Добре дошли! Регистрирането отнема няколко минути и е напълно безплатно, но ще ви даде повече възможности. Може да влезете направо с профила си от Фейсбук. Натиснете тук!

» I. Електричен ток , напрежение и съпротивление . Закони ..

Реферати, есета, доклади и всякакви документи свързани с техническите науки.

Модератор: Модератори

» I. Електричен ток , напрежение и съпротивление . Закони ..

Мнениеот Mozo на Вто Мар 25, 2008 14:45

» I. Електричен ток , напрежение и съпротивление . Закони на Ом . Закони на Кирхов . Еденици

I. Електричен ток , напрежение и съпротивление . Закони на Ом . Закони на Кирхов . Еденици .

1 Електричен ток – свободните електрони в метален проводник при отсъствие на външно електрическо поле се движат хаотично и количеството електричество пренасяно през каквото и да е напречно сечение на проводника е равно на нула. Не поротича ток. При наличие в пороводника на електрическо поле насочено по дължината на проводника върху свободните електрони деистват силите на това поле . Електроните получават ускорение в посока , противоположна на посоката на полето . По такъв начин хаотичното движение на електроните се превръща в насочено равноускорително движение. Следователно при наличие на надлъжно електрическо поле през което и да е напречно сечение на проводника ще премине определено количество електричество.
Насоченото движение на заредени частици под деиствието на елелектрическо поле в проводник се нарича електрически ток.
Интензивноста на електрическия ток се характеризира от величината сила на тока . Тя е равна на количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводника за единица време . Токът , неизменящ се нито по големина нито по посока се нарича постоянен ток.
Единицата за сила на тока в система СИ е ампер ( А ).
Q C
I = ---- 1A = 1-----
t s
Сиата на тока е равна на 1 А , ако през напречното сечение на проводника за 1s преминава електрически заряд 1 С.

2 Напрежение – Потенциалът на дадена точка от електростатичното поле е равен на отношението на електричната потенциална енергия W на пробен заряд, поставен в тази точка, към големината (q0) на пробния заряд. В система СИ енергията W се измерва в джаули (J), електричния заряд в кулон (С) от това следва че потенциала се измерва в джаул на кулон (J/С). Еденицата за потенциал е волт (V).
W J
φ = ----- 1V = 1 ------
q0 С
Потенциалната разлика между две точки на електростатично поле се нарича електрическо напрежение обозначава се с (U)
U= φ1 – φ2
Измервателната еденица е също като при потенциалът и се нарича волт (V).
3 Съпротивление –Ток преминаваики през проводник среща съпротивление на проводника. Характерните съпротивления за проводниците са специфична проводимост . Коефициента на пропорционалност се нарича специфична електрическа проводимост(). Тя е равна на отношението на плътноста () на тока към е.д.н. (E).

 = ------
Е
Плътноста на тока () е отношението на силата на тока( I ) към напречното сечение на проводника (S). Измервателната еденица за плътност на тока в система СИ е (1А/m2 ) I
 = -------
S
Величината , обратна на специфичната проводимост се нарича специфично съпротивление() 1
 = -------

Спцифичната проводимост и специфичното съпротивление зависят от своиствата на матерала и от температурата му. Като се заместят формулите получаваме съпротивлението на проводника. Което е правопропорционално на дължината (l) на проводника и обратно пропорционално на сечението (S). Величината () е специфичното съпротивление. Измервателнта еденица засъпротивление в система СИ е ом по метър(.т).
l
R =  ------
S
4 Закони на Ом – Те са едни от основните закони на електротехниката, широко използвани за изчесляване на електрически вериги.
Закон на Ом за вътрешното съпротивление на проводника – силата на тока в проводник е правопропорциенална на напрежението в краищата му и обратно прорционалнона съпротивлението на проводника
U U 1V
І = ------ R = ----- 1= -----
R І 1A
Еденицата за електрическо съпротивление в система СИ е ом (). Съпротивлението на даден проводник е 1  ако при напрежение 1 V през него тече ток 1 А.

Закон на Ом за цялата верига – източника на захранване в една електрическа верига има вътрешно съпротивление R0 ,а консуматора съпротивление R.
То за тази верига може да се запише че е.д.н. (Е) е сбор от падовете на напрежение на консоматора и източника на захранване.
Е=U+U0 =IR+IR0=I(R+R0)
От където се получава закона на Ом за цялата верига – токът І в една електрическа верига е равен на отношението на електродвижещото напрежение Е на източника към пълното съпротивление R+R0
E
I = ---------
R + R0

5 Закони на Кирхоф.– Точка от електрическата верига се нарича възел или разклонителна точка, ако в нея се три или повече проводници .
Сумата от токове, насочени към възела, е равна на сумата от токове излизащи от него. Това е първият закон ка Кирхоф.

І2 І3 І1 +І2 = І3 + І4 + І5
Като се придаде друк вид на уравнението ще се
І4 получи : І1+І2+(-І3)+(-І4)+(-І5)
А в общ вид уравнението ще се запише така:
І5 І = 0
І1


Алгебричната сума от токове във възела е равна на нула. Токовете насочени към възела се смятат за положителни, а токовете излизащи от него за отрицателни.

Клон на електрическата верига е участък от веригата разположен между два възела. Затворения път преминаващ по няколко клона се нарича контур на електрическата верига.
Вторият закон на Кирхоф гласи че алгебричната сума от всички е.д.н.(Е) на всеки затворен контур е равна на алгебричната сума от всички спадове на напрежение (ІR) в съпротивленията на същия контур
Е = ІR
При съставяне на уравнения по този закон е. д. н. и токовете се смятат за положителни, ако посоките им съвпадат с произволно избрана посока за обхождане на контура. В противен случаи те се смятат за отрицателни и в уравнението се записват с знак минус.
ІІ. Формули за работа и мощност при постоянен ток. Единици.

1 Формули за работа на електрически постоянен ток.– В затворена електрическа верига под действието на е. д. н. на източника на захранване непрекъснато се движат електрически заряди. За време t през съпротивлението от точка М до точка N се пренася електричен заряд q. В точка М зарядът q има електрична потенциална енергия qφM. В резултат на работата на електрическите сили енергията намалява и в точка N потенциалнаата енергия на заряда е qφN . Работата на електричните сили е равна на намаляването на електричната потенциална енергия на заряда q.

І A= qφM – qφN = q(φM –φN )
M Но φM –φN =U
От това се получава че работата А е равна на:
E R А= qU
N Като се изрази заряда чрез тока
І q = It

За работата на електричните сили се получава:

А = UІt

Работата на електричните сили при протичане на ток се нарича работа на тока. Работата на тока в даден участък от веригата е равна на произведението от напрежението U върху този участък тока І, и времето t . Измервателната единица за работа в система СИ е джаул (J).
2.Формули за мощност при постоянен ток. – Работата на тока за единица време се нарича мощност на тока
А
Р = ------- = UI
t
С помощта на закона на Ом формулата за мощноста на тока може да се запише още по два начина
2 2
Р = І R U
P = -------
R Единицата за мощност в система СИ е ват (W)
ІІІ.Физични величини при променлив ток. Реактивни съпротивления, cosφ, активна и привидна мощност. К.П.Д

1. Физични величини при променлив ток Uef, Ief, Z.- Променлив ток се нарича ток който, мени големината и посоката си. В техниката се използват токове който се изменят периодично. Най-голямо приложение имат синусоидалните променливи токове при тях големината се изменя периодично. Графически променливия ток, напрежение и е.д.н. се представят чрез синусоида

i i = Іm sin t U = Um sin t

t Където Іm и Um са максималните най
големи амплитудни стойности на
променливия ток и напрежение.
Т

Характерна величина за променливия ток е периодът (Т) това е времето за едно пълно изменение на променливотоковата величина. Периодът се измерва в секунди (s).Друга характерна величина е честотата ( f ). Тя е обратната величина на периода и числено е равна на броя на периодите за една секунда. Измервателната единица в система СИ за честота на променливия ток е херц ( Нz ). Един херц е равен на един период за една секунда. Стандартната промишлена честота приета в нашия бит е f = 50 Hz.
1 f пер.
f = ------ Т = ------ 1Hz = 1 ------
Т 1 сек.

Ъглова (кръгова) честота на променливия ток. Измерва се в единица върху секунда (1 / сек.) или сек -1
2 
 = 2 f или  = ------ f = -------
T 2
За честота f = 50 Hz, ъгловата (кръговата) честота ще бъде  = 314 сек -1


Фаза и фазова разлика ( фазово изместване ) В формулата за променливия ток и напрежение - i = Іm sin t , U = Um sin t величината (t) определя фазите на променливия процес и се нарича фаза на променливо токовата величина . Ако токът и напрежението са с еднаква чистота но различна начална фаза. i = Іm sin(t+φ1) , U = Um sin(t+φ2) се казва че са фазово изместени и имат фазова разлика φ = φ1 – φ2
Величината спрямо която се определя фазовата разлика за удобство се приема с начална фаза φ = 0. При напрежение равно на : U = Um sin t и ток равен на : i = Іm sin(t+φ) се смята че тока изпреварва по фаза напрежението или че напрежението закъснява. Ако фазовата разлика е с знак минус i = Іm sin(t-φ) се смята че тока закъснява или напрежението изпреварва.
Пълно съпротивление на веригата ( Z ) – Когато напрежението се изрази чрез произведението на тока и съпротивлението се получава


U = (RI)2 +(XLI)2 U = I R2 + XL2 U = IZ

От тези формули може да се изведе и формула за тока във веригата.

U U
І = -------- I = ------------
Z R2 +XL2
Получените формули изразяват закона на Ом за стойностите във веригата със съпротивление R и индуктивност L. Величината Z се нарича пълно съпротивление на веригата. Измервателната единица е ом ( ).

Z = R2 +XL2 = R2 + (L)2

Съпротивленията Х, R и Z се изобразяват графично с помощта на правоъгълен триъгълник на съпротивленията. Този триъгълник може да се получи като се намалят І – пъти страните на триъгълника на напреженията. Ъгълът между страните на триъгълника Z и R е равен на ъгъла на фазовото изместване( φ )между напрежението и тока.
UL U

UL
φ
I Ua

Активното напрежение Ua съответстващо на активно съпротивление е във фаза с тока. Напреженията съответстващи на индуктивното и капацитивното съпротивление се наричат реактивни. Общото реактивно напрежение е:
Up = UL - Uc
Колкото по голяма е индуктивната съставка на напрежение UL в сравнение с активната Ua или колкото по-голямо е реактивното съпротивление в сравнение с активното, толкова е по голям ъгъла по фаза с който тока изостава от напрежението във веригата.
Ua IR R UL XL
cos φ = ------- = -------- = ----- tg φ = ------- = -------
U IZ Z Ua R
Общото напрежение на всяка верига може да се разложи като две съставящи:
Активно напрежение Ua = U cos φ
Реактивно напрежение Up = U sin φ

2. Активна и привидна мощност , cosφ и К.П.Д. на променливия ток – За да има пълно използване на генератора за променлив ток , той трябва да работи при номинално напрежение Uн, номинален ток Ін и cos φ =1. В този случай генераторът развива най-голяма активна мощност, равна на неговата пълна номинална мощност
P = Uн Iн cos φ
Намаляването на cos φ води до намаляване на активната мощност и генератора не развива пълната си номинална мощност. Токът на консуматор, който работи при неизменно номинално напрежение Uн и постоянна активна мощност Р, се изменя обратно пропорционално на cos φ.

P 1 1 1
I = ----- . ---------- = I0 --------- = const. ---------
Uk cosφ cosφ cosφ

Следователно намаляването на cos φ води до увеличаването на тока и загубите от нагряване на проводниците. Стремежът е да се повишава cos φ за всяка ел. уредба до стойност близка до единица. При най- използваните асинхронни двигатели cos φ се изменя при празен ход от 0.1 до 0.3, а при номинално натоварване – от 0.8 до 0.85 . Следователно за повишаване на cos φ е необходимо да се увеличи натоварването на електродвигателите и да се включат паралелно на тях кондензатори. В този случай мощността, изразходвана за образуване на магнитното поле, ще се получава не огенератора а от кондензатора при разпадане на неговото електрическо поле и обратно.


Активна и привидна мощност – Във верига с с активно съпротивление и индуктивност моментната мошност е:
P = UI cosφ – UI cosφ(2t+ φ)
При изчисления на променливо токови вериги обикновенно се определя средната стойност на мощноста за един период.Уравнението за мощноста се състои от два члена:
UI cosφ – постоянен независим от времето
UI cosφ(2t+ φ) – променлив синосоидален зависим от времето
Средната стоиност на първия член е равна на големината му UI cosφ
Средната стоиност на втория член е равна на нула, тъй като е известно че средната стоиност на хармонична функция за цяло число периоди е равна на нула. От това следва че средната стоиност на мошноста в веригата е:
Р = UI cosφ
Като се има предвид че:
R
U cosφ = U ------ = IR = Ua
Z
Ще намерим че средната мощност е: Р =Ua I = I2R
Средната мощност е равна на средната стойност на мощноста в активното съпротивление. И тази мощност в цялата верига се нарича активна мощност. Измервотелната еденица е ват (W). Обикновенните ватметри измерват активна мощност.
Реактивната мощност на веригата се означава с буквата (Q) и е равна на:
Q = ULI = I2XL = I2Z sin φ
Измерва се в волт- ампери реактивни (вар, VAr)
Произведението от ефективните стоиности на напрежението и тока се напича привидна (пълна )мощност на веригата и се означава с буквата ( S )
S = UI Измервателната единица за превидна мощност е волт – ампер (VA).
Мощностите P,Q и S са свързани по между си като страните на правоъгълния тръгълник. Катетите на който са активната и реактивната, а хипотенузата привидната, мощности. От триъгълника на мощностите следва че: P=S cos φ
Q=S sin φ. Отношението на активната към привидната мощност се нарича фактор на мощноста
S P
φ Q ------- = cos φ
S
P
IV.Трансформатори – принцип на деиствие и устроиство. К.П.Д.

Трансформаторът е статичен електромагнитен апарат, чието основно предназначение е да преобразува параметрите на променливотоковата електрическа енергия – напрежение, ток честота, брой на фазите, и да осигорява галванично разделяне на електрическите вериги.

Основните съставни части на еднофазен трансформатор са магнитопровод и намотки. Частите на магнитопровода, върху който се намират намотките се наричат ядра, а частите върху който няма намотки – ярем. Намотката включена към източника на електрическа енергия, се нарича първична и се бележи с N1, а намотката към която се включва товарът се нарича вторична –N2.

магнитопровод

I1 I2



U1 N1 N2 U2




1. Принцип на действие –Принципът на действие на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция. Като се подаде на клемите на първичната намотка N1 променливо синосоидално напрежение U1, в нея протича проненлив синосоидален ток І1, който създава в нея магнитен поток Ф. Този поток индуктира е.д.н. на самоиндукция в намотката N2. В следствие на това в вторичната намотка N2 възниква напрежение U2. Ако към вторичната намотка се включи консоматор R в намотката ще протече ток І2. Като се приеме че магнитния Ф има синосоидална форма следва че е.д.н. са дефазирани спрямо магнитния поток на ъгъл 900
Ф = Фm sin t
Максималната стоиност на е.д.н.за двете намотки се определят от изразите:
Е1= N1Фm Е2= N2Фm


Като се отнесат е.д.н. на първичната и вторичната намотка едно към друго се получава израза:
Е1 N1
------ = ----- = Ктр.
Е2 N2
Това отношемние се нарича коефициент на трансформация(Ктр) изразен чрез е.д.н.
2. Устроиство- Магнитопроводът се изработва от подредени в пакет пластини (ламели) от специална електротерхническа стоманена ламарина с дебелина 0.35mm.(0.5mm). Трансформаторната ламарина трябва да бъде горещо или студено валцувана . За намаляване загубите от хистерезис се използва магнитомека стомана, а за намаляване на загобите от вихрови токове специфичното съпротивление на стоманата се увеличава чрез увеличаване увеличаване на съдържанието на силиций в нея (до 4.8%). Надлъжното разположение на ламелите осигорява посоката на магнитния поток да съвпада с посоката на вълцуването им. Това разположение на ламелите, както и изолацията помежду им (с водно стъкло или маслени лакове, а напоследък – чрез оксидиране и фосфатизиране на повърхноста им) също увеличават електрическото съпротивление за вихровите токове., който се развиват перпендикулярно на потока. В зависимост от формата на магнитопровода и разположението на намотките трансформаторите се делят на – ядрени и мантийни (бронирани). При ядрените трансформатори намотките се разполагат върху всички ядра, докато при мантийните те обхващат само едното ядро, а яремите обхващат намотките изцяло. Сечението на ядрото и ярема зависи от големината на магнитния поток. В зависимост от начина на съединяване на яремите с ядрата магнитопроводите биват стикови и шихтовани. При стиковите се облекчава монтажа на трансформатора, а при шихтованите вследствие нареждането на ламелите с припокриване и вплитане се намалява чувствително магнитното съпротивление на трансформатора.За притягане на магнитопровода се използват шпилки и шини, които се изолират от магнитопровода с изолационни шаиби и изолационни тръби.
Намотките се изработват от меден проводник с кръгло или профилно сечение (за големи мощности), изолиран с лаково покритие или памучно покритие. Между отделните слоеве се поставя междуслойна изолация от хартия или прешпан. Според начина на изработване намотките биваст цилендрични, който разполаагат върху ядрото концентрично, и дискови, който се разполагат на редове една над друга. Възприето е намотката за по-високо напрежение, независимо дали е първична или вторична да се нарича намотка за високо напрежение (ВН), а другата намотка за ниско напрежение (НН).

Ако за първичната намотка се приложи втория закон на Кирхоф се определя уравнението за равновесие на е.д.н.
U1 = (-E1) + (-E01) + I1r1

Кадето I1r1 представлява активния пад на напрежение в намотката, а E01 индуктирано е.д.н. наразсейване. В повечето трансформатори I1r1 не надхвърля 0.5% от захранващото напрежение и може да се приеме че:
U1 = (-E1)

Съгласно втория закон на Кирхов уравнението за е.д.н. в вторичната намотка е
E2 = U2 + (-E02) + I2r2

При отворена верига на вторичната намотка през нея не протича ток и следователно

U2 = (E2)

От тези уравнения може да се изрази коефициентът на трансформация Ктр. чрез напреженията :
U1 N1
------ = ----- = Ктр.
U2 N2

Токът на празен ход при трансформаторите с голяма мощност е около 2 – 10% от номиналния първичен ток. При натоварване близко, до номиналното, токът І0(ток създаващ основния магнитен поток) може да се пренебрегне и тогава се получава отношението на намотките на трансформатора към отношението на токовете.
І1 N2
------ = -----
І2 N1

Следователно токовете в намотките на трансформатора са обратнопропорционални на броя на навивките им. Токът е по-голям в намотката с по-малко навивки и обратно. Поради това намотките за по-ниското напрежение се изработват от проводници с по голямо сечение, отколкото номотките за по-високо напрежение, който имат по-голям брои навивки.


3. К . П . Д . Коефициент на полезно деиствие на трансформатора представлява отношението на вторичната мощност Р2 към първичната мощност Р1
Р2 Р2 U2I2 cos 2
 = ------ 100% = ------------------100% = -------------------------------100%
P1 Р2+Рм+Рст U2I2 cos 2+Рм+Рст
Кадето Рм е загубите на мощност в медта на намотките и е равна на сбора от загобите на мощност в първичната намотка и вторичната намотка.
Рм = І12r1 + І22r2
За всеки трансформатор загубите на мощност в медта на намотките зависи от натоварването. Или по точно от големината на токовете в намотките І1 и І2.
Загубите в стоманата Рст на трансформатора зависят от хистерезис и вихрови токове. При постоянна честота на променливия ток загобите в стоманата(магнитопровода) зависят от максималната стойност на магнитната индукция в стоманата(магнитопровода). Тъй като в определено напрежение U1 максималната стойност на магнитния поток, а следователно и максималната стоиност на магнитната индукция остават постоянни по големина, може са се че загобите в стоманата не зависят от натоварването на вторичната намотка. Хистерезис е изоставане на магнитната индукция това води до загряване на магнитопровода на трансформатора и загуба на мощност. Плучава се пренамагнитване на стоманата. Загобата от хистерезис се изразява в ватове на килограм и зависи от вида на стоманата, от магнитната индукция и от честотата на променливия ток. Да се намали загобата от хистерезис и да се увеличи К.П.Д. В трансформаторите за магниторовода се използват магнитномеки материали те имат висока магнитна проницаемост и малки специфични загуби Към тази спадат:техническото желязо, нисковъглеродните стомани, някой желязно-никелови стомани и оксидните феромагнити. Вихровите токове възникват в резултат от изменянето на магнитните потоци, пронизващи металните сърцевини. В този случаи вихровите токове не само заграват метала през които протичат но създават и свои магнитни полета противодеистващи на причината която ги създава. В електрическите машини и апарати вихровите токове са нежелани, тъй като предизвикват допълнителни загуби и намаляват техния К.П.Д. Занамаляване на вихровите токове се използват сърцевини, изработени от стомани с високо специфично съпротивение съдържащи 0.5 – 4.8% силиций. В трансформаторите магнитопроводите се изработват от изолирани един от друг листове стомана с дебелина 0.1 – 0.5мм. В трансформатора няма въртящи се части. Поради това загубите в него са относително малки, а К.П.Д. достига до 98 – 99%. Освен мощностен К.П.Д на трансформатора се използва и понятието енергиен. Под енергиен К.П.Д. се разбира отношението на отдадената за една година енергия към получената за същото време енергия.
V. Приложение на трансформаторите.
Сигнатура:
ИзображениеИзображение
Аватар
Mozo
Lame forum support
Lame forum support
Репутация: 7267
Mozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутацияMozo изгражда репутация
 
Мнения: 144646
Регистриран: 01 Юни 2007
Наличност: 1,335,989.00
Банка: 5,487,926.26
Местоположение: Somewhere In Time
Най-високи резултати: 43
Статистика на победите: 0





Назад към Технически науки

Кой е на линия

Потребители разглеждащи този форум: 0 регистрирани и 0 госта