Переменный ток

1.

Переменный ток
Переменный ток – электрический ток, у которого заряженные частицы периодически
меняют свое направление движения
S – площадь рамки
B – индукция магнитного поля
α – угол между вектором В и перпендикуляром
(нормалью) к плоскости рамки
Ф – магнитный поток, пронизывающий рамку
Е – ЭДС самоиндукции
В
Ф = BS cosα = BS cosωt
E = - ΔB / Δt
R
e = ω BS sinωt
i = e / R = ω BS sinωt / R = Imsinωt

2.

Переменный ток
u
i
I
u = Umsin(ωt +ϕu)
e = Emsin(ωt +ϕe)
i = Imsin(ωt +ϕi)
T
Um
Um
ω
~U
Im
R
t
f=1/T
ω=2πf=2π/T
ImR

3.

Емкостное сопротивление
u = Umsinωt
i = Imsin(ωt + π /2)
i
u
I
~U
Q = C u = CUmsinωt
C
Im = Um / XC
Um
ω
t
XC = 1 / ωC
ImC

4.

Индуктивное сопротивление
E = - L Δ I / Δt
u = Umsin(ωt + π /2)
i
u
I
~U
i = Imsinωt
L
Im = Um / XL
Um
ω
t
XL = ωL
ImL

5.

Электромагнитные колебания
Электромагнитные колебания – периодические взаимосвязанные изменения
зарядов, токов, напряжений, напряженности электрического поля и т.д.
Колебательный контур – электрическая цепь, состоящая из соединенных
конденсатора и катушки индуктивности
L
C
Последовательный колебательный контур
L
C
Параллельный колебательный контур

6.

Электромагнитные колебания
WЭЛ = CU2 / 2
K
1
2
WM = LI2 / 2
E
C
L
T = 2π √ LC
ω = 1 / √ LC

7.

Затухающие электромагнитные колебания
K
R
Qt = Q0e-δt
E
C
u
L
δ = R / 2L
ω = √ ω02 – δ2
T = 2π /
√ ω02 – δ2

8.

Полное сопротивление цепи
I
C
UmL
UmL
~U
Im
L
Um
UmR
R
UmL-UmC
UmR
UmC
Um = √ UmR2 +(UmL –UmC )2
Z = √ R2 +(XL –XC )2

9.

Резонанс
UmL
Z = √ R2 +(XL –XC )2 = √ R2 = R
UmR
Um
Im = Um / R
UmC
IВНЕШ
U0
L
UL
UL >> U0
C
UC
UC >> U0
Резонанс напряжений
L
IK
IВНЕШ
C
IK >> IВНЕШ
Резонанс токов

10.

Работа и мощность переменного тока
Мощность постоянного тока:
P = U I = I2 R
Активная мощность переменного тока:
ϕ – угол сдвига фазы между U и I
ω
P = U I cosϕ,
Um
ϕ
Im
Реактивная мощность переменного тока:
Q = U I sinϕ
cosϕ – коэффициент мощности
Полная мощность переменного тока:
S = √ P2 + Q2
Мгновенная мощность переменного тока:
p = Um sinωt * Im sinωt = Um Im sin2ωt
Средняя за период мощность переменного тока:
PСР = Um Im / 2, т.к. sin2ωT = 1/2
Действующее (эффективное) значение силы тока: IЭФ = Im / √ 2
Действующее (эффективное) значение напряжения: UЭФ = Um / √ 2,
т.к. Р = UЭФ IЭФ = IЭФ2 R = U ЭФ 2 / R

11.

Генератор переменного тока
Принцип работы генератора переменного тока основан на законе электромагнитной
индукции
В
R

12.

Генератор переменного тока
Промышленный генератор

13.

Трансформатор напряжения
Задача
U2 = ~ 12 В
U1 = ~220 В
I=1A
Решение
Rгас
U1
Rгас - ?
I
U2
Rн
Uгас = 220 В -12 В = 208 В
Rгас = Uгас / I = 208 В / 1 А = 208 Ом
P1 = U1 * I = 220 В * 1 А = 220 Вт
P2 = U2 * I = 12 В * 1 А = 12 Вт
Pгас = Uгас * I = 208 В * 1 А = 208 Вт

14.

Трансформатор напряжения
Первичная
обмотка с
количеством
витков w1
Ток первичной
обмотки I1
Напряжение
первичной
обмотки U1
Вторичная
обмотка с
количеством
витков w2
Ток вторичной
обмотки I2
ЭДС
вторичной
обмотки Е2
Напряжение на
нагрузке U2

15.

Трансформаторы напряжения
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или
электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении
материальной среды в магнитном поле.
E1 = -w1 ΔФ / Δt
E2 = -w2 ΔФ / Δt
E2 / E1= w2 / w1
T1
220 В
12 В
Rн
Приниципиальная электрическая схема
Внешний вид трансформаторов

16.

Автотрансформаторы
T1
U1
U2
Условное графическое
обозначение
ЛАТР
Промышленный
автотрансформатор

17.

Генератор трехфазного тока
U
А В С
t

18.

Генератор трехфазного тока
Соединение звездой
I
А
UЛ
R1
UЛ
UФ
0
R2
UФ
С
В
IЛ = IФ
UФ
R3
UЛ
UЛ = √3 UФ

19.

Генератор трехфазного тока
Соединение треугольником
IЛ
А
UЛ
С
UФ
UЛ
UЛ = UФ
R1
IФ
IФ
IЛ
В
IФ
R3
R2
IЛ
IЛ = √3 IФ
UФ

20.

Получение электроэнергии
ТЭС
ГЭС
+ Низкая себестоимость
электроэнергии
+ Использование возобновляемой
энергии
+ Простота управления
+ Быстрый выход на рабочий режим
+ Экологическая чистота
– Привязанность к водоемам
– Возможное затопление пахотных
земель
– Пагубное влияние на экосистему рек
– Возможность строить только на
равнинных реках (из-за
сейсмической опасности гор).
+ Малые финансовые затраты
+ Высокая скорость
строительства;
+ Возможность стабильной
работы вне зависимости от
сезона
АЭС
+ Экологическая чистота
+ Независимость от
источников топлива
– Тяжелые последствия в
случае аварийных
ситуаций
– Работа на невозобновляемых
ресурсах
– Медленный выход на рабочий
режим
– Получение отходов
Дизельные, солнечные, приливные, ветровые, геотермальные электростанции

21.

Передача электроэнергии