Общая электротехника Однофазный переменный ток Трехфазные цепи Машины постоянного и переменного тока Трансформаторы и выпрямители Электроника Теория электросвязи Анализ электрических цепей Мощность трехфазной цепи

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

Режимы работы источников питания

 


Источник, ЭДС которого имеет одинаковое направление с током (в данном случае Е1, Е2, Е4), работает в режиме генератора. Напряжение такого источника меньше ЭДС этого источника на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Расчет методом узловых потенциалов Будем рассматривать установившийся режим в линейной цепи при гармоническом воздействии

.  (14)

Источник, направление ЭДС которого противоположно току (в данном случае Е3), уменьшает ток в цепи и работает в режиме нагрузки, т.е. является потребителем электрической энергии. Напряжение такого источника

.  (15)

Таким образом, у источников в режиме генератора напряжение меньше ЭДС, а в режиме потребителя – больше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

Баланс мощностей электрической цепи

Любой источник питания имеет определенный запас энергии, которая расходуется в приемниках электрической энергии. В элементах электрической цепи происходит преобразование одного вида энергии в другой. Скорость такого преобразования энергии определяет  электрическую мощность Р.

,  (16)

где А – работа, или электрическая энергия в джоулях [Дж]; Р – мощность в ваттах [Вт]; t – время в секундах [с].

Практической единицей измерения электрической энергии является киловатт-час [кВт·ч], т.е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение одного часа.

Для источника ЭДС, направление которой совпадает с направлением тока, мощность считается положительной.

P=E·I.  (17)

Если направления ЭДС и тока противоположны, то

P=–E·I. (18)

Для приемников электрической энергии, в частности для резисторов, мощность можно определить через величину сопротивления, заменив по закону Ома U=I·R:

P=U·I=I2·R,  (19)

где U – падение напряжения на сопротивлении R.

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей, т.е. алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии должна быть равна алгебраической сумме мощностей всех приемников электрической энергии

В качестве примера составим баланс мощностей для цепи на рис. 5:

  (20)

Потенциалы точек электрической цепи.

Потенциальная диаграмма

В любом замкнутом контуре можно рассчитать потенциалы точек электрической цепи и по их значениям определить напряжение на любом участке цепи. Определим потенциалы точек, обозначенных в рассматриваемой схеме (рис. 6).

В этой схеме, как было сказано выше, источники ЭДС Е1+Е2+Е4 работают в режиме генератора, а источник ЭДС Е3 работает в режиме нагрузки, ток направлен против часовой стрелки.

 


Для расчета потенциалов точек замкнутого контура электрической цепи выбирается исходная точка, от которой начинается расчет. Потенциал этой точки принимается равным нулю (условно ее соединяют с массой). В данной схеме за исходную взята точка О (см. рис. 6).

Таким образом, φО=0. Относительно этой точки в направлении протекания тока рассчитываются потенциалы всех точек контура.

Если на участке между двумя точками включен источник питания, работающий в режиме генератора, то потенциал последующей точки будет больше потенциала предыдущей на величину напряжения этого источника.

.  (21)

Если на участке между двумя точками включен приемник электрической энергии, то потенциал последующей точки будет меньше потенциала предыдущей на величину падения напряжения на этом участке.

.  (22)

Запишем уравнения для потенциалов остальных точек цепи:

;  (23)

; (24)

;  (25)

; (26)

.  (27)

Так как на участке между точками З и О нет ни источников, ни приемников электрической энергии, то .

 


Рис. 7. Потенциальная диаграмма

Потенциальная диаграмма представляет собой график зависимости потенциалов точек цепи от величины сопротивлений участков между этими точками (рис. 7).

Потенциальная диаграмма строится в масштабе. По горизонтальной оси откладываются величины сопротивлений последовательно друг за другом по обходу контура. По вертикальной оси откладываются потенциалы точек.

Допустим, что в результате расчета получились такие потенциалы:

φО=0; φА=8,2 В; φБ=–3 В; φВ=0; φГ=–3 В; φД=–6,2 В; φЖ=–14,2 В; φЗ=0.

Отметив эти точки в координатной системе и соединив их отрезками прямых линий, получим потенциальную диаграмму (см. рис. 7).

Имея потенциальную диаграмму или величины потенциалов точек цепи, легко определить напряжение между заданными точками.

Например, В.

Это же напряжение можно определить графически, как показано на диаграмме.


Преимущества цифровой обработки сигналов