Режим роботи електричного кола.

Розглянемо основні режими роботи електричного кола.

Режим холостого (неробочого) ходу. В цьому випадку і тому

І = 0; U = E; U = 0; P₁ = P₂ = 0 i P = 0; = 1.

Остання рівність пояснюється тим, що при холостому ході відсутні втрати потужності на внутрішньому опорі.

Режим короткого замикання. Коротке замикання має місце при R = 0. Для цього режиму

; U = 0; U = E;; P₂ = 0 i P = P₁;.

При короткому замиканні струм у колі досягає максимального значення.

Режим узгодженого навантаження. Оскільки у двох розглянутих випадках корисна потужність Р₂ = 0, то доцільно знайти умову, за якої ця потужність матиме максимальне значення. Зрозуміло, що ця потужність буде залежити від опору R за умови, що е.р.с. Е і внутрішній опір r будемо вважати незмінними.

З цією метою з рівняння /4.5/ визначимо похідну і прирівнюємо її до нуля:

або.

Звідки виходить, що.

Отже, потужність, що виділяється у зовнішньому навантаженні буде максимальною, коли опір навантаження дорівнює внутрішньому опору джерела.

Такий режим роботи називають узгодженим режимом або режимом узгодженого навантаження.

Очевидно, в цьому випадку будемо мати:

;;;;

; і.

Режим узгодженого навантаження використовують у тих випадках, коли необхідно забезпечити максимально можливе значення вихідної потужності, не звертаючи увагу на величину к.к.д.

Такі режими роботи бувають доцільними в електронних пристроях, для яких характерні невеликі рівні потужності. Електричні системи великої потужності, наприклад, системи енергопостачання, працюють в режимі, близькому до режиму холостого ходу, що забезпечує їх високий к.к.д.

Графіки зміни Е,,, Р₁,, і в залежності від струму І, тобто від режиму роботи, зображені на рис.4.2.

8.Види з’єднання резисторів.

Послідовне сполучення резисторів

При сполученні резисторів послідовно, їх еквівалентною схемою буде резистор з опором рівним сумі опору окремих резисторів:

Паралельне сполучення резисторів

При паралельному сполученні резисторів, обернена величина еквівалентного опору (провідність) дорівнює сумі обернених величин усіх опорів (провідностей).

Змішане сполучення резисторів

Схема складається з двох паралельно сполучених блоків, один з них складається з послідовно сполучених резисторів та , загальним опором , інший з резистора , загальна провідність буде становити .

Таким чином загальний опір можна обчислити за рівнянням.

9. Втрати напруги та потужності в проводах.

Кожний приймач електричної енергії розрахований на відповідне номінальна напруга. Так як приймачі можуть перебувати на значних відстанях від живильних їх електростанцій, то втрати напруги в проводах мають важливе значення. Допустимі втрати напруги в проводах для різних установок не однакові, але не перевищують 4-6% номінальної напруги.

На рис. наведена схема електричного кола, що складається з джерела електричної енергії, приймача і довгих з'єднувальних проводів. При проходженні по ланцюгу електричного струму I свідчення вольтметра U1, включеного до початку ліній, більше показань вольтметра U2, включеного в кінці ліній.

Зменшення напруги в лінії в міру віддалення від джерела викликано втратами напруги в проводах лінії Ui = U1-U2 і чисельно дорівнює падіння напруги. Відповідно до закону Ома, падіння напруги в проводах лінії дорівнює добутку струму в ній на опір проводів: Uii = I * R тоді Ui = U1-U2 = Uii = - опір проводів лінії.

Потужність втрат в лінії можна визначити двома способами:

Pi = Ui * I = (U1-U2) * I або Pii = I * R

Зменшити втрати напруги і втрати потужності в лінії електропередачі можна зменшуючи силу струму в проводах або збільшуючи переріз проводів з метою зменшення їх опору. Силу струму в проводах можна зменшити збільшуючи напругу на початку лінії.

ККД лінії електропередачі визначається відношенням потужності, віддається електроприймачів, до потужності, що поступає в лінію, або відношенням напруги в кінці лінії до напруги на її початку.

10. Баланс потужності.

В колах змінного струму використовується поняття 4-х видів потужності - миттєвої р, повної S, активної P та реактивної Q, S, P, Q пов’язані між собою як сторони прямокутного трикутника:

.

Робота електричних кіл характеризується параметром коефіцієнт потужності cos j:

.

Коефіцієнт потужності показує ступінь використання споживачем потужності джерела (генератора). Найбільш повне використання потужності генераторів електростанцій можливе при роботі генераторів з номінальною напругою, номінальним струмом і cosj=1.

Якщо джерело працює з постійною напругою (U-const), але змінним cosj, то

,

.

Тобто зі зменшенням cosj струм, споживаний навантаженням, збільшується. В результаті:

- збільшуються невиробничі втрати потужності генераторів;

- збільшується пожежна небезпека.

Засоби підвищення cosj:

- обмеження роботи двигунів без навантаження;

- відповідність потужності двигуна потужності навантаження;

- перемикання обмотки статора на “зірку” при зменшенні навантаження;

- застосування компенсаторів, що підвищують cosj. Ємність компенсуючого конденсатора, необхідна для підвищення cosj від cosj₁ до cosj₂:

.

11. Закон Кірхгофа.

Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебраїчна сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю.

Другий закон Кірхгофа встановлює зв'язок між сумою електрорушійних сил і сумою падінь напруги на резисторах замкненого контуру електричного кола. Згідно з цим законом алгебраїчна сума миттєвих значень електрорушійної сили всіх джерел напруги у будь-якому контурі електричного кола дорівнює алгебричній сумі миттєвих значень падінь напруги на всіх резисторах того самого контуру.

12. Лінійні та нелінійні електричні кола.

Електромагнітний пристрій з фізичними процесами, що протікають в ньому та в оточуючому його просторі в теорії електромагнітних кіл замінюють деяким розрахунковим еквівалентом - електричним колом.
Електричне коло - сукупність з’єднаних між собою джерел електричної енергії та навантажень, по яким може протікати електричний струм. Електромагнітні процеси в електричному колі можна описати за допомогою понять, відомих із курсу фізики: струм, напруга, опір, провідність, індуктивність, єм-ність.
Електричний струм - направлений впорядкований рух часток, які несуть електричний заряд. Носії зарядів в металах - вільні електрони, в рідинах - іони. Постійний струм - струм незмінний у часі. Упорядкований рух носіїв зарядів у провідниках спонукається електричним полем, створеним в них джерелами електричної енергії.
Джерела електричної енергії перетворюють хімічну, механічну та інші види енергії в електричну.
Електрична схема - зображення електричного кола за допомогою умовних знаків.

В автоматиці, електроніці та радіотехніці широко застосовують­ся елементи електричних кіл, які характеризуються нелінійною за­лежністю між струмом і напругою U = / (/).

Електричне коло, в яке входять нелінійні елементи, називається нелінійним.

Нелінійну вольт-амперну характеристику мають електровакуумні прилади (див. рис. 2.5, а), фотоелементи (див. рис. 2.5, б), газорозряд­ні прилади (див. рис. 2.6, 2.7), напівпровідникові прилади (див. рис. 2.11).

Велику групу нелінійних елементів становлять нелінійні опори: терморезистори, варистори, баретери та ін.

У цьому розділі розглянуто принцип: розрахунку електричних кіл з нелінійними елементами на основі їхніх вольт-амперних харак­теристик.

13. Визначення магнітного поля. Магнітна індукція та потік.

Магні́ тне по́ ле — складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.

Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором магнітної індукції , магнітне поле також описується вектором напруженості .

У вакуумі ці вектори пропорційні між собою:

,

де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць.

В системі СІ, - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному: .

Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції враховує ще й вплив середовища:

^[1]

де - вектор намагніченості середовища.

Магнітний потік — потік вектора магнітної індукції.

Магнітний потік позначається зазвичай грецькою літерою Φ, вимірюється у системі СІ у веберах, у системі СГСМ одиницею вимірювання магнітного потоку є максвел: магнітний потік поля величиною 1 гаус через сантиметр квадратний площі.

Магнітний потік через нескінченно маленьку площадку dS визначається як

де B — значення індукції магнітного поля, θ — кут між напрямком поля й нормаллю до поверхні. У векторній формі .

Магнітний потік псевдоскалярна величина.

Зазвичай магнітний потік обраховується через поверхню, обмежену певним контуром, наприклад, контуром, який утворюють провідники зі струмом. Оскільки в різних точках поверхні магнітна індукція різна, то проводиться інтегрування

Магні́ тна інду́ кція — векторна фізична величина, основна характеристика величини і напрямку магнітного поля. Вектор магнітної індукції зазвичай позначають латинською літерою .

У системі СГС магнітна індукція поля вимірюється в гаусах (Гс), в системі СІ — в теслах (Тл).

Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля , що характеризує магнітне поле в середовищі:

,

де — магнітна проникність.

14. Абсолютна та відносна магнітна проникність.

Магнітна проникність — характеристика магнітних властивостей матеріалу, в якому магнітна індукція лінійно залежить від напруженості магнітного поля. Найчастіше позначається грецькою літерою . Термін запропонував у вересні 1885 року Олівер Хевісайд.

В системі СІ магнітна проникність є безрозмірною величиною. В порожнечі магнітна проникність має значення - магнітна константа або " магнітна проникність вільного простору", і має точне (визначене)^[1] значення

Н·A^-2.

Відносна магнітна проникність

В системі СІ вводиться також відносна магнітна проникність, інколи позначається символом , є відношення проникності певного середовища до проникності вільного простору (магнітної константи )

В термінах відносної магнітної проникності магнітна сприйнятливість можна записати у вигляді:

де - безрозмірна величина, іноді йменується об'ємометрична або підкладочна сприйнятність, щоб відрізнити її від -ф магнітомасової або специфічної сприйнятності. Тоді буде молярною або молярномасовою сприйнятністю.