- •Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
- •План лекции:
- •1.Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие, записывается тема занятия(время 5 мин.)
- •2. Введение (5 мин.).
- •1. Последовательное соединение приемников в однофазных цепях.
- •1.2. Цепь с активным сопротивлением и емкостью
- •1.3. Цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью
- •Вопрос №2. Параллельное соединение приемников в однофазных цепях (10 мин.)
- •Вопрос №3. Резонанс напряжений и токов (20 мин.)
- •3.1. Резонанс напряжений
- •3.2. Резонанс токов
- •Вопрос №4. Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение (10 мин.)
- •5. Заключение (10 мин.)
- •К следующему занятию курсанты должны:
Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский институт государственной противопожарной службы»
Кафедра «Пожарная безопасность в электроустановках»
ЛЕКЦИЯ
по дисциплине «Электротехника и электроника»
РАЗДЕЛ № 1.Электротехника
ТЕМА № 3. Линейные электрические цепи синусоидального тока
ЗАНЯТИЕ 3.2. Цепи однофазного тока со смешанным соединением приемников
Цели занятия:
учебные – формирование у обучающихся системы знаний о процессах, протекающих в цепях однофазного тока со смешанным соединением приемников, признаках и условиях возникновения резонанса токов и напряжений;
воспитательная – развитие культуры умственного труда, культуры письменной речи, поведения на занятиях;
развивающие – развитие навыков учебного труда (выделить главную мысль, отвечать на поставленные вопросы), познавательных способностей обучающихся.
Методы, применяемые на занятии: лекция с элементами эвристической беседы.
Время: 2 часа (90 мин).
Место проведения: ауд. Л-III.
Учебно-материальное обеспечение: мультимедийный проектор, презентационное сопровождение лекции.
Литература, использованная при подготовке лекции:
Основная
Электротехника и электроника: рабочая программа цикла по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009. 25 с.
Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника и электроника: учеб. М.: Академия, 2005. 9-е изд. С. 36100.
Дополнительная
3. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2008. С. 80135.
План лекции:
1.Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие, записывается тема занятия(время 5 мин.)
2. Введение (5 мин.).
На прошлой лекции мы рассмотрели идеальные цепи однофазного переменного тока, которые содержат по одному приемнику: либо резистор, либо индуктивность, либо емкость. В реальных электрических цепях такие соединения встречаются крайне редко. В основном это последовательные и параллельные, смешанные соединения вышеуказанных элементов. Сегодня мы ознакомимся с методами расчетов таких соединений. Также проанализируем явления резонанса токов и напряжений, условиями их возникновения и методикой расчета.
Остановимся на изучении такого технико-экономического показателя как коэффициент мощности, являющегося одним из основных параметров электрических машин, трансформаторов, потребителей электроэнергии. От этого показателя зависят капитальные и эксплуатационные расходы при проектировании и эксплуатации промышленного оборудования.
Вопросы лекции:
1. Последовательное соединение приемников в однофазных цепях.
2. Параллельное соединение приемников в однофазных цепях.
3. Резонанс в электрических цепях.
4. Коэффициент мощности.
Вопрос № 1. Последовательное соединение приемников
в однофазных цепях (30 мин.)
1.1. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью
Цепь (рис. 1,а) состоит из участков, свойства которых известны. Проанализируем работу данной цепи. Пусть ток в цепи изменяется по закону . Тогда напряжение на активном сопротивлении, т.к. на этом участке напряжение и ток совпадают по фазе. Напряжение на катушке , поскольку на индуктивности напряжение опережает по фазе ток на угол π/2. Построим векторную диаграмму для рассматриваемой цепи (рис 1, б).
а) б)
Рис. 1. Схема цепи переменного тока с R и L, ее векторная диаграмма
Сначала откладываем вектор тока I, затем вектор напряжения UR, совпадающий по фазе с вектором тока. Начало вектора UL, опережающего вектор тока на угол π/2, соединим с концом вектора UR для удобства их сложения. Суммарное напряжение изображается вектором U, сдвинутым по фазе относительно вектора тока на угол φ. Векторы UL, UR, I образуют треугольник напряжений.
Закон Ома для цепи с R и L . На основании теоремы Пифагора для треугольника напряжений имеем
, тогда
где – полное сопротивление цепи, Ом.
Так как полное сопротивление цепи исчисляется по теореме Пифагора, ему соответствует треугольник сопротивлений (рис. 2, а). Поскольку при последовательном соединении напряжения на участках прямо пропорциональны сопротивлениям, треугольник сопротивлений подобен треугольнику напряжений. Сдвиг фаз φ между током и напряжением определяется из треугольника сопротивлений:
;
Для последовательной цепи условимся отсчитывать угол φ от вектора тока I. Поскольку вектор U сдвинут по фазе относительно вектора I на угол φ против часовой стрелки, этот угол имеет положительное значение.
а) б)
Рис. 2. Треугольник сопротивлений и временные диаграммы напряжения, тока и мощности для цепи с R и L
Мгновенная мощность. Мгновенная мощность выражается соотношениями
Мгновенное значение мощности колеблется около постоянного уровня , который характеризует среднюю мощность. Отрицательная часть графика определяет энергию, которая переходит от источника к индуктивной катушке и обратно.
Средняя мощность характеризует расход энергии на активном сопротивлении. Из векторной диаграммы (см. рис. 1,б) видно, что . Тогда
Реактивная мощность характеризует интенсивность обмена энергией между индуктивной катушкой и источником:
Полную мощность применяют для оценки предельной мощности электрических машин:
Единицей полной мощности является вольт-ампер (ВА).
Активная, реактивная и полная мощности графически изображаются треугольником мощностей, который получается из треугольника напряжений, если все его стоны умножить на ток I (рис. 3).
Рис. 3. Треугольник мощностей для цепи с R и L