рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

По дисциплине Электротехника и электроника. Электрические источники света

По дисциплине Электротехника и электроника. Электрические источники света - раздел Электротехника, Министерство Образования И Науки Российской Федерации...

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Электротехника и электроника»

 

 

Волгодонск, 2012 г.


Введение

Начало изучения электромагнитных явлений следует отнести к XVIII веку, когда впервые была сформулирована унитарная теория электричества, введены понятия двух видов электричества (+ и - ), от­крыт закон взаимодействия зарядов (Б. Франклин, Ш. Дюфе, Ш. Кулон, А. Вольт). Открытие фундаментальных законов электромагне­тизма пришлось на XIX век (А. Ампер, Г. Ом, Х. Эрстед, М. Фарадей, Э. Х. Ленц, Д. Генри, Д. Джоуль, Г. Кирхгоф, Д. Максвелл, Г. Герц и др.) и привело к созданию разнообразных электротехнических уст­ройств, так или иначе используемых в практических условиях.

Электрические источники света (П. Яблочков), электрическая дуга (В. Петров), первые электродвигатели и электрогенераторы (З. Грамм, Г. Феррари, Н. Тесла) и затем трехфазные генераторы и дви­гатели (М. Доливо-Добровольский) достаточно быстро получили практическое применение и уже к концу XIX века появились первые электростанции и электрические системы, предназначенные для пере­дачи электроэнергии на расстоянии.

Столь быстрое развитие электротехники объясняется тем, что ее средствами относительно просто и экономично получают электромаг­нитную энергию, передают к потребителям, где она преобразуется в другие виды - преимущественно в механическую, тепловую и лучи­стую. Использование электромагнитной энергии способствовало тех­ническому прогрессу и позволило значительно улучшить комфорт­ность жизни людей.

Потребление электромагнитной энергии постоянно возрастает как в производственной, так и в социально-бытовой сферах. Вводят в действие все новые и новые электростанции, на которых получают электроэнергию из других видов. Наиболее распространенными явля­ются гидроэлектростанции, тепловые и атомные электростанции.

В Волгодонске - Цимлянская ГЭС - 209МВт, ТЭЦ - 470 МВт, АЭС (два блока - 2000 МВт). Потребление энергии в нашем городе составляет чуть больше 100 МВт, остальное по линиям электропере­дач передается в районные и региональные электрические системы. Передача электроэнергии осуществляется на напряжении 110, 220, 500 кВ. В географической близости от потребителей, на трансформаторных подстанциях напряжение снижается каскадно до 10 - 0,4 кВ и подается непосредственно к электроприемникам.

Большое значение электротехники в строительстве определяется применением механизмов и машин с электрическим приводом (подъ­емные краны, лебедки и т.д) и использованием электротехнологий(сварка и др.). Любые строительные объекты должны иметь систему электроснабжения, питающую электроэнергией осветительные и силовые элек­троустановки.

Следует отметить существенное удобство электрической энер­гии при автоматизации производственных процессов, благодаря точности и быстродействию электрических методов контроля и управления защиты.

Цель нашего курса - обеспечить такую подготовку инженеров-строителей, при которой они будут располагать системой знаний, уме­ний и навыков в актуальных для них областях электротехники.


Линейные цепи постоянного тока

Основные понятия теории электричества

Первоначальным понятием электричества является заряд. Мель­чайшими носителями электричества являются элементарные частицы, которые могут иметь два разноименных заряда («+» - протон, «-» - электрон), некоторые частицы электрически нейтральны (нейтрон).

Главными носителями зарядов в металлах являются свободные электроны и ионы кристаллической решетки. Концентрация их ~ 1028 в м3, это объясняет их хорошую электрическую проводимость.

Материалы, у которых имеется много легкоподвижных носите­лей зарядов, называют проводниками. Материалы, не имеющие электронов проводимости, называют диэлектриками. Промежуточный широкий класс веществ составляют полупроводники.

Электрический ток - это направленное движение заря­женных частиц.

Направлением тока условились считать направление движения положительных частиц (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1

В проводнике возникает постоянный ток, если заряды могут совершать постоянную циркуляцию. Для возникновения тока необходима электрическая цепь - замкнутый путь для тока, со­стоящий из проводников и различных электротехнических устройств.

Непременно в электрической цепи должен быть источник и потреби­тель электроэнергии. В источнике какой-либо сторонний вид энергии (химический, механический и т. д.) преобразуется в электрическую. В потребителях происходит процесс преобразования электрической энергии преимущественно в лучистую, тепловую или механическую. По проводам энергия передается от источника к потребителю.

В электрическую цепь могут быть включены также измеритель­ные приборы, преобразователи, регуляторы, коммутационные, защит­ные устройства и т. д.

Источниками электроэнергии являются турбо и гидрогенера­торы электростанции, аккумуляторы, батарейки и т. д. Приемники - это электрические лампы, электродвигатели, термоустановки.

Одной из важнейших категорий электротехники является сила тока I, равная величине заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

(1.1)

где - заряд, проходящий через сечение проводника за время .

Сила тока - скалярная величина. Единицей измерения служит Ампер (А). Один Ампер - это такой электрический ток, при котором за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кл или 6*1018 электронов. Прибор для измерения тока называется амперметром.

Сила тока:

- в лампочках до 1 А;

- в утюге до 8 А;

- в подъемном кране ~ до 100 А;

- в обмотках турбогенератора АЭС до 15000 А;

- опасно для жизни 0,05 А.

Если за любые два равных промежутка времени через сечение проводника проходит одно и то же количество электричества, то электрический ток является постоянным. Заряженные частицы движутся поступательно по всему контуру электрической цепи.

Направленное движение зарядов в проводнике происходит под действием электрических сил. Причиной возникновения тока в проводнике является электрическое поле. Электрическое поле - это особый вид материи, порождаемый зарядами и действующий с силой на заряды.

Характеристиками электрического поля являются напряженность и напряжение. Силовая характеристика - напряженность - векторная величина, равная отношению силы, действующей на заряд, к величине этого заряда:

(1.2)

Измеряется в или В∙м.

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд со стороны поля.

Энергетическая характеристика двух точек поля или электрической цепи - напряжение - скалярная величина, равная отношению энергии, затраченной на перемещение положительного заряда между двумя точками цепи, к величине этого заряда:

(1.3)

Единица измерения напряжения - Вольт (В).

Если при перемещении единичного заряда из одной точки в другую затрачивается энергия в 1 Дж, то напряжение между двумя точками - 1В.

Напряжение:

- гальванического элемента / батарейки - 1,5 В;

- автомобильного аккумулятора - 12 В;

- квартирных осветительных сетей - 220 В;

- городских кабельных сетей - 6-10 кВ;

- высоковольтных линий электропередачи 110-1150 кВ.

В замкнутой цепи положительные заряды движутся от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом. Но внутри источника они должны двигаться к точке с более высоким потенциалом, то есть против сил электрического поля. Это перемещение зарядов внутри источника происходит за счет не электрических, а сторонних сил. При этом затрачивается сторонняя энергия.

Работу сторонних сил по перемещению единичного заряда внутри источника называют электродвижущей силой (ЭДС). Измеряется ЭДС в Вольтах (В). Как правило, источники энергии имеют внутреннее сопротивление, тогда напряжение на его зажимах (рис. 1.2.):

 

Зависимость напряжения на зажимах источника от тока нагрузки называют внешней характеристикой источника (рис. 1.3, прямая 1). Источники, внутреннее падение напряжения которых мало, т.е. R₀ →0, ∆U→0 называют источником напряжения (рис. 1.3, прямая 2).

 

Рис. 1.2 Рис. 1.3

Сопротивление проводников. Закон Ома

Разные материалы при одинаковой температуре имеют разные проводимости. Каждый материал характеризуется удельным сопротивлением ρ -… где R -сопротивление проводника ρ - удельное сопротивление

Работа и мощность электрического тока.

Энергетический баланс

При постоянном токе величина перенесенного заряда: q = I·t, следовательно: W = U·I·t. (1.5) Энергия измеряется в Джоулях (1 Дж = 1В·А·с)

Эквивалентные преобразования

  Рис.1.5 Ток в этом случае течет один и тот же на всех участках:

Закон Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в одном узле электрической цепи равна нулю. , (1.12) где n -число ветвей, сходящихся в узле.

Потеря напряжения в линиях электропередачи

  Рис. 1.12 Сопротивление проводов линии: .

Электрические цепи однофазного синусоидального тока

Принцип получения синусоидальной ЭДС

· генераторы переменного тока значительно проще, экономичнее и надежнее источников постоянного тока; · переменный ток можно трансформировать: повышать или понижать напряжения на… · двигатели переменного тока применяются в большинстве электроприводов самых разнообразных производственных…

Параметры переменного тока

(2.6)   Рис.2.7

Векторные диаграммы

Переменный ток характеризуется двумя величинами - амплитудой и фазой .

Для математического описания переменного тока широко используется два метода: представление синусоизменяющихся величин вектором на плоскости или, для момента времени t=0, комплексными числами. Удобно строить векторные диаграммы. Вектор на плоскости имеет длину, равную максимальному или действующему значению тока, а угол наклона и горизонтальной оси - начальной фазе (рис.2.15).

 

Рис.2.15

Комплексное число

(2.13)

имеет действительную и мнимую составляющие, а также модуль: , (рис.2.16)

Рис.2.16

Применение векторных диаграмм позволяет упростить расчеты цепей синусоидального тока и получить наглядную картину количественных и фазовых соотношений электрических величин для данного режима.

Резистивный, индуктивный и емкостный элементы в цепях синусоидального тока

· преобразование электрической энергии в другие виды (механическую, лучистую, тепловую); · обмен электромагнитной энергией между магнитным полем индуктивного элемента… · обмен энергией между энергетическим полем конденсатора внешней цепью.

Трансформаторы

Назначение трансформаторов

Применение трансформаторов в силовых электрических сетях позволяет сделать систему передачи и распределения электроэнергии гибкой и удобной. На… Для уменьшения потерь энергии при передаче на большие расстояния напряжение… Существуют трансформаторы специального назначения:

Устройство и принцип действия трансформаторов

  Рис. 5.1 Переменный ток первичной обмотки i, .наводит магнитный поток, основная часть которого замыкается по магнитопроводу, и…

Уравнение электрического состояния трансформатора

(5.4) Для вторичной цепи - напряжение на нагрузке u2 немного меньше ЭДС е2… (5.5)

Уравнение магнитного состояния

где l - длина средней линии сердечника. Значит, сумма намагничивающих сил в любой момент времени должна иметь определенное значение, независимо…   Стало быть - это и есть уравнение намагничивающих сил трансформатора.

Векторная диаграмма трансформатора

  где  

Опыт холостого хода трансформатора

Рис. 5.4 Холостой ход - это режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной цепи …  

Опыт короткого замыкания

Опыт короткого замыкания проводят при заводских испытаниях на пониженном напряжении, увеличивая его постоянно от нуля до тех пор, пока ток I2 не…    

Изменение напряжения на зажимах трансформатора при изменении нагрузки. Внешняя характеристика трансформатора

При изменении комплексного сопротивления нагрузки и неизменном входном напряжении изменяются токи в обмотках

 

При помощи геометрических построений на векторной диаграмме можно построить вектор

На рис. 5.7 показана зависимость ∆U=f(cosφ2).

 

Рис. 5.7 Рис. 5.8

Как видно из рис. 5.7 наибольшее значение ∆U достигает при условии . В этом случае падение напряжения совпадает по фазе с напряжением U1.

Внешняя характеристика трансформатора - это зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при и

при - коэффициент загрузки .

Внешнюю характеристику трансформатора можно описать выражением

 

На рис. 5.8 показана внешняя характеристика при активной и активно индуктивной нагрузке.

Потери мощности. КПД трансформатора

При номинальном значении первичного напряжения , и тока I1 мощность потерь в магнитопроводе и в обмотках практически равны активной мощности в…

Асинхронные машины

Устройство асинхронного двигателя

а) неподвижная часть - статор, в) подвижная часть - ротор. Сердечник статора и ротора собраны из листовой электротехнической стали, он покрыт изоляционным лаком. Сердечник…

Вращающееся магнитное поле

  Рис.6.3 .

Принцип действия асинхронного двигателя. Скольжение

  Рис. 6.9 В момент включения ротор неподвижен, вращающееся магнитное поле наведет в его проводниках электродвижущую силу, и в…

Частота тока ротора. Скорость вращения поля ротора.

частота тока в обмотке ротора но И n=(l-s)n0, тогда

ЭДС и токи в обмотках статора

Тогда ЭДС, наведенная в этом витке здесь l - длина проводника, v - линейная скорость магнитного поля в воздушном… D - диаметр статора. Тогда учтём .

ЭДС и токи в обмотках ротора и их зависимость от скольжения.

здесь C2E − коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей обмотки ротора. При неподвижном роторе (s=1) в его проводниках наводится ЭДС.… С обмоткой ротора, кроме основного магнитного потокосцепления поток рассеяния ротора Ψp2 - часть магнитного…

Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

на скольжение s, тогда здесь x2n - индуктивное сопротивление рассеяния при неподвижном роторе и… Величину r2 удобней представить в виде суммы сопротивлений , где - добавочное сопротивление, значительно…

Преобразование энергии в асинхронном двигателе. КПД.

Активная мощность характеризует преобразование электрической энергии, подводимой к двигателю в механическую энергию на валу. Реактивная мощность…   Рис. 6.15

Коэффициент мощности и рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Как известно . Так как рабочий магнитный поток при постоянстве входного напряжения U1… При холостом ходе активная мощность стремится к нулю, угол сдвига фаз φ→90°. Почти весь ток, потребляемый…

Электромагнитный момент.

Механическая мощность на валу связана с вращающим электромагнитным моментом соотношением.

 

- угловая скорость ротора. Электромагнитная мощность Рэм связана с моментом соотношений

ɷ0 - угловая скорость магнитного поля

 

Связь между ɷ1и ɷ2 определяется скольжением s.

 

или ɷ20(1-s)

,где р число пар полюсов (см.рис.6.2.)

Зависимость электромагнитного момента от скольжения и напряжения сети. Механическая характеристика.

  Увеличение скольжения ведет к увеличению вращающего момента, и наступает… - магнитный поток Ф пропорционален ЭДС статора Ė1, а Ė1=Ů−İ1z1при увеличении скольжения ток…

Пуск в ход асинхронных двигателей.

  Рис. 6.20 При включении двигателя на номинальное напряжение с пусковым реостатом развивается максимальный пусковой момент, а…

Регулирование скорости вращения ротора.

Регулирование скорости осуществляется либо изменением скольжения, либо изменением частоты питающей сети или числа пар полюсов. Изменение скольжения… Регулирование скорости получается плавным, в исполнении достаточно просто, а… Изменение числа пар полюсов можно регулировать скорость ступенчатого при

Работа асинхронной машины в режиме генератора и электромагнитного тормоза.

  Рис.6.22. Если с помощью первичного двигателя заставить вращаться ротор в сторону, противоположную вращению магнитного поля, то…

Синхронные машины.

Назначение синхронных машин.

Синхронные машины имеют постоянную частоту вращения, пропорциональную частоте сети переменного тока, в которую включена данная машина. Используются синхронные машины как генераторы переменного тока на электростанциях, как двигатель, если нужен двигатель, работающий на переменной частоте, как синхронные компенсаторы -машины, предназначенные для улучшения (компенсации) коэффициента мощности электрических установок. Все типы синхронных машин имеют практически одинаковое строение, и лишь незначительные отличия друг от друга.

Устройство синхронных машин.

  Рис. 7.1 Явно полюсный ротор применяется в технических машинах, например, в гидрогенераторах равнинных гидроэлектростанций…

Принцип действия синхронного генератора.

здесь n - скорость вращения ротора и магнитного поля, Р - число пар полюсов, w - число витков фазной обмотки статора,

Уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора. Векторная диаграмма.

Ė0=Ů+İ(r0+jx). Здесь U - напряжение между выводами фазной обмотки синхронного генератора, Irв - падение напряжения в проводах фазной обмотки статора (у генераторов большой мощности составляет 1-2% отUH),

Принцип действия синхронного двигателя.

t - электромагнитный момент МЭМ=0. Увеличение момента сопротивления приводит к смещению ротора относительно поля статора таким образом, чтобы… 1. У синхронных двигателей вращающий момент возникает лишь при равенстве… 2.Скорость синхронного двигателя постоянна и равна

Уравнение электрического состояния и векторная диаграмма синхронного двигателя.

Величина Ir очень мала по сравнению с другими, входящими в это уравнение, если ею пренебречь, получим Ů=Ė0+İjxc. xc− синхронное сопротивление машины. Этому уравнению соответствует…

Угловая и механическая характеристика синхронного двигателя.

  Так как К.П.Д. синхронных двигателей очень высок можно считать Р2=P1, тогда …  

Влияние величины тока возбуждения на коэффициент мощности.

Режим возбуждения, как правило, соответствует ёмкостной реактивной мощности, что позволяет компенсировать индуктивную реактивную мощность… Синхронный двигатель может быть использован в режиме регулируемого емкостного…

– Конец работы –

Используемые теги: дисциплине, Электротехника, электр, электрические, Источники, света0.099

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: По дисциплине Электротехника и электроника. Электрические источники света

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Методическое пособие для практических (семинарских) занятий по дисциплине «Электротехника и электроника. Электротехника»
для практических семинарских занятий... по дисциплине Электротехника и электроника Электротехника... для направления подготовки Информатика и вычислительная техника...

По учебной дисциплине ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
ПРОГРАММА ELECTRONICS WORKBENCH Возможности Electronics Workbench В библиотеки элементов... Базовые элементы...

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ по дисциплине Электротехника и электроника
Учреждение образования Брестский государственный технический университет...

Электрические источники света
Различают три вида электрического освещения. Рабочее освещение предназначается для нормальной деятельно¬сти во всех помещениях и на открытых… Ава¬рийное освещение должно создавать освещенность не менее 5 % общего для… Общее освещение в производственных помещениях может быть равномерным (с равномерной освещенностью по всему помеще¬нию)…

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ по дисциплине EUR 1106 - Экология и устойчивое развитие ООД 1 Учебно-методическое пособие по дисциплине Экология и устойчивое развитие / – Астана: Изд-во ЕНУ
Евразийский национальный университет им Л Н Гумилева... Кафедра Управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды...

Предмет Электротехника и промышленная электроника и его задачи. Обзор развития промышленной электроники
Введение... Предмет Электротехника и промышленная электроника и его задачи... Обзор развития промышленной электроники...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине Элементы электроники Этапы развития электроники
Министерство образования и науки Российской Федерации... Государственное учреждение высшего профессионального образования... Белорусско Российский университет...

На заседании ЦК строительных дисциплин и дизайна Задание к контрольной работе По дисциплине Основы электротехники
государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования... Кемеровский государственный профессионально педагогический колледж... ГОУ СПО КемГППК...

Свет - электромагнитная волна. Скорость света. Интерференция света. Стоячие волны
Однако в начале XIX века былиоткрыты такие явления как дифракция 2 и интерференция 3 ,что дало повод для мыслей, что волновая теория окончательно… Скорость света. Существует несколько способов определения скорости света… Впервом случае промежуток между вспышками составил 48 часов 28 минут. Во второмслучае спутник опоздал на 22 минуты.…

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Дисциплина, код дисциплины– общая врачебная практика
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ... ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ...

0.051
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам