Меню

Курсовая работа источники переменного тока

Какие существуют виды источников электрического тока?

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

  • механические;
  • тепловые;
  • световые;
  • химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

  1. Гальванические
  2. Аккумуляторы
  3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

  1. Солевые;
  2. Щелочные;
  3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

Какие существуют виды источников электрического тока?

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

  1. Свинцово-кислотные;
  2. Литий-ионные;
  3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

Какие существуют виды источников электрического тока?

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

Источник

Расчет электрических цепей постоянного и переменного токов

Далее строится общая ВАХ цепи с учётом схемы соединения элементов. В нашей цепи соединение элементов смешанное. Поэтому графически «сворачиваем» цепи. Начинаем с разветвлённого участка. Нелинейный и линейный элементы соединены параллельно, их ВАХ и. С учётом этого строим общую для них ВАХ. Для этого задаёмся напряжением, а токи при этом равны. Точка пересечения этих значений тока и напряжения… Читать ещё >

Расчет электрических цепей постоянного и переменного токов ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Управление образования Гомельского облисполкома

«Гомельский государственный профессионально-технический колледж

Специальность 2−390 231 «Техническая эксплуатация радиоэлектронных средств»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Теоретические основы электротехники»

«Расчёт электрических цепей постоянного и переменного токов»

ГГПТКЭ.КП.2−390 231.РМ24.24.ПЗ Разработал:

Введение

Предмет «Теоретические основы электротехники» базируется на знаниях общеобразовательных и общетехнических предметов: математики, физики, практического использования программного ПЭВМ и является основой для изучения предметов по специальностям электрического, электроэнергетического и радиотехнического профиля.

В результате изучения предмета у учащихся должны быть сформированы знания, умения и практические навыки в соответствии с классификационными требованиями к специалисту.

Учащиеся должны знать:

физические законы, на которых основана электротехника, вытекающие из этих законов следствия, правила, методы расчётов;

наиболее употребляемые термины и определения теоретической электротехники;

условные графические изображения элементов электрических цепей, применяемые в электрических расчётных схемах (схема замещения);

единицы измерения и буквенные обозначения электрических и магнитных величин.

читать и составлять принципиальные и расчётные схемы несложных электрических цепей;

выполнять по заданным условиям расчёты несложных электрических цепей постоянного и переменного тока;

собирать несложные электрические цепи по заданным принципиальным и монтажным схемам;

находить неисправности в несложных электрических цепях;

выбрать аппаратуру и контрольно-измерительные приборы.

Курсовая работа по предмету «Теоретические основы электротехники» является первой самостоятельной работой расчётного характера.

1. Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока

1.1 Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

1.2 Расчёт нелинейных электрических цепей постоянного тока

2. Анализ электрического состояния линейных однофазных и трёхфазных электрических цепей переменного тока

2.1 Расчёт однофазных линейных электрических цепей переменного тока

2.2 Расчёт трёхфазных линейных электрических цепей переменного тока

Заключение

Литература Приложение, А — Потенциальная диаграмма линейной цепи постоянного тока

Приложение Б — Вольт-амперная характеристика нелинейной цепи постоянного тока

Приложение В — Топографическая векторная диаграмма однофазной цепи переменного тока Приложение Г — Топографическая векторная диаграмма трехфазной цепи переменного тока

1. Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока

1.1 Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

Для электрической цепи (рис. 1.1.1) выполнить следующее:

1) Составить на основании законов Кирхгофа систему уравнений для определения токов во всех ветвях схемы;

2) Определить токи во всех ветвях схемы, используя метод контурных токов;

3) Определить токи во всех ветвях схемы, используя метод наложения;

4) Составить баланс мощностей для заданной схемы;

5) Результаты расчётов токов по пунктам 2 и 3 представит в виде таблицы и сравнить;

6) Построить потенциальную векторную диаграмму для любого замкнутого контура, включающего обе ЭДС.

1) Составить систему уравнений, применяя законы Кирхгофа для определения токов во всех ветвях схемы.

Метод узловых и контурных токов основан на применении первого и второго законов Кирхгофа. Он не имеет никаких преобразований схемы и пригоден для расчёта любой цепи.

При расчёте данным методом произвольно задаём направление токов в ветвях

Составляем систему уравнений. В системе должно быть столько уравнений, сколько в цепи ветвей (неизвестных токов).

В заданной цепи шесть ветвей, значит, в системе должно быть шесть уравнений (m=6). Сначала составляем уравнение для узлов по первому закону Кирхгофа. Для цепи с n узлами можно составить (n-1) независимых уравнений. В нашей цепи четыре узла (A, B, C, D), значит, число уравнений: n -1= 4−1=3.

Составляем три уравнения для любых трёх узлов, например, для узлов B, C, D.

Всего в системе должно быть шесть уравнений. Три уже есть. Три недостающих составляем для линейно независимых контуров. Чтобы они были независимыми, в следующем контуре надо включать одну ветвь, не входящую в предыдущую.

Задаёмся обходом каждого контура и оставляем уравнение по второму закону Кирхгофа.

Контур AABCA обход по часовой стрелке.

Контур АВ’DСА — обход против часовой стрелки.

Контур BCDDB — обход против часовой стрелки.

ЭДС в контуре берётся со знаком «+», если направление ЭДС совпадает с обходом контура, если не совпадает — знак «-» .

Падение напряжения на сопротивлении контура берётся со знаком «+», если направление тока в нём совпадает с обходом контура, со знаком «-», если не совпадает.

Мы получим систему из шести уравнений с пятью неизвестными.

Решив систему, определяем величину и направление тока во всех ветвях схемы.

Читайте также:  Причина вызывающая появление индуктивных токов ответы

Если при решении системы ток получается со знаком «-», значит его действительное напряжение обратно тому направлению, которым мы задались.

2) Определяем токи во всех ветвях схемы, используя метод контурных токов.

Метод контурных токов основан на использовании только второго закона Кирхгофа. Это позволяет уменьшить число уравнений в системе на n — 1.

Достигается это разделением схемы на ячейки (независимые контуры) и введением для каждого контура-ячейки своего тока — контурного тока, являющегося расчётной величиной.

Итак, в заданной цепи можно рассмотреть три контура (AABCA, ABDCA, BCDDB) и ввести для них контурные токи

Контуры-ячейки имеют ветвь, не входящую в другие контуры — это внешние ветви.

В этих ветвях контурные токи являются действительными токами ветвей.

Ветви, принадлежащие двум смежным контурам, называют смежными ветвями.

В них действительный ток равен алгебраической сумме контурных токов смежных контуров, с учётом их направления.

При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа по левой части равенства алгебраически суммируют ЭДС источников, входящих в контур ячейку, в правой части равенства алгебраически суммируется напряжение на сопротивлениях, входящих в этот контур, а также учитывается падение напряжения на сопротивлениях смежной ветви, определяемое по контурному току соседнего контура.

На основании вышеизложенного порядок расчёта цепи методом контурных токов будет следующим:

стрелка указывает выбранные направления контурных токов, в контурах-ячейках. Направление обхода контуров принимаем таким же;

составляем уравнение и решаем систему уравнений или методом подстановки, или с помощью определителей [22, «https://referat.bookap.info»].

Подставим в уравнение числовые значения ЭДС и сопротивлений.

Решим систему с помощью определителей. Вычислим определитель системы? и частые определители

Вычисляем контурные токи:

Действительные токи ветвей:

3) Определить токи во всех ветвях схемы на основании метода наложения.

По методу наложения ток в любом участке цепи рассматривается как алгебраическая сумма частных токов, созданных каждой ЭДС в отдельности.

Для данной схемы необходимо произвести преобразование звезды в треугольник, в результате получаем:

а) Определяем частные токи от ЭДС, при отсутствии ЭДС, т. е. рассчитываем цепь.

Показываем частные токи от ЭДС и обозначим буквой I и с одним штрихом (Iґ).

Решаем задачу методом «свёртывания».

Применяя формулу разброса и первый закон Кирхгофа, вычисляем токи ветвей:

б) определяем частные токи от ЭДС при отсутствии ЭДС т. е. рассчитываем простую цепь.

Показываем направление частных токов от ЭДС и обозначаем их буквой I с двумя штрихами (Iґґ).

Решаем задачу методом «свёртывания»(рис 1.1.5).

Рассчитаем общее сопротивление цепи:

Вычисляем ток источника:

Применяя формулу разброса и первый закон Кирхгофа, вычисляем токи ветвей:

Вычисляем токи ветвей исходной цепи, выполняя алгебраическое сложение частных токов, учитывая их направление:

линейный электрический цепь ток

4) Составляем баланс мощностей для заданной схемы.

Источники и вырабатывают электрическую энергию, т.к. направление ЭДС и тока в ветвях с источником совпадает. Баланс мощностей для заданной цепи запишется так:

Подставляем числовые значения и вычисляем:

18,78 Вт=18, 778 Вт С учётом погрешности расчётов баланс мощностей получился.

5) Результаты расчётов токов по пунктам 2 и 3 представить в виде таблицы и сравнить.

Ток в ветви Метод расчёта

Метод контурных токов

Расчёт токов ветвей обоими методами с учётом ошибок вычислений практически одинаков.

6) Построим потенциальную диаграмму для любого замкнутого замкнутого контура, включающего обе ЭДС.

Возьмём контур BAADCDB. Зададимся обходом контура по часовой стрелке. Заземлим одну из точек контура, пусть это будет точка A. Потенциал этой точки равен нулю

Зная величину и направление токов ветвей и ЭДС, а также величину сопротивлений, вычислим потенциалы всех точек контура при переходе от элемента к элементу. Начнём обход от точки A.

линейный электрический цепь ток Строим потенциальную диаграмму. По оси абсцисс откладываем сопротивления контура в той последовательности, в которой производили обход контура, прикладывая сопротивления друг к другу, по оси ординат — потенциалы точек с учётом их знака.

1.2 Расчёт электрических нелинейных цепей постоянного тока

Построить входную вольтамперную характеристику схемы нелинейной электрической цепи постоянного тока. Определить токи во всех ветвях схемы (рис. 1.2.1) и напряжения на отдельных элементах, используя полученные вольтамперные характеристики. Использовать вольтамперные характеристики «б» и «в»

Расчёт цепи производим графическим методом. Для этого в общей системе координат строим вольтамперные характеристики (ВАХ) линейного и нелинейных элементов:

ВАХ линейного элемента строим по уравнению. Она представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Для определения координаты второй точки ВАХ линейного элемента задаёмся произвольным значением напряжения. Например,, тогда соответствующее значение тока Соединив полученную точку с началом координат, получим ВАХ линейного элемента.

Далее строится общая ВАХ цепи с учётом схемы соединения элементов. В нашей цепи соединение элементов смешанное. Поэтому графически «сворачиваем» цепи. Начинаем с разветвлённого участка. Нелинейный и линейный элементы соединены параллельно, их ВАХ и. С учётом этого строим общую для них ВАХ. Для этого задаёмся напряжением, а токи при этом равны. Точка пересечения этих значений тока и напряжения даёт одну из точек их общей ВАХ. В результате получаем множество точек и по ним строим ВАХ .

Далее мы имеем характеристики нелинейного элемента и элемента, которые соединены между собой последовательно. Строим для них общую ВАХ. В данном случае задаёмся током и складываем напряжение. Проделываем это многократно. По полученным точкам строим общую ВАХ цепи .

Дальнейший расчёт цепи производим по полученным графикам.

Чтобы найти токи и напряжения на всех элементах цепи, поступаем так: по оси напряжений находим значение напряжения, равное 140 В. Из этой точки останавливаем перпендикуляр с общей ВАХ I=(U), получаем точку «b». Из точки «b» опускаем перпендикуляр на ось точки «c». Отрезок «oc» даёт нам искомое значение общего тока Когда опускаем перпендикуляр из точки «b» на ось тока, то пересекаем ВАХ и в точках «d» и «f» соответственно. Опускаем перпендикуляры из этих точек на ось напряжения, получим напряжения на каждом участке цепи: Чтобы найти токи при, опускаем перпендикуляр из точки «f» на ось напряжений до пересечения с ВАХ в точках «n» и «m». Опустив из этих точек перпендикуляры на ось токов, получим В результате имеем следующие значения токов и напряжений на всех элементах цепи:

2. Анализ электрического состояния линейных однофазных и трёхфазных электрических цепей переменного тока

2.1 Расчёт однофазных линейных электрических цепей переменного тока

К зажимам электрической цепи подключён источник синусоидального напряжения с частотой f=50Гц.

1)Определить реактивные сопротивления элементов цепи (рис 2.1.1).

2)Определить действительные значения токов во всех ветвях цепи;

3)Записать уравнение мгновенного значения тока источника;

4)Составить баланс активных и реактивных мощностей;

5)Построить векторную диаграмму токов, совмещённую с топографической векторной диаграммой напряжений.

1) Реактивные сопротивления элементов цепи:

2) Расчёт токов в ветвях цепи выполнением методом эквивалентных преобразований. Представим схему, приведённую выше в следующем виде (рис. 2.1.2).

Находим комплексные токи сопротивление ветвей, а затем участков цепи и всей цепи:

Выразим действующие значение напряжение в комплексной форме:

Вычислим токи ветвей и всей цепи:

Для определения токов параллельных ветвей рассчитаем напряжение на зажимах этих ветвей

3) Комплексная мощность цепи:

4)Напряжение на элементах схемы замещения цепи:

2.2 Расчёт трёхфазной линейной электрической цепи переменного тока

В цепи потребители трёхфазного тока соединены треугольником (рис. 2.2.1).

Определить полные сопротивления фаз, фазные токи, активную, реактивную и полную мощность каждой фазы и всей цепи.

Определить:Z_(A,) Z_B Z_(C,) I_(A,) I_(B,) I_(C,) P, Q, S

Строгий аналитический расчёт трёхфазных цепей производится символическим методом, т. е. в комплексной форме.

1) Выразим фазные напряжения.

127*cos (-120)+j127*sin (-120)=-63,5-j110

2) Вычисляем сопротивления фаз:

3) Фазные токи можно определить следующим образом:

Находим алгебраическую форму записи комплексов фазных токов:

4)Находим линейные токи из уравнений, записанных по первому закону Кирхгофа для узлов A, B, C:

Вычислим мощности фаз и всех цепей:

203, 2*cos (90)+j203,2*sin (90)=0+j203,2

101,6*cos (40)+101,6*sin (40)=77,8+j65,3

Заключение

В данном курсовом проекте решены задачи по темам: «Методы расчёта линейных электрических цепей постоянного тока», «Нелинейные электрические цепи постоянного тока». «Расчёт однофазных линейных электрических цепей переменного тока», и «Трёхфазные электрические цепи». В ходе выполнения расчетов мною были приобретены навыки расчёта сложных цепей постоянного и переменного токов.

Кроме того, я закрепил полученные знания по построению потенциальных и топографических векторных диаграмм. Данные диаграммы представлены в приложении этого курсового проекта.

1. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1978.

2. Гилицкая Л. Н. Теоретические основы электротехники: Курсовое проектирование. -Мн.: РИПО, 1997.

3. Зайчик М. Ю. Сборник задач и упражнений по теоретической электроники, — М.: Энероиздат.1989.

4. Усс А. В. , Крусько А. С. , Климович Г. С. Общая электротехника с основами электроники. Мн.: Высшая школа.1990,

5. Ф. Е. Евдокимов ., Теоретические основы электротехники, М.: Высшая школа, 1971

Источник

Источники

Заключение.

Приложения.

Мощность в цепи ПТ.

Переменный ток.

Преимущества сетей ПТ.

Введение

Панкова Н.В.

Идрисова Алена.

Галлямова Зиля и

ГАОУ ВПО НГТТИ

Эссе на тему:

«Переменный ток»

Работу выполнили:

Студентки КТ — 195

Проверил преподаватель:

Переме́нный ток (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Содержание:

2.Генерирование переменного тока.

3.Стандарты частоты.

4.Электрификация ПТ.

Преимущества сетей переменного тока

  • Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
  • Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями [источник не указан 722 дня] ).
  • Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Генерирование переменного тока

Читайте также:  Электрический ток в полупроводниках задачи с решениями

Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.

Стандарты частоты

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 — этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации и военном деле для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения применяют частоту 400 Гц, а в морфлоте 500 Гц.

Электрификация ПТ

В России и СНГ около половины всех ЖД работает на переменном токе 20-25 кВ 50Гц.

Переменный ток

Как известно, сила тока в любой момент времени пропорциональна ЭДС источника тока (закон Ома для полной цепи). Если ЭДС источника не изменяется со временем и остаются неизменными параметры цепи, то через некоторое время после замыкания цепи изменения силы тока прекращаются, в цепи течет постоянный ток.

Однако в современной технике широко применяются не только источники постоянного тока, но и различные генераторы электрического тока, в которых ЭДС периодически изменяется. При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания или переменный ток.

Переменный ток – это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника

Переменный ток это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω по синусоидальному или косинусоидальному закону:

где u – мгновенное значение напряжения, Um – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае

где φc – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.

Мощность в цепи переменного тока

Мощность в цепи постоянного тока определяется произведением напряжения на силу тока:

Физический смысл этой формулы прост: так как напряжение U численно равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда, то произведение U∙I характеризует работу по перемещению заряда за единицу времени, протекающего через поперечное сечение проводника, т.е. является мощностью. Мощность электрического тока на данном участке цепи положительна, если энергия поступает к этому участку из остальной сети, и отрицательна, если энергия с этого участка возвращается в сеть. На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать неизменным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока определяется такой же формулой:

Пусть напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону

(с тем же успехом, разумеется, вместо можно было бы записать ), то и сила тока будет меняться со временем гармонически с той же частотой, но в общем случае будет сдвинута по фазе относительно напряжения:

где φc – сдвиг фаз между силой тока и напряжением. Поэтому для мгновенной мощности можно записать:

При этом мощность меняется со временем как по модулю, так и по знаку. В течение одной части периода энергия поступает к данному участку цепи (р > 0), но в течение другой части периода некоторая доля энергии вновь возвращается в сеть (р

Чтобы найти среднюю мощность за период, преобразуем полученную формулу таким образом, чтобы выделить в ней член, не зависящий от времени. С этой целью воспользуемся известной формулой для произведения двух косинусов:

В рассматриваемом случае α = ω∙t и β = ω∙t + φc. Поэтому

Выражение для мгновенное мощности состоит из двух слагаемых. Первое не зависит от времени, а второе дважды за каждый период изменения напряжения изменяет знак: в течение какой-то части периода энергия поступает в цепь от источника переменного напряжения, а в течении другой части возвращается обратно. Поэтому среднее значение второго слагаемого за период равно нулю. Следовательно, средняя мощность Р за период равна первому члену, не зависящему от времени:

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения (для активного сопротивления R) среднее значение мощности равно:

Для того чтобы формула для расчета мощности переменного тока совпадала по форме с аналогичной формулой для постоянного тока (Р = I∙U = I 2 ∙R), вводятся понятия действующих значений силы тока и напряжения. Из равенства мощностей получим

Действующим значением силы тока называют величину, в раз меньшую ее амплитудного значения:

Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока.

Аналогично можно доказать, что

действующее значение переменного напряжения в раз меньше его амплитудного значения:

Заметим, что обычно электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает действующие значения измеряемых величин. Переходя к действующим значениям силы тока и напряжения, уравнение (10) можно переписать:

Таким образом, мощность переменного тока на участке цепи определяется именно действующими значениями силы тока и напряжения. Она зависит также от сдвига фаз φc между напряжением и током. Множитель cos φc в формуле называется коэффициентом мощности.

Приложения

Резистор в цепи переменного тока

Катушка в цепи переменного тока

Конденсатор в цепи переменного тока

Закон Ома для электрической цепи переменного тока

Простейшая установка для выработки переменного электрического тока

Заключение

Большинство потребителей электрической энергии работает на переменном токе. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Это объясняется преимуществом производства и распределения этой энергии. Переменный ток получают на электростанциях, преобразуя с помощью генераторов механическую энергию в электрическую. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным заключается в возможности с помощью трансформаторов повышать или понижать напряжение, с минимальными потерями передавать электрическую энергию на большие расстояния. Кроме того, генераторы и двигатели переменного тока более просты по устройству, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока.

Переменный ток позволяет менять напряжение в электросетях, в зависимости от имеющихся потребностей, с помощью трансформаторов. Кроме того, польза переменного тока заключается также в том, что электродвигатели, работающие на переменном токе («асинхронные») эффективнее и надежнее, чем двигатели постоянного тока – ведь КПД асинхронных двигателей достигает 90 процентов.

Источники

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%E5%F0%E5%EC%E5%ED%ED%FB%E9_%F2%EE%EA

2. http://www.mukhin.ru/stroysovet/electro/003.html

3. http://edu2.tsu.ru/html/1747/text/7_1.html

4. http://www.powervideo.ru/slovar/peremenii_tok.html

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Источники тока

Автор: Пользователь скрыл имя, 15 Декабря 2010 в 22:03, реферат

Описание работы

В настоящее время человечество использует четыре основных источника тока: статический, химический, механический и полупроводниковый (солнечные батареи), но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Раздельные частицы накапливаются на полюсах источника тока — так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно. Если полюсы соединить проводником, то под действием поля свободные заряженные частицы в проводнике будут двигаться, возникнет электрический ток.

Содержание
Работа содержит 1 файл

реферат.doc

Государственное образовательное учреждение

Начального профессионального образования

Профессиональное училище №24.

Реферат по электротехнике

  1. История открытия электрического тока……………………………
  2. Источники тока …………………………………………………………

Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения и существования в течение нужного нам времени?

Слово «ток» означает движение или течение чего-то. Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

В настоящее время человечество использует четыре основных источника тока: статический, химический, механический и полупроводниковый (солнечные батареи), но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Раздельные частицы накапливаются на полюсах источника тока — так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно. Если полюсы соединить проводником, то под действием поля свободные заряженные частицы в проводнике будут двигаться, возникнет электрический ток.

    1. История открытия электрического тока.

До 1650 года — времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству, — не было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать создания все более простых и эффективных способов получения электрических зарядов.
Отто фон Герике придумал первую электрическую машину. Он налил расплавленную серу внутрь полого стеклянного шара, а затем, когда сера затвердела, разбил стекло, не догадываясь о том, что сам стеклянный шар с неменьшим успехом мог бы послужить его целям. Затем Герике укрепил серный шар так, как показано на рис.1, чтобы его можно было вращать рукояткой. Для получения заряда надо было одной рукой вращать шар, а другой — прижимать к нему кусок кожи. Трение поднимало потен-циал шара до величины, достаточной, чтобы получать искры длиной в несколько сантиметров.

Читайте также:  Сила тока при электромагнитной индукции

Эта машина оказала большую помощь в экспериментальном изучении электричества, но еще более трудные задачи «хранения» и «запасания» электрических зарядов удалось решить лишь благодаря последующему прогрессу физики. Дело в том, что мощные заряды, которые
можно было создавать на телах с помощью электростатической
машины Герике, быстро исчезали. Вначале думали, что причиной этого является «испарение» зарядов. Для предотвращения
«испарения» зарядов было предложено заключить заряженные тела в закрытые сосуды, сделанные из изолирующего материала. Естественно, в качестве таких сосудов были выбраны стеклянные бутылки, а в качестве электризуемого материала — вода, поскольку ее было легко наливать в бутылки. Чтобы можно было зарядить воду, не открывая бутылку, сквозь пробку был пропущен гвоздь. Замысел был хорош, но по причинам, в то время непонятным, прибор работал не столь уж удачно. В результате интенсивных экспериментов вскоре же было открыто, что запасенный заряд и тем самым силу электрического удара можно резко увеличить, если бутылку изнутри и снаружи покрыть проводящим материалом, например тонкими листами фольги. Более того, если соединить гвоздь с помощью хорошего проводника со слоем металла внутри бутылки, то оказалось, что можно вообще обойтись без воды. Это новое «хранилище» электричества было изобретено в 1745 году в голландском городе Лейдене и получило название лейденской банки.

Первый, кто открыл иную возможность получения электричества, нежели с помощью электризации трением, был итальянский ученый Луиджи Гальвани (1737-1798). Он был по специальности биолог, но работал в лаборатории, где проводились опыты с электричеством. Гальвани наблюдал явление, которое было известно многим еще до него; оно заключалось в том, что если ножной нерв мертвой лягушки возбудить искрой от электрической машины, то начинала сокращаться вся лапка. Но однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с нервом лапки соприкасался только стальной скальпель. Удивительнее всего было то, что между электрической машиной и скальпелем не было никакого контакта. Это поразительное открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины электрического тока. Один из экспериментов был поставлен Гальвани с целью выяснить, вызывает ли такие же движения в лапке электричество молнии. Для этого Гальвани подвесил на латунных крючках несколько лягушачьих лапок в окне, закрытом железной решеткой. И он нашел, в противоположность своим ожиданиям, что сокращения лапок происходят в любое время, вне всякой зависимости от состояния погоды. Присутствие рядом электрической машины или другого источника электричества оказалось не нужным. Гальвани установил далее, что вместо железа и латуни можно использовать любые два разнородных металла, причем комбинация меди и цинка вызывала явление в наиболее отчетливом виде. Стекло, резина, смола, камень и сухое дерево вообще не давали никакого эффекта. Таким образом, возникновение тока все еще оставалось тайной. Где же появляется ток — только в тканях тела лягушки, только разнородных металлах или же в комбинации металлов и тканей? К сожалению, Гальвани пришел к заключению, что ток возникает исключительно в тканях тела лягушки. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричества какого-либо другого происхождения.

Другой итальянский ученый Алессандро Вольта(1745-1827) окончательно доказал, что если поместить лягушачьи лапки в водные растворы некоторых веществ, то в тканях лягушки гальванический ток не возникает. В частности, это имело место для ключевой или вообще чистой воды; этот ток появляется при добавлении к воде кислот, солей или щелочей. По-видимому, наибольший ток возникал в комбинации меди и цинка, помещенных в разбавленный раствор серной кислоты. Комбинация двух пластин из разнородных металлов, погруженных в водный раствор щелочи, кислоты или соли, называется гальваническим (или химическим) элементом.
Если бы средствами для получения электродвижущей силы служили только трение и химические процессы в гальванических элементах, то стоимость электрической энергии, необходимой для работы различных машин, была бы исключительно высокой. В результате огромного количества экспериментов учёными разных стран были сделаны открытия, позволившие создать механические электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

В начале 19 века Ганс Христиан Эрстед сделал открытие совершенно нового электрического явления, заключавшегося в том, что при прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле. Спустя несколько лет, в 1831 году, Фарадей сделал ещё одно открытие, равное по своей значимости открытию Эрстеда. Фарадей обнаружил, что когда движущийся проводник пересекает силовые линии магнитного поля, в проводнике наводится электродвижущая сила, вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник. Наведённая ЭДС меняется прямо пропорционально скорости движения, числу проводников, а также напряжённости магнитного поля. Иначе говоря, наведённая ЭДС прямо пропорциональна числу силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени. Когда проводник пересекает 100000000 силовых линий за 1 сек, наведённая ЭДС равна 1 Вольту. Перемещая вручную одиночный проводник или проволочную катушку в магнитном поле, больших токов получить нельзя. Более эффективным способом является намотка провода на большую катушку или изготовление катушки в виде барабана. Катушку затем насаживают на вал, располагаемый между полюсами магнита и вращаемый силой воды или пара. Так, в сущности, и устроен генератор электрического тока, который относится к механическим источникам электрического тока, и активно используется человечеством в настоящее время.

Солнечную энергию люди используют с древнейших времён. Ещё в 212 г. до н. э. с помощью концентрированных солнечных лучей они зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде приблизительно в то же время греческий учёный Архимед при защите родного города поджёг паруса кораблей римского флота.

Солнце представляет собой удалённый от Земли на расстояние 149,6 млн км термоядерный реактор, излучающий энергию, которая поступает на Землю главным образом в виде электромагнитного излучения. Наибольшая часть энергии излучения Солнца сосредоточена в видимой и инфракрасной части спектра. Солнечная радиация — это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии. Без ущерба для экологической среды может быть использовано 1,5 % всей падающей на землю солнечной энергии, т.е. 1,62 *10 16 киловатт\часов в год, что эквивалентно огромному количеству условного топлива — 2 *10 12 т.

Усилия конструкторов идут по пути использования фотоэлементов для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотопреобразователи, называемые также солнечными батареями, состоят из ряда фотоэлементов, соединенных последовательно или параллельно. Если преобразователь должен заряжать аккумулятор, питающий, например, радиоустройство в облачное время, то его подключают параллельно к выводам солнечной батареи ( рис. 3). Элементы применяемые в солнечных батареях, должны обладать большим КПД, выгодной спектральной характеристикой, малой стоимостью, простой конструкцией и небольшой массой. К сожалению, только немногие из известных на сегодня фотоэлементов отвечают хотя бы частично этим требованиям. Это прежде всего некоторые виды полупроводниковых фотоэлементов. Простейший из них — селеновый. К сожалению, КПД лучших селеновых фотоэлементов мал(0,1. 1 %).

Основой солнечных батарей являются кремниевые фото-преобразователи, имеющие вид круглых или прямоугольных пластин толщиной 0,7 — 1 мм и площадью до 5 — 8 кв.см. Опыт показал, что хорошие результаты дают небольшие элементы, площадью около 1 кв. см., имеющие КПД около 10 %. Созданы также фотоэлементы из полупроводниковых металлов с теоретическим КПД 18 %. Кстати, практический КПД фотоэлектрических преобразователей ( около 10 %) превышает КПД паровоза ( 8 %), коэффициент полезного использования солнечной энергии в растительном мире (1 %), а также КПД многих гидротехнических и ветровых устройств. Фотоэлектрические преобразователи имеют практически неограниченную долговечность. Для сравнения можно привести значения КПД различных источников электрической энергии ( в процентах) : теплоэлектроцентраль — 20-30, термоэлектрический преобразователь — 6 — 8, селеновый фотоэлемент — 0,1 — 1, солнечная батарея — 6 — 11, топливный элемент — 70, свинцовый аккумулятор — 80 — 90.

В 1989 г. фирмой Боинг (США) создан двухслойный фотоэлемент, состоящий из двух полупроводников — арсенида и антимонида галлия — с коэффициентом преобразования солнечной энергии в электрическую, равным 37 %, что вполне сопоставимо с КПД современных тепловых и атомных электростанций. Недавно удалось доказать, что фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии теоретически позволяет использовать энергию Солнца с КПД, достигающим 93 %! А ведь первоначально считалось, что максимальный верхний предел КПД солнечных элементов составляет не более 26 %, т.е. значительно ниже КПД высокотемпературных тепловых машин.

Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для электроснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолётов. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения, т.е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

    1. Химические и физические источники тока

Источники тока — это устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии источники тока условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических источниках тока (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 в. (например, батарея Вольта, элемент Лекланше). Однако вплоть до 40-х гг. 20 в. в мире было разработано и реализовано в конструкциях не более 5 типов гальванических пар. С середины 40-х гг. вследствие развития радиоэлектроники и широкого использования автономных источников тока создано ещё около 25 типов гальванических пар. Теоретически в источниках тока может быть реализована свободная энергия химических реакции практически любого окислителя и восстановителя, а следовательно, возможна реализация несколько тысяч гальванических пар. Принципы работы большинства физических источников были известны уже в 19 в. В дальнейшем вследствие быстрого развития и совершенствования турбогенераторы и гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Физические источники тока, основанные на других принципах, получили промышленное развитие лишь в 50-60-х гг. 20 в., что обусловлено возросшими и достаточно специфическими требованиями техники.

Технический прогресс, проникновение электротехники и электроники на транспорт, в быт, медицину и т. д. стимулировали разработку автономных источников электропитания, среди которых химические источники тока в количественном отношении заняли видное место, став продукцией массового потребления. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, средства ж.-д. транспорта, автомобили, тракторы, самолёты, искусственные спутники, космические корабли, средства связи и многое другое оснащены малогабаритными источниками тока.

Источник