Работа и мощность электрических цепей постоянного тока
Работа тока – это работа электрического поля по переносу электрических зарядов (q) вдоль проводника. Измеряется работа в Джоулях [Дж].
При постоянном токе величина перенесенного заряда (q) равна (1.19):
; (1.19)
Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику (1.20):
, Дж; (1.20)
В случае изменяющихся напряжения и силы тока, работа за промежуток времени t2 – t1 будет равна (1.21):
, Дж; (1.21)
Скорость совершения работы характеризуется мощностью.
Мощность (Р)– отношение работы (А) к промежутку времени (t), за который она совершается. Измеряется мощность в Ваттах [Вт] (1.22):
, Вт (1.22)
Рассматривая замкнутую электрическую цепь, состоящую из источника тока с ЭДС, внутренним сопротивлением (r) и сопротивлением нагрузки (R), из закона сохранения энергии следует, что запас работы сторонних сил в источнике тока расходуется на полную работу тока в цепи, т. е. превращается в тепло, как на внешнем сопротивлении нагрузки, так и на внутреннем сопротивлении источника тока. Приравняв эти величины, получим (1.23):
; (1.23)
|
|
|
Разделив обе части этого уравнения на величину заряда , получим закон Ома для замкнутой цепи: 
[1].
Так же, мощность можно найти и по формуле (1.24):
; (1.24)
Баланс мощностей, коэффициент полезно действия
В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей: сумма мощностей всех источников равна сумме мощностей всех приемников энергии (1.25):
; (1.25)
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно КПД и обозначается [η] (1.26):
,% (1.26)
где полезная мощность Pпол = UI,
мощностью потерь Po = UoI.
Основные режимы работы электрических цепей
Любая электрическая цепь состоит из источников и нагрузок (приемников). При включении различного количества приемников с изменением их параметров будут изменяться напряжения, токи и мощности в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Наиболее характерными являются следующие режимы:
номинальный,
согласованный,
холостого хода,
|
|
|
короткого замыкания.
Номинальный режим (Н) имеет место тогда, когда источник ЭДС или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Номинальные значения тока I , напряжения U и мощности Р соответствуют наиболее выгоднеым условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности.
Согласованный режим (С) источника ЭДС и внешней цепи имеет место, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению источника: R = R0. В согласованном режиме ток в цепи в два раза меньше тока короткого замыкания (1.27):
; (1.27)
ЭДС источника (Е) уравновешивается двумя равными по значению падениями напряжения, обусловленными сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротивлением, т. е. U = 0,5Е.
Режим холостого хода (ХХ) – это режим, при котором ток в цепи равен нулю: I = 0, что имеет место при разрыве цепи. При холостом ходе напряжение на зажимах источника максимально и равно его ЭДС: U = E.
Режим короткого замыкания (КЗ) – это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению разно потенциальных зажимов источника ЭДС проводником с нулевым сопротивлением. При коротком замыкании цепи, когда R = 0, ток достигает максимального значения Ik = Е/R0, ограниченного внутренним сопротивлением R0 источника ЭДС, а напряжение на зажимах источника ЭДС равно: U = RI = 0.
|
|
|
Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.
Контрольные вопросы
1. Что изучает электротехника?
2. Назовите преимущества электрической энергии перед другими видами энергии.
3. Дайте определение понятиям: электрический ток, напряжение, сопротивление.
4. Дайте определение понятиям: электрическая цепь, ветвь и узел электрической цепи.
5. Дайте определение понятию электродвижущей силы.
6. Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС?
7. Чему равно эквивалентное сопротивление цепи при последовательном соединении?
8. Дайте определение понятию постоянный ток и назовите области его применения.
9. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
10. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
11. Сформулируйте I – й закон Кирхгофа.
|
|
|
12. Сформулируйте II – й закон Кирхгофа.
13. Сформулируйте закон Джойля-Ленца.
14. Что такое баланс мощностей?
15. Что такое КПД?
16. Назовите наиболее характерные режимы работы электрических цепей и кратко их охарактеризуйте.
Список литературы
1. Борминский С.А. «Электротехника и электроника» / Борминский С.А. – Самара, 2012. – 166 с.
2. Степанов К.С. «Электротехника и основы электроники: Методическое пособие по изучению дисциплины «Электротехника и электроника» для студентов всех специальностей» / Степанов К.С. – Н. Новгород, 2013. – 25 с.
3. Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г. «Электротехника. Учебник для студентов педагогических и технических ВУЗов» / Синдеев Ю.Г. – Феникс, Ростов-н/Д., 1999. – 448 с.
4. Власьевский С.В. «Электротехника: конспект лекций» / Власьевский С.В. – Хабаровск, 2006. – 96 с.
5. Иванова С.Г. «Теоретические основы электротехники: конспект лекций» / Иванова С.Г. – Красноярск, 2008. – с. 230.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!