Основные электрические принципы. Закон Ома

1.

Основные электрические
принципы
Закон Ома.
Теория Магнетизма.
Закон Фарадея.

2.

Основные единицы измерения.
Герц (обозначение: Гц, Hz) — единица измерения
частоты периодических процессов (например,
колебаний).
1 Гц означает одно исполнение (реализацию)
такого процесса за одну секунду: 1 Гц = 1/с.
10 Гц — десять исполнений такого процесса за
одну секунду.

3.

Вольт (обозначение: В, V) — единица измерения
электрического напряжения в системе СИ.
Вольт равен электрическому напряжению,
вызывающему в электрической цепи постоянный
ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.
Единица названа в честь итальянского физика и
физиолога Алессандро Вольта.
1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ.
СГСЭ (сантиметр-грамм-секунда) — система единиц измерения, которая широко
использовалась до принятия международной системы единиц (СИ).

4.

Ампе́ р (обозначение: А) — единица измерения силы
электрического тока в системе СИ, а также единица
магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциалов
(устаревшее наименование — ампер-виток).
1. Ампером называется сила тока, при которой через
проводник проходит заряд 1 Кл за 1 сек, или плотность тока
при которой через 1 м² рассматриваемой поверхности
проходит заряд 1 Кл за 1 сек.
2. Ампером называется сила постоянного тока, текущего в
каждом из двух параллельных бесконечно длинных
бесконечно малого кругового сечения проводников в вакууме
на расстоянии 1 метр, и создающая силу взаимодействия
между ними 2·10−7 ньютонов на каждый метр длины
проводника.
Ампер назван в честь французского физика Андре Ампера.

5.

Ватт (обозначение: Вт, W) — в системе СИ единица измерения
мощности.
Различают механическую, тепловую и электрическую мощность:
в механике 1 ватт равен мощности, при которой за 1 секунду
времени совершается работа в 1 джоуль.
1 ватт мощности теплового потока эквивалентен механической
мощности в 1 ватт.
1 ватт активной электрической мощности также эквивалентен
механической мощности в 1 ватт и определяется как сила
постоянного электрического тока в 1 ампер при напряжении 1
вольт.
Единица названа в честь шотландско-ирландского изобретателямеханика Джеймса Уатта (Ватта), создателя универсальной
паровой машины.

6.

Ом (обозначение: Ом, Ω) — единица измерения электрического
сопротивления в СИ. Ом равен электрическому сопротивлению
проводника, между концами которого
возникает напряжение 1 вольт при силе постоянного
тока 1 ампер.
Хотя в Юникоде и присутствует значок ома (Ω, Ohm sign, U+2126), но
его каноническим разложением является заглавная греческая
буква омега (Ω, U+03A9), т. е. эти два символа должны быть
неразличимы с точки зрения пользователя. Рекомендуется для
обозначения ома использовать омегу.
При вычислениях, особенно рукописных, следует обращать
внимание на возможную путаницу между Ом и 0 м (так, Ом и 0 м
(метров) — совершенно разные величины) и между 0 и Ω.
Единица названа в честь немецкого учёного Георга Симона Ома.

7.

Куло́ н (обозначение: Кл, C) — единица
измерения электрического заряда (количества
электричества) в Международной системе единиц
(СИ).
Названа в честь французского физика и инженера
Шарля Кулона.
Кулон — это величина заряда, прошедшая через
проводник при силе тока 1 А за время 1 сек.
1 Кл = 1 А·с = 1/3600 ампер-часа.
Элементарный электрический заряд (с точностью
до знака равный заряду электрона)
составляет 1,60217653(14)·10−19 Кл. Заряд
6,24151·1018 электронов равен −1 Кл.

8.

Фара́ д (обозначение: Ф, F; прежнее название — фара́ да) — единица
измерения электрической ёмкости в СИ, названа в честь
английского физика Майкла Фарадея.
1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд
1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт:
1 Ф = 1 Кл/1 В
Таким образом, конденсатор ёмкостью 1Ф, в идеале, может
обеспечить ток 1А при напряжении 1В в течении 1с. На практике
же, напряжение на обкладках конденсатора зависит от его заряда.
Фарад — очень большая ёмкость. Ёмкостью 1 Ф обладал бы
уединённый шар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца.
Ёмкость же Земли (точнее, шара размером с Землю, используемого
как уединённый проводник) составляет около 710 микрофарад.
Конденсатор ёмкостью в 1 фарад.
Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые
в микро-, нано- и пикофарадах и выпускаются ёмкостью до
десятков фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные
конденсаторы ёмкостью до 40 фарад

9.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая
величина, характеризующая работу сторонних
(непотенциальных) сил в источниках постоянного или
переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС
равна работе этих сил по перемещению единичного
положительного заряда вдоль контура.
ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно
говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи.
Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а
только на данном участке. ЭДС гальванического элемента
есть работа сторонних сил при перемещении единичного
положительного заряда внутри элемента от одного полюса
к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена
через разность потенциалов, так как сторонние силы
непотенциальны и их работа зависит от формы
траектории. Так, например, работа сторонних сил при
перемещении заряда между клеммами тока вне самого
источника равна нулю.

10.

Георг Симон Ом (нем. Georg Simon Ohm;
16 марта 1789, Эрланген — 6 июля 1854, Мюнхен) — знаменитый немецкий физик.

11.

Самый главный закон электротехники - закон Ома
Где I – Ток, U – Напряжение, R – сопротивление.
закон Ома для участка цепи
сила тока в проводнике прямо пропорциональна
приложенному напряжению и обратно
пропорционально сопротивлению проводника.

12.

Для быстрого запоминания закона Ома существует Диаграмма.
Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для ее
вычисления.

13.

Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома.

14.

Закон Ома так же является основой для всей
цепочки формул расчета мощности.

15.

16.

Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу
для ее вычисления.

17.

18.

Магнитизм

19.

Магнети́ зм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов,
осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с
электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного
взаимодействия.
Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор
магнитной индукции. В среде вводится также вектор напряжённости
магнитного поля.

20.

Закон электромагнитной индукции
Закон Фарадея

21.

Зако́ н электромагни́ тной инду́ кции Фараде́ я является основным
законом электродинамики, касающимся принципов
работы трансформаторов, дросселей, многих
видов электродвигателей и генераторов. Закон гласит:
Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая
сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока,
проходящего через этот контур.
Или другими словами:
Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного
потока.

22.

Электромагнитная индукция была обнаружена независимо друг от
друга Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году, однако Фарадей
первым опубликовал результаты своих экспериментов.
Диск Фарадея.

23.

Явление возникновения ЭДС, порождённой по закону индукции Фарадея
из-за относительного движения контура и магнитного поля, лежит в
основе работы электрических генераторов.
Если постоянный магнит перемещается относительно проводника или
наоборот, проводник перемещается относительно магнита, то возникает
электродвижущая сила.
Если проводник подключён к электрической нагрузке, то через неё будет
течь ток, и следовательно, механическая энергия движения будет
превращаться в электрическую энергию.
Электрический генератор может работать в «обратном направлении» и
становиться двигателем. Рассмотрим, например, диск Фарадея.
Предположим, постоянный ток течёт через проводящее радиальное плечо
от какого-либо напряжения. Тогда по закону силы Лоренца на этот
движущийся заряд воздействует сила в магнитном поле B, которая будет
вращать диск в направлении, определённым правилом левой руки. При
отсутствии эффектов, вызывающих диссипативные потери, таких как
трение или тепло Джоуля, диск будет вращаться с такой скоростью,
чтобы d ΦB / dt было равно напряжению, вызывающему ток.

24.

Электрический трансформатор
ЭДС, предсказанная законом Фарадея, является также причиной работы
электрических трансформаторов. Когда электрический ток в
проволочной петле изменяется, меняющийся ток создаёт переменное
магнитное поле. Второй провод в доступном для него магнитном поле
будет испытывать эти изменения магнитного поля как изменения
связанного с ним магнитного потока d ΦB / d t. Электродвижущая сила,
возникающая во второй петле, называется индуцированной
ЭДС или ЭДС трансформатора.
Если два конца этой цикла связать через электрическую нагрузку, то
через неё потечёт ток.

25.

Вернемся к закону Фарадея.
Для того, что бы произвести напряжение в генераторной установке мы
нуждаемся в трех составляющих:
1. Проводник
2. Магнитное поле
3. Относительное движение.

26.

Чем интенсивней движение, тем больше напряжение.

27.

AC Voltage
Напряжение переменного тока.

28.

270
90
360
180
Т – это и есть один цикл волны = 1 Гц.
На рисунке Мы видим как работает электрогенератор переменного тока.

29.

Так выглядит 3-х фазный
электрогенератор
переменного тока.
Три обмотки статора
расположены под углом 120°.
При вращении ротора и
наличии поля возбуждения.
Образуется напряжение со
смещение волны на 120°.

30.

Провод, соединяющий общие
концы обмоток генератора и
потребителя,
называют нулевым. Если
нагрузка всех трех фаз
полностью одинакова, то
суммарный ток в нулевом
проводе будет равен нулю. В
применении этого провода нет
необходимости, и, убрав его,
получим
соединение фаз звездой без
нулевого провода. В
отсутствии тока в нулевом
проводе легко убедиться,
сложив алгебраические
значения трех синусоидальных
токов, сдвинутых по фазе на
120 электрических градусов.
Существует и другой способ соединения обмоток генератора и
потребителей, называемый треугольником. В этом случае фазовое и
линейное напряжения равны, а ток в линейном проводе больше тока
в фазе и при одинаковой нагрузке фаз. При соединении обмоток
треугольником отпадает необходимость в применении нулевого
провода.
Напряжение Uд между
линейными проводами
принято называть линейным
напряжением, а напряжение
на каждой фазе Uф —
фазовым напряжением.
Токи в каждой фазе
одновременно являются и
линейными токами.

31.

1. Соединение «звезда»
2. Соединение треугольник
Отличия соединения «звездой» и треугольником заключаются в седующем:
При соединении звездой:
при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение в √3 =
1,73 раза больше фазного (при равномерной нагрузке), а ток в линейном
проводе равен току в фазах генератора.
При соединении треугольником:
Линейные провода при соединении треугольником подключаются к
точкам соединения начала одной фазы и конца другой. Напряжение между
линейными проводами равно напряжению между началом и концом одной
фазы. Таким образом при соединении обмоток генератора треугольником
линейное напряжение равно фазному.
А линейные ток в √3 раз больше фазного.

32.

Наглядный график трехфазной сети переменного тока.

33.

34.

Frequency
Частота

35.

Как же рассчитать с какой скоростью должен вращаться ротор с
определенным количеством полюсов?
Как правило альтернатор имеет кратное 2 число полюсов (Т.е.
имеет парное число полюсов)
А рассчитать частоту или обороты ротора можно согласно формул.
Частота
ʄ=RPM x Number of Poles/120
Или по-русски…
Частота = Кол-во оборотов x кол-во полюсов /120
Обороты ротора
RPM = ʄ x 120 / Nomber of Poles
Или по-русски…
Кол-во оборотов = частота x 120 / кол-во полюсов

36.

И так например.
Мы имеем Генератор переменного тока с 8 полюсами,
с какой скоростью должен вращаться ротор, если Нам
нужно получить частоту 50 Гц?
Используем формулу:
RPM = ʄ x 120 / Nomber of Poles
RPM = 50 x 120 / 8
Ответ:
RPM = 750 об./мин.
Еще пример.
Мы имеем Генератор переменного тока с 4 полюсами,
Обороты двигателя равны 2300 об./мин. С
коэффицентом редукции = 0.78, какую частоту выдаст
альтернатор?
Обороты двигателя =2300 об./мин.
Коэф.редукции = 0.78
Значит Обороты ротора = 1800 об./мин.
По формуле вычисляем:
ʄ=RPM x Number of Poles/120
ʄ=1800 x 4/120
Ответ:
ʄ = 60 Гц.

37.

Мощность и нагрузка
AC1 / AC3

38.

1. Резистивная (Resistive)
Ток и напряжение находятся в фазе.
Нагреватели, лампы накаливания, провода.
2. Индукционная (Inductive)
Трансформаторы, двигатели и т.д.
3. Емкостная (Capacitive)
Лампы дневного света, конденсаторы и т.д.
Ток отстает от напряжения.
Емкостная нагрузка приводит к неправильной работе ГУ.
Ток опережает напряжение.

39.

P real = U x I x PF, кВт
P apparent =U x I x PF, кВA
P = P real / P apparent, кВAR
P=U x I x PF/1000, для однофазной сети
Где,
P – Полная мощность,
PF – Power Factor, коэффициент мощности,
PF - отношение активной мощности к полной, выражается в десятичных
числах.
PF = 1 называется UNITY.

40.

P=U x I x PF x 1,73 /1000, для трехфазной сети
Где,
P – Полная мощность,
PF – Power Factor, коэффициент мощности,
PF - отношение активной мощности к полной, выражается в десятичных
числах. PF = 1 называется UNITY.

41.

Вопросы ?
Спасибо, за внимание.