Вопрос №1. Режимы работы электрической цепи (20 мин.)

Графический метод расчета нелинейных электрических цепей.

Линейные и нелинейные элементы электрической цепи.

Первый и второй законы Кирхгофа. Баланс мощностей. Метод узловых и контурных уравнений.

Режимы работы электрической цепи.

Дополнительная

Основная

1. Электротехника и электроника: рабочая программа цикла по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009. 25 с.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника и электроника: учеб. М.: Академия, 2005. 9-е изд. С. 4–34.

3. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: учеб.

пособие. М.: Высш. шк., 2008. С. 6-23, 50-78.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие, записывается тема занятия (время 10 мин.)

2. Введение (5 мин.). В данной лекции мы рассмотрим характеристики линейных и нелинейных элементов электрической цепи. Проанализируем режимы работы источников питания. Умение анализировать режимы источников питания позволит успешно освоить материал, касающийся принципа работы электрических машин и трансформаторов. В основу практически всех методов расчета электрических цепей постоянного тока положены первый и второй законы Кирхгофа. Наряду с линейными элементами мы рассмотрим методы анализа и расчета нелинейных цепей электрического тока, которые составляют основу электронных устройств и получили широкое распространение в пожарной автоматике, устройствах связи.

Вопросы лекции:

Закон Ома позволяет установить связь между ЭДС источника и напряжением на его зажимах.

где IR – падение напряжения в сопротивлении R, т.е. во внешней части цепи, или, иначе, напряжение на зажимах источника U;

Ir₀=U_вт – падение напряжения в сопротивлении r₀, т.е. внутри источника питания; оно определяет часть ЭДС, которая расходуется на прохождение тока через внутреннее сопротивление источника энергии.

Различают следующие режимы работы источника энергии: нормальный, номинальный, согласованный, холостого хода и короткого замыкания (табл. 1).

Источники питания, как и приемники электрической энергии, характеризуются следующими параметрами: 1) номинальным током I_н, который при длительном прохождении вызывает предельно допустимое нагревание; 1) номинальным напряжением U_н, на которое рассчитан и изготовлен источник или приемник; 3) номинальной мощностью Р_н, равной произведению U_н и I_н, т.е. Р_н=U_н·I_н.

Режим работы, при котором ток, напряжение и мощность того или иного элемента цепи равны его номинальным значениям, называется номинальным режимом.

Режим цепи, при котором сопротивление приемника равно сопротивлению всей остальной цепи (R=r₀), называется согласованным. Такой режим работы предпочтителен только в установках автоматики, телемеханики и электросвязи.

Таблица 1

Нормальный режим
Все элементы цепи работают с параметрами, которые лежат в заданных пределах и не выходят за пределы номинальных значений	U=Uн, I=Iн, Р=Рн
Режим холостого хода
Внешняя цепь разомкнута и тока в цепи нет, вследствие чего напряжение на зажимах источника равно его ЭДС	U=Е, I=0, Рист=0, Rнагр=∞
Режим короткого замыкания
Сопротивление внеш­ней цепи практически равно нулю	U=0, Iкз=Е/r0, Р=Е^2/r0, Rнагр=0

Короткое замыкание (КЗ) является аварийным режимом.

Коротким замыканием называется непосредственное соединение двух проводов, участков электрической цепи или выводов, потенциалы которых различны, или если они соединены проводником с ничтожно малым сопротивлением.

Причинами КЗ являются:

· неправильные действия персонала, обслуживающего электротехнические установки (рис. 8, а);

· повреждение изоляции проводов (рис. 8, б);

· соединение друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю (рис. 8, в).

Т.к. I_кз=Е/r₀, а внутреннее сопротивление источника очень мало, то при этом режиме возникает большой ток, который может привести в негодность как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода. Токи короткого замыкания могут достигать очень больших значений, в десятки раз превышающих наибольший допустимый ток установки. Лишь для некоторых специальных генераторов, например сварочных, короткое замыкание не представляет опасности и является рабочим режимом.

Рис. 8. Возможные причины короткого замыкания

в электрических установках

Свойства источника электрической энергии определяет зависимость напряжения на зажимах источника U от тока I или U(I) определяет внешняя характеристика источника.

Как уже говорилось выше, элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. В свою очередь, активные элементы электрической цепи постоянного тока подразделяются на источники ЭДС или напряжения и источники тока.

Источник напряжения или ЭДС − элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от сопротивления нагрузки (или от тока нагрузки) (табл. 1).

Идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать, т.к. в реальности, любой источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением r₀. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии.

Внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС много меньше сопротивления внешней цепи R (r₀<<R, следовательно, r₀=0), поэтому U=E – постоянное и не зависит от тока I.

Дата добавления: 2014-01-06