Понятие постоянного тока, его основные законы. Однофазные и трехфазные трансформаторы, их конструкция, принцип действия. Способы соединения электродвигателей с рабочей машиной, приемы их рациональной эксплуатации. Единицы измерения оптического спектра.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Кафедра тракторов и автомобилей

Контрольная работа

Основные характеристики и законы цепи постоянного тока

Выполнил: студент III курса

заочного отделения

агрономического факультета

Понятие о постоянном токе. Основные характеристики и законы цепи постоянного тока

Для практических целей необходим постоянный ток, имеющий неизменное значение и протекающий в одном направлении в течение любого времени. Чтобы получить такой непрерывный электрический ток, нужно иметь постоянное напряжение. Его создают так называемые генераторы или источники электродвижущей силы.

Наиболее простые цепи постоянного тока - линейные.

Методы расчета и анализа электрических цепей постоянного тока пригодны и для цепей переменного тока, а также для цепей с нелинейными элементами.

В электрической цепи постоянного тока токи и напряжения постоянны, поэтому изменения этих величин во времени равны нулю:

и ,

а следовательно, и напряжение на индуктивности U_L, и ток через емкость 1_С, зависящие от изменения этих величин, также равны нулю:

постоянный ток трансформатор электродвигатель

Отсюда следует, что в индуктивности сопротивление постоянному току равно нулю, т. е. U_L = 0, а емкость, наоборот, является бесконечно большим сопротивлением. Поэтому в цепи с источниками постоянного тока можно исключить все индуктивности, закоротив их, а все ветви, содержащие конденсаторы, -- разомкнуть. В этом случае уравнение электрического состояния контура приобретает вид:

?RI=?E

В уравнении положительные знаки принимаются для тех токов и эдс, направления которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода рассматриваемого контура.

Каждый источник (генератор) ЭДС всегда обладает некоторым сопротивлением. Его называют внутренним сопротивлением и обозначают R_t или r_t. Ток внутри источника ЭДС встречает в нем сопротивление, как и в любом проводнике, и значение этого сопротивления для разных источников различно. В одних источниках оно равно долям ома или единицам ом, а в других достигает десятков, сотен, тысяч и даже миллионов ом. Более мощные источники ЭДС, способные давать большой ток, имеют обычно меньшее R_i, а у маломощных источников R_i бывает более высоким. Например, аккумуляторы имеют R_i около долей ома, сухие элементы-- от долей ома до нескольких ом; у сухих батарей с большим числом последовательно соединенных элементов R_i достигает десятков и даже сотен ом. Внутреннее сопротивление элементов и аккумуляторов увеличивается по мере их разряда. Если внутреннее сопротивление генератора незначительно по сравнению с сопротивлением внешней части цепи, то R_i обычно не принимают во внимание, но это далеко не всегда допустимо.

Внешнее сопротивление часто называют нагрузочным сопротивлением или нагрузкой. Этот последний термин не совсем правильный, так как, строго говоря, под нагрузкой надо понимать ток, который дает генератор. Однако для упрощения слово «нагрузка» применяют и для того прибора, который подключается к генератору и является потребителем энергии.

Общее сопротивление замкнутой цепи, которая всегда является последовательным соединением источника и внешней части цепи, равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:

R_общ=R + R_i.

Именно это полное сопротивление определяет ток в цепи. При прохождении тока через генератор внутри него возникает падение напряжения U_i, которое можно определить, умножив ток в цепи на внутреннее сопротивление: U_i--IR_i. Следовательно, часть ЭДС источника расходуется на преодоление внутреннего сопротивления самого источника.

Падение напряжения U_i, внутри генератора является потерянным. Напряжение на внешней части цепи U всегда меньше, чем ЭДС источника Е, на значение этого внутреннего падения напряжения:

U = E -- U_i или U = E-IR_i.

Иначе говоря, ЭДС генератора является суммой напряжений на R и на R,, т. е.

Е = U + U_i.

Напряжение внешней части цепи U есть не что иное, как напряжение на зажимах или полюсах генератора, так как концы внешней цепи подключены к полюсам этого генератора.

Следует всегда помнить, что напряжение на нагрузке и напряжение на зажимах генератора это одно и то же напряжение. Если к зажимам генератора присоединить вольтметр, то он покажет именно это напряжение, но не падение напряжения внутри генератора. Последнее вообще невозможно непосредственно измерить с помощью вольтметра.

Как видно, между понятиями электродвижущей силы и напряжения есть разница. Электродвижущая сила действует во всей замкнутой цепи, а напряжение является разностью потенциалов только на участке цепи, например на внешней ее части. Поэтому напряжение всегда меньше ЭДС; оно составляет лишь некоторую часть ЭДС.

Когда внутреннее сопротивление генератора невелико, то падение напряжения на нем незначительно и можно приближенно считать, что напряжение на зажимах генератора равно его ЭДС (U?E). Возможен случай, когда разность потенциалов на полюсах генератора точно равна ЭДС. Это будет в случае, когда внешняя цепь разомкнута. Тогда ток равен нулю, и поэтому нет падения напряжения внутри генератора (U_i = 0). Значит ЭДС можно определить как разность потенциалов на полюсах разомкнутого генератора.

Для измерения ЭДС источника тока нужно подключить к его полюсам вольтметр, а внешнюю цепь отсоединить. В действительности и в этом случае будет измерена не ЭДС, а несколько меньшая величина, так как вольтметр потребляет небольшой ток, создающий некоторую потерю напряжения внутри источника.

Чем больше сопротивление самого вольтметра, тем меньший ток он потребляет, тем меньше падение напряжения внутри источника и тем точнее будет измерена ЭДС.

Чтобы подсчитать ток в замкнутой цепи, надо разделить ЭДС на полное сопротивление цепи, т.е. на сумму внешнего и внутреннего сопротивлений:

I = EI(R + R_i) или I = E/R_общ.

Это соотношение называется законом Ома для всей цепи. Его широко применяют для расчета электрических цепей и для объяснения многих явлений в них.

Разделение тока при параллельном соединении происходит по следующему закону: сумма токов, вытекающих из точки разветвления, т. е. сумма токов в ветвях, равна полному току, втекающему в точку разветвления:

I = I₁ + I₂ + I₃.

Этот закон называют первым законом Кирхгофа (в честь немецкого физика Г. Р. Кирхгофа).

В точке разветвления не может происходить потери части электронов. Поэтому общее число электронов, проходящих в одну секунду через поперечное сечение всех ветвей, такое же, как и в проводе до точки разветвления. Конечно, и для второй точки разветвления, в которой все токи снова соединяются вместе, справедливо такое же правило: сумма токов, втекающих в точку разветвления, равна току, вытекающему из этой точки.

Такой же закон справедлив и для воды, например, при разветвлении реки на два рукава. Общее количество воды, протекающей в обоих рукавах, всегда равно количеству воды в основном русле, так как в месте разветвления вода не исчезает и ниоткуда дополнительно не прибывает.

Первый закон Кирхгофа является следствием рассмотренного ранее закона постоянства тока в отдельных частях последовательной цепи. Действительно, хотя отдельные ветви соединены между собой параллельно, но все они, вместе взятые, включены в цепь последовательно. Суммарный ток в них должен быть такой же, как и в остальных частях цепи.

Иногда встречаются более сложные цепи, содержащие несколько источников ЭДС. Для расчета сложных цепей существуют различные методы. Наиболее распространенным является метод, в котором используется второй закон Кирхгофа. В самом общем виде этот закон гласит, что во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряж...