Методы анализа линейных цепей постоянного тока

Резистор в цепи сиусоидального тока

Резистор это элемент электрической схемы предназначенный для создания сопротивления в цепи, ограничивать ток, создавать различные падения напряжения нужных для дальнейшего использования. . . Резистор является одним из основных элементов схемы

Резонанс напряжений

Резонанс напряжений возникает в цепи с последовательным включением элементов Резонанс в цепи наступает, когда _. Резонанс в цепи возникает на частоте _.Определим ток и напряжение всей цепи, а также падение напряжения на ее отдельных элементах в режиме резонанса. Сопротивление в режиме резонанса минимально, следовательно ток максимален _. Падение напряжения на резисторе . Падение напряжения на индуктивности _. Падение напряжения на емкости _. Так как , то U0L=U0C, но они противоположны по знаку. В силу того что , рассматриваемый режим назван резонансом напряжений.

Резонанс токов

Резонанс токов возникает в цепи с параллельным включением элементов. Такая цепь содержит два сложных потенциальных узла, а все элементы находятся под одним и тем же напряжением . Вектор тока через резистор _{. Вектор тока через индуктивность} Разность векторов дает вектор реактивного тока . Векторы и образуют треугольник токов , G – активная проводимость, B – реактивная проводимость

Треугольник токов наглядно показывает, что для достижения резонанса в цепи необходимо обеспечить равенства противофазных токов и . Тогда результирующий реактивный ток цепи и угол ф будут равны нулю, а сопротивление цепи станет активным. может быть равно нулю при соблюдении условия

Мощность однофазной цепи синусоидального токаПолная мощность характеризует предельные возможности источника энергии. Активная мощность всегда положительна. Реактивная мощность в цепи, имеющей индуктивный характер, - положительна, а в цепи с емкостным характером - отрицательна.

P – активная мощность [Вт], Q – реактивная мощность [ВАр], S – полная мощнность

P = UIcosф, Q = UIsinф, S = UI

Активная мощность активно-индуктивной цепи

- коэффициент мощности или "косинус "фи".

Преимущества.

Экономичность.

Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.

Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.

Векторная диаграмма катушки со сталью

Исходным вектором при построении векторной диаграммы может быть принят вектор магнитного потока .Вектор тока опережает по фазе на угол вектор потока. Так как угол обусловлен наличием потерь в стали, то он называется углом потерь. Индуцированная ЭДС отстает по фазе на угол от вектора потока. Приложенное к идеализированной катушке напряжение уравновешивает ЭДС . Полный ток имеет активную составляющую и реактивную Мощность потерь в стали

ЭДС статора.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n0=60f)/p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

E1=4,44w1k1fΦ,

где: k1=0.92÷0.98 – обмоточный коэффициент;
f1=f – частота сети;
w1 – число витков одной фазы обмотки статора;
Φ – результирующее магнитное поле в машине.

ЭДС ротора.

При неподвижном роторе f2=f и действующее значение ЭДС определяется по аналогии с E1.

E2=4,44w2k2fΦ,

где: w2 и k2 – соответственно число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Если ротор вращается, то f2=f×Sн и ЭДС вращающегося ротора определяется соотношением:

E2S=4,44w2k2f2Φ=E2S.

ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины.

k=	E1	=	w1k1	.
E2	w2k2

Режим обратного запирания

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; Режим прямого запирания

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр предназначен для подавления пульсаций выпрямленного напряжения. Он относится к классу низкочастотных фильтров. Критерием качества сглаживающих свойств фильтров является коэффициент сглаживания S:

Классификация усилителей.

По назначению усилителя делятся на:

1)усилители напряжения,

2)усилители тока,

3)усилители мощности.

Хар-р связи между каскадами(нагрузка усилителя - другой усилитель) определяет вид усилителя:

• емкостной
• трансформаторный
• резонансно-трансформаторный
• непосредственный
• гальванический

По роду преобразуемых сигналов усилители бывают постоянного,импульсного и переменного тока. Усилители постоянного тока усиливают сигналы в полосе частот, начиная с нулевой частоты. Усилители переменного тока подразделяются на усилители низкой и высокой частоты.

По ширине полосы пропускания усиливаемых частот различают:

· широкополосные

· избирательные

По типу используемых активных элементов: ламповые, транзисторные, диодные, параметрические, СВЧ-усилители и др.

Усилители постоянного тока.

Усилителями постоянного тока называют такие устройства, которые могут усиливать медленно изменяющиеся электрические сигналы, т.е. способны усиливать и переменные и постоянные составляющие входного сигнала. Основную проблему усилителей постоянного тока представляет дрейф нуля – отклонение напряжения на выходе усилителя от начального.

55. Усилители переменного тока.

Усилители переменного тока применяются для усиления лишь тех сигналов, частотный спектр, которых не выходит за пределы полосы пропускания усилителя. В усилителе переменного тока применяются блокировочные конденсаторы для уменьшения отрицательной обратной связи и получения максимально допустимого коэффициента усиления. Используют конденсаторы, трансформаторы и индукт.катушки

Коды систем счисления

Система счисления - это совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками.

.

Типы логических элементов

Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения.

Тип логических элементов определяется совокупностью схемных и технологических признаков, характеризующих интегральные микросхемы логических элементов.

RS-триггеры. D-триггеры.

Триггер – импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями, которым соответствуют различные значения напряжений на информационных выходах. Они применяются в счетчиках импульсов напряжения, делителях частоты следования импульсов напряжения и др.

RS-тригерр (reser-set, т.е. сброс-установка) реализуются на основе логических элементов ИЛИ-НЕ на 2 входа, где обозначены прямой Q и инверcный Q информационные выходы. Триггер называется синхронным, если у него помимо информационных входов S и R,

D-триггер (триггер задержки) - это устройство с двумя устойчивыми состояниями, и одним информационным входом.

60. JK-триггеры. T-триггеры.

Работает по правилу RS-триггера. Отличие заключается в том, что состояние J=K=1 не является запрещающей. При J=K=1 триггер меняет свое состояние на противоположное тому, в котором он находится.

T триггер — это счетный триггер. У T триггера имеется только один вход. После поступления на этот вход импульса, состояние T триггера меняется на прямо противоположное. Счётным он называется потому, что он как бы подсчитывает количество импульсов, поступивших на его вход. При поступлении второго импульса T триггер снова сбрасывается в исходное состояние.

Шифраторы,дешифраторы

Шифраторы.

Шифратор, (называемый так же кодером) - устройство, осуществляющее преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления.
Шифраторы широко используются в разнообразных устройствах ввода информации в цифровые системы. Такие устройства могут снабжаться клавиатурой, каждая клавиша которой связана с определенным входом шифратора. При нажатии выбранной клавиши подается сигнал на определенный вход шифратора, и на его выходе возникает двоичное число, соответствующее выгравированному на клавише символу.

Дешифраторы.

Для обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа используются дешифраторы (называемые также декодерами). Входы дешифратора предназначаются для подачи двоичных чисел, выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа появляется сигнал на определенном выходе, номер которого соответствует входному числу.

Дешифраторы имеют широкое применение. В частности, они используются в устройствах, печатающих на бумаге выводимые из цифрового устройства числа или текст. В таких устройствах двоичное число, поступая на вход дешифратора, вызывает появление сигнала на определенном его выходе. С помощью этого сигнала производится печать символа, соответствующего входному двоичному числу.

По способу построения различают линейные и прямоугольные дешифраторы.

ВОПРОС № 62Регистры,селекторы-мультиплексоры
Регистром называется типовое вычислительное устройство, предназначенное для запоминания информационных слов и простейших их преобразований.

Регистр состоит из запоминающих элементов - триггеров, количество которых соответствует количеству разрядов в слове, и вспомогательных логических схем, обеспечивающих выполнение некоторых операций.
Типовые операции, выполняемые регистрами:

• Установка регистра (то есть всех его разрядов) в 0 - "СБРОС".
• Прием слова информации из другого операционного устройства (регистра, сумматора и т.д.) или передачаслова в другой регистр.
• Преобразование последовательного кода в параллельный или обратно.
• Преобразование прямого кода числа в дополнительный или обратный код и наоборот.
• Сдвиг слова влево или вправо на нужное число разрядов.
• Поразрядные логические операции.

Мультиплексор – селектор

Мультиплексор - селектор - это электронный коммутатор дискретных сигналов с нескольких «направлений» на одно. Обычно МS имеет две группы входов: одну из «к» входов, называемых адресными или управляющими, и другую – из 2к входов, называемых информационными. Комбинация сигналов на адресных входах однозначно указывает номер («адрес») информационного входа, который будет «подключен» к выходу в рассматриваемый момент или интервал времени.
Число «к» принято называть «порядком» мультиплексора - селектора (в дальнейшем просто «мультиплексор» или МS) Порядок МS предопределяет «способность» его к коммутации определенного количества информационных входов и функциональные возможности микросхем МS.
По принципу действия MS - это комбинационное устройство, значение выходного сигнала которого однозначно определяется значением информационного, скоммутированного в данный момент времени к выходу мультиплексора.

63 Арифмети́ческо-логи́ческое устро́йство

Арифмети́ческо-логи́ческое устро́йство (АЛУ) — блок процессора, который служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.

АЛУ - центральная часть процессора, выполняющая арифметические и логические операции.

АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Она заключается в выполнении набора простых операций. Операции АЛУ подразделяются на три основные категории: арифметические, логические и операции над битами. Арифметической операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление,...). Логической операцией именуют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ,...). Операции над битами обычно подразумевают сдвиги.

Обрабатываемые АЛУ данные могут иметь различные типы и представления:

• целые числа или числа с фиксированной запятой,
• числа с плавающей запятой;логические величины;адрес —;

ЭВМ

Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:

• операции двоичной арифметики над числами с фиксированной запятой;
• операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики над числами с плавающей запятой;
• операции двоично-десятичной арифметики;
• операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);
• операции специальной арифметики;
• операции над логическими кодами (логические операции);
• операции над алфавитно-цифровыми полями.

Виды схем электроснабжения.

Основным вопросом распределения электроэнергии на низком напряжении является выбор схемы.

схемы представляют собой сочетания отдельных элементов — фидеров, магистралей и ответвлений, для которых мы примем следующие определения:

фидер — линия, предназначенная для передачи электроэнергии от распределительного устройства (щита) к распределительному пункту, магистрали или отдельному электроприемнику;

магистраль — линия, предназначенная для передачи электроэнергии нескольким распределительным пунктам или электроприемникам, присоединенным к ней в разных точках,

ответвление — линия, отходящая:

а) от магистрали и предназначенная для передачи электроэнергии к одному распределительному пункту или электроприемнику,

б) от распределительного пункта (щитка) и предназначенная для передачи электроэнергии к одному электроприемнику или к нескольким мелким электроприемникам, включенным в «цепочку».

В дальнейшем все фидеры, магистрали и ответвления от последних к распределительным пунктам будут именоватьсяпитающей сетью, а все прочие ответвления — распределительной сетью.

Один из основных вопросов, решаемых при проектировании цеховых сетей, — выбор между магистральной и радиальной схемами распределения энергии.

При магистральной схеме электроснабжения одна линия — магистраль — обслуживает, как указано, несколько распределительных пунктов или приемников, присоединенных к ней в различных ее точках, при радиальной схеме электроснабжения каждая линия является как бы лучом, соединяющим узел сети (подстанцию, распределительный пункт) с единственным потребителем. В общем комплексе сети эти схемы могут сочетаться.

Требования к качеству электроэнергии.

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду

Несимметрия напряжения.

Причина:1)электроприемники с быстропеременными режимами работы,

2)использование днофазных или несимметричных электроприемников.

Влияние: 1)увеличение потерь в сети; утомление зрения, снижение производительности, травматизм; снижение срока службы электронной аппаратуры; выход из строя конденсаторных батарей; неустойчивая работа систем возбуждения синхронных генераторов и двигателей; вибрации аппаратуры; возможны отпадания контакторов.

2)Дополнительный нагрев электродвигателей; увеличение суммарных потерь; перегрев проводников нейтрали, возможен пожар; увеличение сопротивлений заземлителей; увеличение пульсаций выпрямленных напряжений; нарушение управления тиристорных преобразователей; некачественная компенсация реактивной мощности конденсаторными установками.

Выключатели, предохранители

Выключатели и переключатели применяют для размыкания и замыкания маломощных электрических цепей различного назначения постоянного и переменного тока. Они выполняются одно- и двухполюсными, защищенными (корпус из пластмассы) и герметическими (корпус из металла). По конструкции они делятся на поворотные, перекидные и кнопочные. Для управления электротехническими установками чаще используют кнопочные выключатели с двумя кнопками: одной для включения, другой для выключения. Такие кнопочные выключатели называют пускателями или командоаппаратами.

Электрический предохранитель — электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании высокой силы тока.

Контакторы.

Контактор представляет собой электромагнитный выключатель дистанционного действия, срабатывающий при замыкании или размыкании цепи оперативного тока. Он применяется для управления приемниками электроэнергии достаточно большой мощности — крупными электродвигателями, нагревательными устройствами и т.п. Контактор управляется оперативным током вспомогательной цепи, причем это управление может выполняться простым нажимом кнопки в цепи оперативного тока (кнопочное управление).

Контактор переменного тока является составной частью магнитного пускателя, который предназначен для дистанционного управления двигателями и представляет собой управляющий комплект из контактора (или нескольких), теплового реле и кнопок управления. Электромагнитные реле по принципу действия аналогичны контакторам и в зависимости от Применения разделяются на реле защиты и управления.

Магнитные пускатели.

Пускатель электромагнитный (магнитный пускатель) — это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для пуска и разгона электродвигателя до номинальной скорости, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электродвигателя и подключенных цепей от рабочих перегрузок. Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловымреле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя, плавкими предохранителями.

Плавкая вставка — сменяемая часть предохранителя, плавящаяся при увеличении тока в защищаемой цепи свыше определенного значения. При токах короткого замыкания, в 6 и более раз превышающих номинальный ток цепи, она мгновенно расплавляется. При этом электрическая цепь разрывается и прохождение тока прекращается.

Защитное заземление.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).Эквивалентом земли може т быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п.Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Зануление.

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Методы анализа линейных цепей постоянного тока

Электрической цепь-совокупность устройств и объектов, образующих путь для прохождения электрического тока. Схема замещения это расчетная модель электрической цепи. Схема замещения электрической цепи включает в себя источники мощности (активные элементы) и приемники (пассивные элементы). Пассивный эл.- резистор, имеющий электрическое сопротивление R(ом). Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью: G = 1/R. Единица измерения См - сименс. В качестве активных элементов - источники ЭДС и тока.

Идеальный источник электродвижущей силы (ЭДС) характеризуется напряжением U, которое не зависит от тока J и определяется электродвижущей силой Е. Внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС равно нулю, поэтому U = Е.Идеальный источник тока характеризуется током J, который не зависит от напряжения U

.Закон Ома.

Для ветви электрической цепи, содержащей ЭДС и резисторы, где - напряжение на концах ветви,- алгебраическая сумма ЭДС,.

Для замкнутой одноконтурной цепи применяется полный (обобщенный) закон Ома: сила тока в электрической цепи будет прямо пропорциональна напряжению приложенного к этой цепи, и обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления источника электропитания и общему сопротивления всей цепи.

Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа применяется для узлов электрической цепи: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю,

Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрической цепи: алгебраическая сумма падений напряжений на элементах (резисторах) замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре.

2. Уравнение баланса мощностей является выражением закона сохранения энергии в теории цепей. Условие баланса мощностей заключается в том, что сумма мощностей всех элементов цепи равна нулю. В цепи постоянного тока мощность участка цепи равна произведению силы тока на напряжение на этом участке. Мощность источника ЭДС равна: Pист=−EI.

Мощность резистивного элемента равна: Pпр=UI=U^2/R=(I^2)R.

уравнение баланса мощностей для цепи, не содержащей источников тока: ΣEI=ΣRI^2.

3.Получение синусоидальной ЭДС Электрические цепи, в которых значения и направления ЭДС, напряжения и тока периодически изменяются во времени по синусоидальному закону, называются цепями синусоидального тока. Синусоидальная ЭДС в линейных цепях, где содержатся резистивные, индуктивные и емкостные элементы, возбуждает ток, изменяющийся по закону синуса. ЭДС самоиндукции в катушках и напряжения на конденсаторах также изменяются по синусоидальному закону
механизм возникновения эдс:Проводники рамки, перемещаясь в магнитном поле, пересекают его, и в них на основании закона электромагнитной индукции наводится ЭДС. Значение ЭДС пропорционально магнитной индукции В, длине проводника l и скорости перемещения проводника относительно поля vt:

е = Blv_t . Выразив скорость v_t через окружающую скорость v и угол α, получим е = Blv sin α = Е_m sin α. Угол α равен произведению угловой скорости рамки ω на время t:α = ωt..

Таким образом, ЭДС, возникающая в рамке, будет равна

е = Е_т sin α = E_m sin ωt.
сли при t = 0 ЭДС е не равна нулю, то выражение ЭДС записывается в виде : е = Е_m sin (ωt + ψ),

где е - мгновенное значение Е_т — амплитудное значение ЭДС, (ωt + ψ) - фаза; ψ - начальная фаза. Фаза определяет значение ЭДС в момент времени t,