Презентация на тему "Электрические цепи синусоидального тока. Лекция 3"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Лекция 3 Модуль I. Электрические цепи Электрические цепи синусоидального тока.

• 
  Слайд 2
  

  Содержание 1. Основные понятия 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС 3. Параметры, характеризующие синусоидальную величину. 4. Способы изображения синусоидальных величин.

• 
  Слайд 3
  

  1. Основные понятия Переменным называется ток (напряжение) изменяющий во времени свое направление и величину. Переменные токи могут быть периодическими и непериодическими. Наибольшее применение находят периодические токи, то есть токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени, называемые периодом Т. Число повторений изменяющейся величины или число периодов в секунду называется частотой и измеряется в Герцах [Гц].

• 
  Слайд 4
  

  Преимущества переменного тока: источники электроэнергии переменного тока – синхронные генераторы – дешевле, надежней и могут быть выполнены большей мощности и напряжения чем генераторы постоянного тока; энергия переменного тока одного напряжения легко преобразуется в энергию другого (высшего или низшего) напряжения с помощью трансформаторов – простых и надежных устройств с высоким КПД, что очень важно при передаче электрической энергии на большие расстояния и распределении ее между потребителями; приемники электрической энергии – двигатели переменного тока дешевле и надежней двигателей постоянного тока.

• 
  Слайд 5
  

  2. Принцип создания синусоидальной ЭДС Синусоидальная ЭДС создается в генераторах переменного тока. Их работа основана на применении закона электромагнитной индукции. Статор (1) - неподвижная часть генератора. Его магнитопровод выполнен из электротехнической стали. Схема устройства генератора синусоидального напряжения

• 
  Слайд 6
  

  В пазах статора уложена электрическая обмотка (2). Обмотка статора условно изображена одним витком, состоящим из двух проводников, находящихся в диаметрально противоположных пазах. Вращающаяся часть генератора - ротор (3), который представляет собой электромагнит. 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение) Схема устройства генератора синусоидального напряжения

• 
  Слайд 7
  

  В обмотку возбуждения ротора (4) через щетки (5) и контактные кольца (6) подается постоянный ток от источника постоянного тока. Обмотка возбуждения с током создает магнитное поле. Магнитный поток замыкается по магнитопроводу генератора (пунктир) Схема устройства генератора синусоидального напряжения 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение)

• 
  Слайд 8
  

  При вращении ротора его постоянное магнитное поле пересекает витки обмотки статора. При этом возникает явление электромагнитной индукции, согласно которому в каждом проводнике обмотки статора индуктируется ЭДС. (ЭДС, индуктируемая в одном витке, состоящем из двух проводников,) где е' – ЭДС одного проводника; l– длина активной части проводника, определяемая конструкцией устройства; v – линейная скорость перемещения магнитного поля относительно проводника, определяемая частотой вращения ротора; B – индукция магнитного поля в месте расположения проводника. 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение)

• 
  Слайд 9
  

  При равномерном вращении ротора ЭДС е пропорциональна индукции магнитного поля B. характер изменения ЭДС определяется законом распределения индукции магнитного поля в воздушном зазоре. В генераторах магнитная индукция в воздушном зазоре между ротором и статором распределена по синусоидальному закону B = Bmsinα. Это достигается, путем придания полюсным наконечникам соответствующей формы, при которой воздушный зазор к краю полюса увеличивается. 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение)

• 
  Слайд 10
  

  Начало отсчета (t = 0) момент, когда магнитная ось ротора занимает горизонтальное положение рис. а . В месте расположения проводников а и б индукция магнитного поля в воздушном зазоре B = 0, поэтому е = 0. В произвольный момент времени t , когда ротор повернется на угол α рис. б , индукция ,а ЭДС При равномерном вращении ротора с угловой частотой ω его положение изменяется со временем: α= ωt Следовательно ЭДС изменяется по синусоидальному закону: e = Emsin(ωt), где – максимальное значение ЭДС при вертикальном положении ротора. 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение)

• 
  Слайд 11
  
• 
  Слайд 12
  

  В общем случае в начальный момент времени отсчета ротор может быть повернут относительно горизонтального положения на произвольный угол ψ . Тогда его положение изменяется со временем по закону: α= ωt + ψ При этом ЭДС генератора изменяется во времени по синусоидальному закону: e = Em sin(ωt + ψ) . При подключении к генератору приемника электрической энергии образуется электрическая цепь, в которой возникает синусоидальный электрический ток. 2. Принцип создания синусоидальной ЭДС (продолжение)

• 
  Слайд 13
  

  3. Параметры, характеризующие синусоидальную величину. Любая синусоидальная величина характеризуется амплитудой, частотой и начальной фазой. Значение синусоидальной величины в любой момент времениназывают мгновенным. Обозначаются мгновенные значения строчными буквами: напряжение - и, ЭДС - е, ток - i . Зависимости мгновенных значений синусоидальных напряжения, ЭДС и тока от времени определяются выражениями ;

• 
  Слайд 14
  

  3. Параметры, характеризующие синусоидальную величину.(продолжение) Амплитуда – наибольшее значение синусоидальной величины Ет, Im, Um. Фаза – аргумент синусоидальной величины. Например, (ωt+ψе) – фаза ЭДС. Начальная фаза (ψе) – значение фазы в начальный момент t = 0 Параметр разность фаз (φ) - характеризует угол, на который синусоидальное напряжение опережает по фазе синусоидальный ток. При φ > 0 напряжение опережает ток по фазе; если φ

• 
  Слайд 15
  

  4. Способы изображения синусоидальных величин. аналитически с помощью функции sin; графически в форме временной диаграммы; графически в форме векторной диаграммы; аналитически с помощью комплексных чисел.

• 
  Слайд 16
  

  Аналитический способ с помощью функции sin Способ заключается в изображении синусоидальных величин при помощи уравнений с тригонометрическими функциями: 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 17
  

  Графический способ в форме временной диаграммы При этом способе мгновенные значения синусоидальных токов, напряжений, ЭДС изображаются в виде графических зависимостей от времени i(t), u(t), e(t) или аргумента тригонометрической функции i(ωt), u(ωt), e(ωt). На рисунке ψi> 0, ψu > 0, ψе ψi. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 18
  

  Графический способ в форме векторной диаграммы Для изображения синусоидального тока или напряжения на декартовой плоскости строят вектор, направленный под углом к оси абсцисс, равным начальной фазе (ψiилиψu). Длина вектора должна соответствовать в масштабе величине (амплитуде) тока или напряжения (ImилиUm). Эти векторы вращаются против часовой стрелки с угловой скоростью ω. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 19
  

  Графический способ в форме векторной диаграммы (продолжение) При изображении синусоидальных тока и напряжения на векторной диаграмме величина (амплитудное значение) определяется длиной вектора в масштабе, Начальная фаза тока и напряжения направлением вектора относительно оси абсцисс. Разность фаз определяется углом между векторами напряжения и тока. Совокупность векторов, изображающих синусоидальные величины одной частоты, называют векторными диаграммами. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 20
  

  Аналитический способ с помощью комплексных чисел. Горизонтальную ось декартовых координат совместим с осью вещественных значений которую обозначают символом "+", а вертикальную - с осью мнимых значений, которую обозначают "+j". Обозначим проекции вектора на вещественную и мнимую оси и соответственно. Мгновенное значение тока теперь получают на оси мнимых величин . 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 21
  

  Каждому вектору на комплексной плоскости соответствует вполне определенное комплексное число, которое может быть записано в различных формах записи: алгебраической, показательной Аналитический способ с помощью комплексных чисел. (продолжение) - комплексная амплитуда тока, Im – модуль комплексного тока, определяемый его амплитудой, ψi - аргумент комплексного тока, определяемый его начальной фазой,- вещественная часть комплексного тока, - мнимая часть комплексного тока. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 22
  

  Аргумент отсчитывают от положительного направления оси вещественных величин до вектора. При отсчете по направлению вращения вектора (против часовой стрелки), аргумент положительный, против вращения (по часовой стрелке) - отрицательный. Для преобразования из алгебраической формы записи в показательную модуль и аргумент комплексного числа определяются его вещественной и мнимой частью в виде Аналитический способ с помощью комплексных чисел. (продолжение) ; 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 23
  

  Аналитический способ с помощью комплексных чисел. (продолжение) Для преобразования из показательной формы записи в алгебраическую вещественная и мнимая части комплексного числа определяются его модулем и аргументом в виде: Метод расчета электрических цепей с применением комплексных чисел называется символическим. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 24
  

  Аналитический способ с помощью комплексных чисел. (продолжение) Для преобразования из показательной формы записи в алгебраическую вещественная и мнимая части комплексного числа определяются его модулем и аргументом в виде: Метод расчета электрических цепей с применением комплексных чисел называется символическим. 4. Способы изображения синусоидальных величин (продолжение).

• 
  Слайд 25
  

  Заключение 1. Синусоидальным током (напряжением) называется ток (напряжение), изменяющийся во времени по синусоидальному закону. При этом изменяется его величина и направление. 2. Синусоидальные ток, напряжение, ЭДС характеризуются тремя параметрами: величиной (амплитудным значением), частотой, начальной фазой. В силовых электрических цепях синусоидального тока частота синусоидальных токов и напряжений во всех участках цепи одна и та же и определяется частотой источника. При расчете и анализе таких цепей необходимо характеризовать синусоидальные ток и напряжение двумя обязательными параметрами: величиной (амплитудным значением) и начальной фазой.

• 
  Слайд 26
  

  Заключение 3. аналитический способ с помощью функции sin; графический способ в форме временной диаграммы; графический способ в форме векторной диаграммы; аналитический способ с помощью комплексных чисел. Для изображения синусоидальных токов и напряжений с учетом величины и начальной фазы используют способы изображения: Использование разных способов изображения позволяет выполнять расчет и анализ электрических цепей синусоидального тока с учетом их особенностей.

• 
  Слайд 27
  

  Контрольные вопросы Угловую частоту синусоидального тока определяют по формуле .... Параметры, характеризующие синусоидальный ток: действующее значение тока, длительность, постоянная времени; амплитуда тока, постоянная времени, начальная фаза; амплитуда тока, частота, начальная фаза; амплитуда тока, постоянная времени, продолжительность включения.

• 
  Слайд 28
  

  Контрольные вопросы На рисунке графически изображена временная диаграмма синусоидального напряжения. Указать правильное изображение этого напряжения: аналитическим способом с помощью функции sin; графическим способом в форме вектора на комплексной плоскости; аналитическим способом с помощью комплексного числа

• 
  Слайд 29
  

  Контрольные вопросы Указать начальные фазы тока, напряжения и разность фаз, исходя из векторной диаграммы: