Презентация на тему "Электрические цепи постоянного тока"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Лекция 1 Модуль I. Электрические цепи Электрические цепи постоянного тока

• 
  Слайд 2
  

  1.Основные понятия 2.Основные законы электрических цепей. 3.Характеристики и свойства источника напряжения 4.Основные режимы работы электрических цепей. Содержание

• 
  Слайд 3
  

  1. Основные понятия Электрическая цепь и её элементы Электрическая цепь - это совокупность электротехнических устройств, предназначенных для генерирования, передачи и преобразования электрической энергии, соединенные между собой электрическими проводами. Элементы электрической цепи делятся на 3 группы: 1. Генерирующие устройства (источники электрической энергии) 2. Приемные устройства (приемники электрической энергии) 3. Вспомогательные устройства

• 
  Слайд 4
  

  Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения её элементов и показывающее их соединение, называется принципиальной схемой или схемой электрической цепи Цепь содержащая один источник и один приемник электроэнергии называется простой электрической цепью. Электрическая цепь и её элементы (продолжение) Схема простой электрической цепи

• 
  Слайд 5
  

  Электрическая цепь содержащая несколько источников и приемников электрической энергии, соединенных между собой определенным образом называется сложной электрической цепью. Схема сложной электрической цепи Электрическая цепь и её элементы (продолжение)

• 
  Слайд 6
  

  Топологические понятия в электрической цепи. Ветвь электрической цепи – это неразветвленный участок электрической цепи, во всех элементах которого замыкается один и тот же электрический ток. Узел электрической цепи – точка электрической цепи, в которой соединены несколько ветвей. Контур электрической цепи – замкнутая часть электрической цепи, образованная несколькими ветвями. В сложной электрической цепи может быть несколько ветвей, несколько узлов и несколько контуров.

• 
  Слайд 7
  

  Условно–положительные направления Положительное направление ЭДС принимается от низкого электрического потенциала к высокому и обозначается стрелкой между двумя электрическими зажимами данного устройства. Положительное направление напряжения принимается от высокого потенциала к низкому и обозначается стрелкой между соответствующими точками на схеме. Положительное направление тока ветви всегда совпадает с положительным направлением напряжения на этой ветви и обозначается стрелкой рядом с этой ветвью.

• 
  Слайд 8
  

  Параметры элементов электрической цепи Параметр электродвижущая сила ЭДС (Е) характеризует основное свойство источника электроэнергии создавать и поддерживать разность потенциалов на его зажимах. Единица ЭДС - вольт (В). Параметрактивное сопротивление (R) характеризует свойство элементов по­глощать электрическую энергию и преобразовы­вать её в другие виды энергии. Сопротивление связывает мощность этого преобразования с током элемента: Единица сопротивления - ом (Ом).

• 
  Слайд 9
  

  Параметр индуктивность (L) характеризует свойство элемента цепи создавать магнитное поле и накапливать в нем энергию. Единица индуктивности – генри (Гн). Параметр емкость (С) характеризует свойство элемента цепи создавать электрическое поле и накапливать в нем энергию. Единица емкости - фарад (Ф). Параметры элементов электрической цепи (продолжение)

• 
  Слайд 10
  

  Идеальный источник ЭДС с параметром Е Идеальный резистивный элемент с параметром активное сопротивление R Идеальный индуктивный элемент с параметром индуктивность L Идеальный емкостный элемент с параметром емкость С Идеальные элементы электрических цепей

• 
  Слайд 11
  

  Графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, отражающих свойства реальных устройств, называется схемой замещения или расчетной схемой электрической цепи. Схема замещения генератора постоянного тока Идеальные элементы электрических цепей (продолжение)

• 
  Слайд 12
  

  В резисторе: В индуктивном элементе: В емкостном элементе: Идеальные элементы электрических цепей (продолжение) Соотношение тока и напряжения на идеальных элементах

• 
  Слайд 13
  

  Схема замещения простой электрической цепи Схема замещения отражает электромагнитные процессы, происходящие в элементах данной цепи, и позволяет провести расчет этой цепи Идеальные элементы электрических цепей (продолжение)

• 
  Слайд 14
  

  2. Основные законы электрических цепей. закон Ома, I закон Кирхгофа, II закон Кирхгофа. Закон Ома ток резистора пропорционален напряжению между его зажимами и обратно–пропорционален его сопротивлению: Для расчета и анализа электрических цепей используются основные законы электрических цепей:

• 
  Слайд 15
  

  Первый закон Кирхгофа алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узле, равна нулю Второй закон Кирхгофа: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений равна алгебраической сумме ЭДС: 2.Основные законы электрических цепей (продолжение).

• 
  Слайд 16
  

  Контур электрической цепи Для этого контура уравнение по второму закону Кирхгофа записывается в виде: 2.Основные законы электрических цепей (продолжение).

• 
  Слайд 17
  

  3. Характеристики и свойства источника напряжения Внешняя характеристика источника напряжения UГ + U0= Е. U0 = R0 ·I, UГ + R0 · I = Е.

• 
  Слайд 18
  

  Уравнение определяющее зависимость напряжения на зажимах источника от величины нагрузки. Эту зависимость называют внешней характеристикой источника напряжения. UГ = Е – R0 · I Внешняя характеристика генератора Внешняя характеристика источника напряжения (продолжение)

• 
  Слайд 19
  

  Энергетический баланс в электрической цепи Энергетический баланс определяет соотношение между генерируемой мощностью и потребляемой мощностью в электрической цепи Мощность, генерируемая идеальным источником ЭДС Мощность, потребляемая идеальным резистором PГ = EI P = RI2

• 
  Слайд 20
  

  Уравнение энергетического баланса может быть получено исходя из уравнения, составленного по II закону Кирхгофа для Uпр + U0 = Е или RпрI + R0I = E Умножим обе части этого равенства на ток I: RпрI2 + R0I2 = EI или Pпр + P0 = PГ. Pг – мощность, генерируемая источником. Pпр– мощность, потребляемая приемником P0– мощность потерь энергии в источнике, Это уравнения энергетического баланса: мощность источника электрической энергии равна сумме мощностей приемников в электрической цепи. Энергетический баланс в электрической цепи (продолжение) контура Б

• 
  Слайд 21
  

  4. Основные режимы работы электрических цепей. Различают четыре основных режима работы электрической цепи: номинальный режим; режим холостого хода; режим короткого замыкания; согласованный режим работы.

• 
  Слайд 22
  

  Токи, напряжения, мощности всех элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям Iном, Uном, Pном,установленным заводом -изготовителем. В этом режиме гарантируется надежная работа электрооборудования в течение длительного времени. Номинальные значения напряжения, тока и мощности берут за основу при расчетах электрических схем. По номинальному напряжению (Uном) рассчитывают изоляцию проводов и отдельных устройств. По номинальному току (Iном) определяют допустимый нагрев всех элементов. Нормально работает устройство когда Номинальный режим

• 
  Слайд 23
  

  Для источника электроэнергии номинальная мощность Pном – это мощность, которую он отдает потребителю при Uном и Iном. На внешней характеристике источника его номинальному режиму работы соответствует точка 2. Номинальная мощность приемных устройств - это электрическая мощность, потребляемая при номинальном напряжении, т.е. Номинальный режим(продолжение)

• 
  Слайд 24
  

  Возникает при отключении нагрузки, при обрывах цепи. В этом режиме можно принять сопротивление приемника Rпр бесконечно большим, а ток в цепи Iх = 0. Напряжение на зажимах генерирующего устройства в режиме холостой ход в соответствии с Uх = E. На внешней характеристике источника режиму холостой ход соответствует точка 1. Этот режим используется на практике для измерения Е источника, которую определяют, подключив к его выходным зажимам электроизмерительный прибор – вольтметр. Режим холостого хода

• 
  Слайд 25
  

  создается при замыкании накоротко выходных зажимов источника или входных зажимов приемного устройства (точки А и Б или а и б). В этом режиме можно принять сопротивление приемника равным нулю Rпр= 0. При этом напряжение на зажимах генератора также равно нулюUг = 0. Ток короткого замыкания определяется только небольшим внутренним сопротивлением источника: Iк = E / R0 и значительно превышает номинальный ток. На внешней характеристике источника режиму короткого замыкания соответствует точка 4. Режим короткого замыкания

• 
  Слайд 26
  

  Большой ток короткого замыкания приводит к быстрому чрезмерному нагреву генератора и выходу его из строя. В большинстве электротехнических устройств короткие замыкания нежелательны, т.к. возрастание тока ведет к резкому увеличению выделения тепла в токоведущих частях и, следовательно, к выходу из строя электроустановок. Поэтому режим короткого замыкания является аварийным режимом и недопустим при эксплуатации электротехнических устройств и электрических цепей. Режим короткого замыкания(продолжение)

• 
  Слайд 27
  

  Характеризуется максимально возможной мощностью передача энергии от источника к потребителю. Это возможно только при определенном соотношения сопротивлений приемника и источника. Если принять Rл = 0, то ток в цепи мощность приемника Согласованный режим

• 
  Слайд 28
  

  Исследуем функцию Pпр(Rпр)на максимум, для чего найдем откуда Rпр = R0 Мощность приемника максимальна, когда Rпр = R0. К.п.д. при этом В обычных электрических цепях частоRпр ≈10 R0, и тогда Согласованный режим (продолжение)

• 
  Слайд 29
  

  Согласованный режим применяется в радиотехнике и промышленной электронике - там, где передаются небольшие мощности, и ставится задача выделения Рmax. В силовых электрических установках общего применения этот режим не используется. На внешней характеристике источника согласованному режиму соответствует точка 3. Согласованный режим (продолжение)

• 
  Слайд 30
  

  Рабочий участок внешней характеристики В силовых электрических установках общего применения режимы работы источника электроэнергии меняются в диапазоне от холостого хода до номинального режима работы (участок 1–2) Внешняя характеристика источника напряжения

• 
  Слайд 31
  

  В режиме холостого хода, когда ток I = 0, напряжение на зажимах генератора определяется величиной ЭДС Uх = E. Рабочий участок внешней характеристики С увеличением тока цепи (увеличением нагрузки) напряжение на зажимах источника уменьшается в соответствии с выражением Uг = Е – R0· Iза счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника ΔUг = R0·I . В номинальном режиме работы, когда I = Iном , это изменение напряжения составляет ΔUном = 5 – 10 % .

• 
  Слайд 32
  

  Заключение Электрическая цепь содержит источники электрической энергии, приемники электрической энергии и вспомогательные элементы. Свойства элемента электрической цепи характеризуются параметрами: ЭДС(Е), сопротивление (R), индуктивность (L), емкость (С). При анализе электрической цепи реальный элемент представляют совокупностью идеальных элементов, каждый из которых обладает только одним параметром и отражает одно свойство реальных элементов: идеальный источник ЭДС, идеальный резистивный элемент, идеальный индуктивный элемент, идеальный емкостный элемент. 1. 2.

• 
  Слайд 33
  

  Заключение Для расчета и анализа электрических цепей используются основные законы электрических цепей: Закон Ома определяет соотношение между током и напряжением в идеальном резистивном элементе: ток пропорционален напряжению резистора и обратно- пропорционален его сопротивлению. Первый закон Кирхгофа определяет соотношение между токами ветвей, соединенных в узле: алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узле, равна нулю. Второй закон Кирхгофа определяет соотношение между напряжениями на отдельных участках или элементах контура и ЭДС в этом контуре: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений равна алгебраической сумме ЭДС. 3.

• 
  Слайд 34
  

  Заключение Реальный источник напряжения обладает падающей внешней характеристикой, т.е. с увеличением нагрузки генератора напряжение на его зажимах уменьшается. Это объясняется падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника. В режимехолостой ход ток равен нулю, а напряжение на зажимах источника равно его ЭДС. В режиме короткого замыкания напряжение на зажимах источника равно нулю, а ток короткого замыкания значительно превышает номинальный ток. Номинальный режим характеризуется тем, что токи, напряжения, мощности всех элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям Iном, Uном,Pном, установленным заводом-изготовителем. 4.

• 
  Слайд 35
  

  Контрольные вопросы Электрическая цепь - это совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и преобразования электрической энергии, соединенные между собой электрическими проводами; последовательность электрических проводников, объединенных в звенья электроустановки; совокупность устройств, предназначенных для преобразования электрической энергии, расположенные на одной платформе; совокупность электрических проводников, развернутых в прямую линию. Источник электрической энергии – это устройство, преобразующее неэлектрическую энергию в электрическую; Устройство, преобразующее электрическую энергию в тепловую; устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии; устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую. Приемник электрической энергии – это устройство, преобразующее неэлектричекую энергию в электрическую; устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии; устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую; устройство, преобразующее механическую энергию в световую.

• 
  Слайд 36
  

  Контрольные вопросы Внешняя характеристика источника напряжения – это вольт-амперная характеристика источника; напряжение на его зажимах в режиме холостого хода; максимальный ток нагрузки источника; номинальная мощность источника напряжения; зависимость напряжения источника от тока в нем; произведение номинального напряжения на номинальный ток источника; сопротивление приемника, подключенного к зажимам источника; масса, габаритные размеры источника. С увеличением нагрузки напряжение на зажимах источника уменьшается; увеличивается; не меняется.

• 
  Слайд 37
  

  Контрольные вопросы Холостой ход – режим работы цепи при отключенном приемнике; разомкнутых зажимах источника; замкнутых между собой зажимах источника; сопротивлении приемника, равном внутреннему сопротивлению источника; сопротивлении приемника, равном нулю. Короткое замыкание – режим работы цепи при отключенном приемнике; разомкнутых зажимах источника; замкнутых между собой зажимах источника; сопротивлении приемника, равном внутреннему сопротивлению источника; сопротивлении приемника, равном нулю.

• 
  Слайд 38
  

  Контрольные вопросы U2 = 3,2 В; U2 = 12,0 В; U2 = 5,0 В; U2 = 3,0 В; U2 = 12,8 В. Ток в цепи 4,0 А. Напряжение на резисторе R2 равно ...В.

• 
  Слайд 39
  

  Контрольные вопросы U6– U5 – U4 = E5 – E6 ; I1 + I4 – I2 = 0 ; E2 + E5 = U2 + U4 – U5 ; – I4 – I5 + I6 = 0 ; I6 + I5 – I3 = 0 . Указать уравнение, составленное по первому закону Кирхгофа для приведенной схемы.

• 
  Слайд 40
  

  Контрольные вопросы Указать уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа. U6– U5 – U4 = E5 – E6 U1 + U2+ U3+ U4+ U5+ U6 = = E1 + E2 + E3+E5 + E6 E5 + E6 = U4+ U5 + U6 – I4 – I5 + I6 =0 I3 – I2 – I1 = 0