Основные понятия об электрической цепи Расчёт цепей переменного тока Трехфазная цепь Нелинейные электрические цепи Графический метод расчета Выпрямители переменного тока

Основы электротехники Расчет электрических цепей

Если в данный момент времени , это означает, что направление тока в проводнике совпадает с направлением, указанным стрелкой, т. е. положительные заряды перемещаются в направлении стрелки.

Нелинейные электрические цепи Нелинейные электрические цепи постоянного тока

Электрическая цепь считается нелинейной, если хотя бы один из ее элементов является нелинейным. У нелинейного элемента зависимость тока от приложенного напряжения (вольт-амперная характеристика) отлична от прямой линии.

Нелинейными элементами могут быть сопротивления, индуктивности и емкости. Все элементы электрических цепей в силу физических процессов, происходящих в них, обладают некоторой нелинейностью. В линейной электротехнике применяют идеализацию электрических элементов, которая допустима только тогда, когда в рассматриваемых случаях учет нелинейности существенно не влияет на исследование явлений.

Однако встречаются случаи, при которых нелинейность между двумя величинами и является причиной появления принципиально новых явлений, которые невозможны в линейной цепи.

В нелинейных электрических цепях постоянного тока с изменением приложенного напряжения сопротивление нелинейного элемента также меняется. Имея вольт-амперную характеристику (ВАХ) нелинейного элемента, можно определить его сопротивление при любых значениях напряжения или тока. Различают два вида сопротивления нелинейного элемента: статическое и дифференциальное.

Моделирование и анализ электронных схем Курсовая работа

Статическим сопротивлением нелинейного элемента в данной точке ВАХ называется отношение напряжения к соответствующему значению тока,:

 ,

где U – напряжение в точке ВАХ, для которой находится статическое сопротивление; Мощность переменного тока В сложной электрической цепи, состоящей из разнородных элементов R, L, C, одновременно происходят следующие физические процессы: а) необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды (тепловую, механическую и др.), который называется активным; б) обратимый процесс колебания энергии между переменным электрическим полем конденсаторов , магнитным полем катушек и источником энергии, который называется реактивным.

 I – ток в этой точке.

Дифференциальным сопротивлением нелинейного элемента в некоторой точке ВАХ называется предел бесконечного малого приращения напряжения в этой точке к соответствующему приращению тока,

 .

Условное графическое обозначение нелинейного сопротивления на принципиальных схемах имеет вид .

Классификация нелинейных элементов

Нелинейные элементы можно разделить:

– на элементы, нелинейность которых основана на температурной зависимости сопротивления (терморезисторы). К ним относятся устройства, изготовленные из металла (вольфрам, железо в атмосфере водорода) и различных полупроводников;

– на элементы, нелинейность сопротивления которых не определяется температурой (варисторы).

Основной причиной нелинейности ВАХ терморезисторов является изменение удельного сопротивления под действием нагрева при прохождении по элементу тока. Так как величина такого сопротивления зависит от температуры, то при экспериментальном определении ВАХ необходимо указывать состояние окружающей среды (например, окружающая температура 20 0С).

Представителем металлических терморезисторов является лампа накаливания с металлической нитью, характеристика которой показана на рисунке 3.1, а. Ценные свойства имеет бареттер, состоящий из железной спирали, помещенной в стеклянную колбу. Стеклянная колба наполнена водородом при давлении от 50 до 200 мм рт. ст. Вольт-амперная характеристика бареттера изображена на рисунке 3.1, б. Особенностью этой характеристики является наличие относительно большого почти горизонтального участка. Кривая имеет симметричную форму.

Рисунок 3.1 – Вольт-амперные характеристики:

а – лампы накаливания; б – бареттера

Индуктивность якорной цепи компенсированных машин (Lя) в генри

Lя = Lа + Lк + Lд, (5)

где Lа - индуктивность обмотки якоря;

Lк - индуктивность компенсационной обмотки;

Lд - индуктивность обмотки добавочных полюсов.

Индуктивность якорной цепи генераторов (Lя) в генри

, (6)

где w0 - основная угловая скорость вращения якоря, 1/с;

р - число пар главных полюсов.

Индуктивность якорной цепи нереверсивных быстроходных машин (Lя) в генри

, (7)

где Cx = 0,1 - для двигателей;

Cx = 0,2 - для генераторов.

Индуктивность якорной цепи различных групп машин постоянного тока (Lя) в генри

, (8)

где l - безразмерный коэффициент, учитывающий особенность конструкции машины постоянного тока. Его рассчитывают по данным заводского формуляра. При ориентировочных расчетах допустимо использовать средние значения указанного коэффициента, приведенные в табл. 4.

Еще раз следует подчеркнуть, что принцип наложения применим лишь к линейным электрическим цепям. Более того, он может быть положен в основу определения линейной электрической цепи, а именно: если в некоторой электрической цепи реакция на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности, то такая цепь называется линейной. Принцип наложения лежит в основе ряда эффективных расчетных методов теории линейных электрических цепей.
Расчёт сложной цепи с помощью законов Кирхгофа.