток.

3.

Рабочий режим — это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой понимается ток вторичной цепи — чем он больше, тем больше нагрузка). К трансформатору подключаются различного рода потребители: электри­ческие двигатели, освещение и т. п.

Уравнениеэлектрического состояния.ЭДС e₁ направлена про­тив положительного направления тока i₁, а положительное направление тока i₂ вторичной обмотки совпадает по на­правлению с ЭДС е₂.

Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа для первичной цепи:

или

,

где R₁i₁ — падение напряжения на активном сопротивле­нии провода первичной обмотки; и_1d — падение напряже­ния на сопротивлении рассеяния первичной обмотки.

В комплексной форме

Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа для вторичной цепи:

,

где и₂ — напряжение на выводах вторичной обмотки; R₂i₂ – падение напряжения на активном сопротивлении проводов вторичной обмотки; — падение напряжения на сопротивлении рассеяния вторичной обмотки. В комп­лексной форме:

МАШИНЫ ПОСТ ТОКА

Маш пост тока. Конструкция.

Маш обладают св-м обратимости, т.е могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В режиме генератора они преобраз мех эн в эл эн пост напряж, а в реж двигателя осущ обрат преобраз.

Сост из 2-х основ частей: неподвиж – статора и вращ – ротора, называемого якорем. Статор сост из станины, глав и дополн полюсов, подшип щитов. Станина вып-ет ф-ю магнитопровода. Глав полюсы служ для созд-я пост во времени маг поля. Подшип щиты закрыв статор с торцов.Якорь сост из сердечника, обмотки и коллектора.

2. Принцип действ генер пост тока.

Можно престав в виде витка, вращ-го в маг поле. Принцип основан на явл эл/маг индукции. Виток привод-ся во вращ от внеш приводного двиг-ля. Проводники витка пересек мгнов поле и в них наводятся ЭДС, направо пред по правилу прав руки. По ходу витка определ результир эдс: е=е₁+е₂. При повороте витка на 180 проводники из зоны одного полюса переход в зану др-го и направл эдс измен-ся на обратное. Коллектор пластины не только обеспеч соед с внеш цепью, но и вып роль переключ-го устр-ва.

Принцип действ двиг-ля.

Можно престав в виде витка, вращ-го в маг поле. По з-ну эл/маг силы взаимод-е тока i и маг поля B созд силу f, к-я направ перпенд-но В и i. Направл силы f оредел-ся правилом лев руки. Пара сил создает вращ момент. Концы проводников и коллект пластины вступ в контакт со щетками др полярности. Направл тока в цепях измен на противоп. Виток непрерыв враж в маг поле и может приводить во вращ вал раб механизма. Коллектор не только обеспеч контакт внеш цепи, но и преобраз пост ток во внеш цепи в перемен ток в витке.

Синхронные машины.

Принцип работы синхронного генератора(СГ).

Принцип действия СГ состоит в том, что ток, протекающий в индукторе, создает магнитный поток, который, проходя через воздушный зазор, сцепляется с обмоткой якоря и при вращении индуктора в каждой фазе обмотки якоря наводится ЭДС, т.е. СГ позволяет получить 3-х фазное переменное напряжение. Изменяя ток индуктора можно в широких пределах изменять ЭДС синхронной машины.

Принцип работы синхронного двигателя (СД)

Устройство синхронного двигателя практически идентично устройству синхронного генератора. Принцип действия: ток, протекающий в обмотке статора образует вращающееся магнитное поле, которое своими полюсами притягивает разноименные полюса ротора, вследствие чего частота вращения ротора совпадает с частотой вращения поля статора, т.е. ротор вращается с синхронной частотой N₀ (N₀=f/p) f – частота p – число полюсов. Для того чтобы запустить синхронный двигатель, его частота вращения ротора должна быть приблизительно равна синхронной частоте. После того как частота вращения ротора станет близкой к синхронной частоте, ротор втягивается в синхронизм, то есть начинает вращаться синхронно с частотой поля. В роторе СД размещают короткозамкнутую обмотку по типу «беличьей клетки». В таком случае первый этап пуска СД представляет собой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, при этом обмотка возбуждения синхронного генератора отличается от источника энергии и замыкается на сопротивлении. После того как частота вращения ротора приблизится к синхронной, в обмотку ротора подается напряжение, а двигатель работает в нормальном режиме. СД как потребитель эл. Энергии может различаться по типу потребляемой реактивной энергии, т.е. они могут работать потребителями чисто активной энергии, как потребитель реактивной энергии, носящий емкостной характер. Св-во синх-го двиг-ля поглощать индуктивную, реактивную мощность используется в энергетике для улучшения cosj (коэффициента мощности) в цепи.

1. Полупроводники n-типа p-типа. Примесный полупроводник с преобладающим числом свободных электронов называют полупроводником с электронной электропроводностью или электропроводностью n-типа, а саму примесь, способную отдавать валентные электроны, донорной. Основными носителями заряда в полупроводнике n-типа являются электроны, а неосновными - дырки. Примесный полупроводник с преобладающим числом дырок называют полупроводником с дырочной электропроводностью или электропроводностью р-типа (р полупроводник), а примесь, добавление которой приводит к образованию избыточного числа дырок в валентной зоне,— акцепторной. В таком полупроводнике дырки являются основными носителями заряда, а электроны неосновными.

2. Электронно-дырочный переход. Границу между двумя соседними областями полупроводника, имеющими различный характер электропроводности (между слоями р- и n-типа), называют электронно- дырочным переходом или р-п-переходом. Электронно-дырочные переходы подразделяют на симметричные и несимметричные, резкие и плавные, переходы на границе разнородных полупроводников с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы). Р-п переход обладает уникальными свойствами: несимметричной электропроводностью, изменяемой по нелинейному закону емкостью, сильной зависимостью электрического тока от различных внешних факторов—температуры, излучений, магнитных и электрических полей. Полупроводник с р-п переходом показан на рис.Одна его часть легирована донорной примесью и обладает электронной электропроводностью, другая содержит акцепторную примесь и имеет дырочную электро­проводность. Процессы в р-п переходе обусловлены различием концентраций электронов и дырок в кристалле. Вольт-амперная характеристика является графической зависимостью протекающего через р-п переход тока от приложенного к нему внешнего напряжения I—f(U). Состоит из прямой ОА и обратной ОВС ветвей; на вертикальной оси отложены значения прямого и обратного тока, а на оси абсцисс — значения прямого и обратного напряжения. Кристаллы с р-п переходом, присоединенные к внешнему источнику, показаны на рис. 3.5, б, в. При прямом включении (рис. 3.5, б) дырочная часть (р-область) полупроводника присоединяется к положи­тельному зажиму внешнего источника, а электронная часть (n-область)—к отрицательному.

3. Полупроводниковые резисторы. Классификацция. Обозначение в схемах. Основные свойства. Применение.

Полупроводниковые резисторы являются простейшими полупроводниковыми приборами. В радиоэлектронике находят применение терморезисторы, тензорезисторы, варисторы, фоторезисторы и линейные полупроводниковые резисторы. Терморезисторы — это приборы, проводимость которых очень сильно зависит от температуры. Сопротивление возрастает при уменьшении температуры и понижается при ее увеличении. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) таких резисторов отрицательный. Применяется в системах регулирование температуры, тепловой защиты, противопожарной сигнализации. Варисторами – называют полупроводниковые резисторы, в которых используется свойство уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения. Варисторы применяют для защиты от перенапряжений контактов, приборов и элементов радиоэлектронных устройств, высоковольтных линий и линий связи, для стабилизации и регулирования электрических величин и т. д. Фоторезисторами – называют полупроводниковые резисторы, сопротивление которых изменяется от светового или проникающего электромагнитного излучения. Более широко используются фоторезисторы с положительным фотоэффектом. Их сопротивление уменьшается при освещении или облучении электромагнитными волнами. Применяются в фотореле различного назначения, счетчиках изделий в промышленности, системах контроля размеров и формы деталей. Линейные резисторы- полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия. Удельное электр. сопрот. такого полупровод. мало зависит от напряжения электрич. поля и плотности электр. тока. Поэтому сопротив. такого лин. сопр-я остается практически пост-ым в широком диапазоне напряж. и токов. Такие резисторы широко примен. в интегральных микросхемах. Тензорезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации. Назначение – измерение давлений и деформаций. Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте – на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций.

4. Полупроводниковые диоды. Типы. Вольт-амперная характеристика. Стабилитроны. Применение. Полупроводниковым диодом называется прибор, содержащий элемент с одним р-п переходом. Принцип действия диодов основан на использовании односторонней электропроводности, электрического пробоя и других свойств р-п перехо да. Диоды различают по назначению, используемым материалам, типам р-п переходов, конструктивному исполнению, мощности и другим признакам. Широко распространены выпрямительные, импульсные диоды, стабилитроны, туннельные диоды, варикапы. Стабилитроны разновидность диодов, предназначенных для стабилизации напряжения. Полупроводниковые диоды применяются:автомобильный генератор: преобразование переменного тока в постоянный. (Диодные выпрямители),радиоприёмные устройства: радиоприёмники, телевизорах и т.п. (Диодные детекторы),защита разных устройств от неправильной полярности включения (Диодная защита)

5. Транзистор. Устройство. Принцип действия. Параметры. Обозначение в схемах. Применение. Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, предназначенный для усилениямощности электрического сигнала. Наиболее распространенные получили биполярные и полевые транзисторы. Устройство биполярного транзистора р-п-р структуры. В слаболегированной пластине монокристалла толщиной 0,15—0,2 мм с электропроводностью n-типа с обеих сторон созданы кристаллические слои с электропроводностью р-типа. Средняя часть кристалла с электрическим выводом называется базой, одна из крайних — эмиттером, вторая— коллектором. Между эмиттером, базой и коллектором имеется два р-п перехода: эмиттерный и коллекторный. Принцип работы транзистора основан на прохождении тока по каналу, поперечное сечение которого зависит от толщины р-n перехода. Важнейшими параметрами, характеризующими ка­чество транзистора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор α и дифференциальный коэффициент передачи тока базы β. α=∆I_к\∆I_э при U_кэ— const. β=∆I_к\∆I_б при U_кб— const.. применение : Усилители, каскады усиления Генератор Модулятор Демодулятор (Детектор) Инвертор (лог. элемент)

6. Тиристоры. Устройство. Принцип действия. Вольт-амперная характеристика. Применение.Тиристором называется полупроводниковый прибор многослойной структуры с тремя и более р-n переходами, который может переключаться из закрытого состояния в открытое или наоборот. По устройству и принципу действия тиристоры подразделяются на динисторы, тринисторы и симисторы. Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. Устройство: четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Тиристоры могут быть в двух позициях: закрытой и открытой. Эти две позиции имеют существенное различное сопротивление между силовыми электродами. Если тиристор находится в закрытой позиции сопротивление большое и ток через него не идет. Тиристор открывается если между силовыми электродами достигнуто напряжение открывания или при наличии тока на управляющем электроде. Если тиристор открыт, то сопротивление резко падает и проводится ток. При отключении тока тиристор закрывается. Применение: Электронные ключи Управляемые выпрямители Преобразователи (инверторы) Регуляторы мощности (диммеры)

7. Выпрямители. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного переменного тока. Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения U₂. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке U_d равно нулю. Ток нагрузки I_d при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения U_d.

8. Выпрямители. Мостовая схема двухполупериодного выпрямления однофазного переменного тока..Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Мостовая схема состоит из трансформатора и четырех диодов, являющихся плечами моста. К одной диагонали моста приложена переменная ЭДС вторичной обмотки трансформатора во вторую диагональ включена нагрузка Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А». Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В». Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Расчет линейных цепей постоянного тока методом свертывания.

Применение метода. Метод состоит в том, что электрическая цепь или ее участки заменяются более про­стыми по структуре участками цепи, при этом токи и на­пряжения непреобразованной части цепи не должны изме­ниться. В результате преобразования структура цепи и ее расчет упрощаются.

Преобразование последовательно соединенныхрезисторов или резистивных элементов: R=R₁+R₂+..

Преобразование параллельно соединенных рези­сторовили резистивных элементов:

4. Законы Кирхгофа. Расчет линейных цепей постоянного тока методом применения законов Кирхгофа.

Законы:

1.Алгебраическая сумма токов в узле равно 0.

Токи, втекающие в узел берутся с "+", вытекающие с "-"

(I₁+I₂-I₃-I₄+I₅=0).

Если в схеме имеются n-узлов, то для нее можно составить (n-1) независимых уравнений по 1 закону Кирхгофа.

2. Алгебраическая сумма падений напряжений вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.

Падение напряжения на элементах, входящих в контур, считать положительным, если направление тока через элемент совпадает с выбранным нами направлением обхода контура. Также и ЭДС.

I₁R₁+I₂R₂-I₃R₃-I₄R₄=E₁-E₂

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа:

Порядок расчета:

1. Определяется число ветвей

2. Определяется, сколько уравнений нужно составить по первому закону Кирхгофа и сколько по второму. Общее чи­сло уравнений должно быть равно числу неизвестных то­ков, т.е. числу ветвей в. По первому закону составляется У—1 уравнений, где у — число узлов схемы. По второму закону Кирхгофа нужно составить в—(у—1) независимых уравнений.

3. Составляются уравнения.