Занятие 13. Энергия и мощность электрического тока.

а) Энергия электрического тока.

Для создания электрического тока в цепи источник должен обладать необходимой энергией. Величина этой энергии определяется по формуле:

или

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

U – напряжение на зажимах цепи, В.

I – сила тока, А.

R – сопротивление цепи, Ом.

t – время протекания тока, час.

б) мощность электрического тока

Различные источники электрической энергии могут за один и тот же промежуток времени выдавать различное количество электрической энергии.

Способность источника выдавать в единицу времени определенное количество электрической энергии, а потребитель, соответственно, – потреблять эту энергию характеризуется мощностью источника (потребителя).

Значение мощности электрического тока определяется из выражения :

или

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

t - время работы источника (потребителя), час.

Р – мощность источника (потребителя), Вт.

U – напряжение, В

I – сила тока, А.

R – сопротивление цепи, Ом.

Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.

Она определяется по формуле

где: Pобщ -полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, Вт;

Е- э. д. с. источника, В;

I-величина тока в цепи, А.

В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R₀ (сопротивлением источника тока).

Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI

Величина U_oI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, её называют мощностью потерь P_o=U_oI.

Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь

P_общ=P_пол+P_о

в) Коэффициент полезного действия электрической цепи

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η

Из определения следует

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

Рис.13.1 Энергетическая диаграмма электрической цепи

Рассмотрим элементарную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним сопротивлением r, и внешним сопротивлением R

Рис.13.2. Схема электрической цепи

КПД определяется как отношение полезной мощности к затраченной:

или

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Занятие 14 Тепловое действие тока

а) Общие определения

В проводнике, по которому течет электрический ток, также как и во всех телах, есть движение молекул. При наличии тока в проводнике движущиеся электрические заряды усиливают движение молекул, что и является причиной повышения температуры проводника. Явление выделения тепла при протекании тока по проводнику может иметь как вредные последствия , так и приносить пользу. Например, с помощью электрического тока можно нагревать спираль электронагревательных приборов. Однако, протекая по изолированному проводу ток нагревает его изоляцию приводя ее к преждевременному износу и разрушению

б) Закон Джоуля-Ленца.

Количества теплоты, выделяемой током при прохождении по проводнику зависит от сопротивления проводника, силы тока и времени его прохождения.

Количественные соотношения, имеющие место при нагревании проводника током называются законом Джоуля - Ленца.

Где: Q – количество теплоты [Дж]

в) Элементы тепловой защиты электроаппаратов

Плавкие предохранители применяются для защиты электроустановок от токов короткого замыкания.

Рис.14.1. Плавкие предохранители различных типов

Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая сгорает (плавится) при значительном повышении тока в сети.

Защитное действие плавкого предохранителя основано на тепловом эффекте электрического тока. Протекая по плавкой вставке ток нагревает ее. Если величина тока значительно возрастает, то количество выделяемой током теплоты становится достаточным для расплавления плавкой вставки.

При расплавлении плавкой вставки электрическая цепь разрывается и потребитель обесточивается.

Этим способом достигается обеспечение сохранности дорогостоящего оборудования.

Рис.14.2. Плавкие вставки предохранителей

Контрольный опрос №1
Напишите пары чисел и букв из первого и второго столбцов соответствующие определениям

1. контактный нож

2. фарфоровый корпус

3. крышка

4. болты контактной шайбы

5. болты крышки

Занятие 15. Аппараты управления

а) Кнопки управления

предназначены для замыкания и размыкания цепей дистанционного управления электродвигателями.

Комплект из нескольких кнопок "ПУСК" и "СТОП", объединенных в одном корпусе

называется кнопочной станцией.

Рис.15.1. Кнопки управления

б)Концевые и путевые выключатели

применяются для переключения цепей управления по мере передвижения элементов механизмов и для автоматического отключения механизма в конце его рабочего пути.

Рис.15.2. Концевые и путевые выключатели

в) Магнитный пускатель

- это распространенный электромагнитный аппарат для дистанционного и местного управления электродвигателями и другими установками, а также защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания.

Рис.15.3. Магнитный пускатель

г)Тепловое реле

является составной частью магнитного пускателя.

Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей от перегрузок и токов короткого замыкания.

Действие теплового реле основано на изгибании биметаллической пластинки при ее нагревании током перегрузки.

Тепловое реле состоит (см.рисунок)

1-биметаллическая пластинка;

2-нагревательный элемент;

3-кнопка возврата;

4-пружина;

5-тяга;

6-контакт;

7-рычаг;

8 – ось;

Рис.15.4. Внешний вид теплового реле и его схема

Работа теплового реле:

При перегрузке электродвигателя в линейных проводах протекают большие токи, значительно больше номинальных значений. Этот ток протекает через нагревательный элемент 2.

Элемент нагревается и нагревает биметаллическую пластинку 1.

Пластинка изгибается вверх, освобождая из зацепления рычаг 7.

Рычаг под действием пружины 4 поворачивается по часовой стрелке на оси 8 и приводит в движение тягу 5, при помощи которой контакты 6 цепи управления размыкаются.

Размыкание контактов в цепи управления магнитного пускателя приводит к разрыву силовой цепи. Электродвигатель отключается, что предотвращает выход его из строя при перегрузке.

При выключении силовой цепи нагревательный элемент 2 остывает, биметаллическая пластинка возвращается в исходное состояние.

Рычаг 7 возвращается в исходное состояние путем нажатия на кнопку возврата.