Similar presentations:
лекции ТКТ
1. КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» Заведующий кафедрой - доктор физико-математических наук, профессор ЛАВРЕНТЬЕВ АНАТОЛИЙ
22. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
143. Кандидат технических наук, доцент ВИНОКУРОВ МИХАИЛ РОМАНОВИЧ
154.
Электрическая цепьпредставляет собой совокупность
устройств и объектов,
предназначенных для передачи,
распределения и взаимного
преобразования электрической
(электромагнитной) и других видов
энергии, если процессы, протекающие
в этих устройствах могут быть описаны
при помощи понятий об
ЭДС, токе и напряжении.
16
5. На сайте: http:// vinokurovuniver.jimdo. com на странице Вашего потока приведен список рекомендуемой литературы
Электрический токПостоянный ток:
Переменный ток:
17
6.
187.
Электродвижущая сила(Э.Д.С.) и электрическое
напряжение
Обозначения источников ЭДС:
измеряется в Вольтах [В]
19
8.
Обозначения напряжения на участках:20
9.
Электрическое сопротивление21
10.
2211.
Единицей измерениясопротивления является [Ом]
Сопротивление можно
определить по формуле
U
R
I
23
12.
ФормулаU
I
R
называется
законом Ома.
24
13. На сайте: http:// vinokurovuniver.jimdo. com на странице Вашего потока приведена данная рейтинговая система
В соответствии сзаконом
сохранения
энергии
выполняется условие
25
14. Раздел Основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей
2615. ТЕМА Основные понятия электрических цепей. Элементы, параметры и схемы электрических цепей. Законы Ома и Кирхгофа.
которое называетсябалансом
мощности
в электрической
цепи
27
16.
Элементы, параметры и схемыэлектрических цепей
Элементы электрической
цепи
делятся на
три основных вида:
резистивные (активные);
индуктивные;
емкостные.
28
17.
Основнойхарактеристикой
резистивного элемента
является его
вольт-амперная
характеристика
(ВАХ)
29
18.
I = f (U),Если эта зависимость линейная, то
резистивный элемент называется
линейным
Если эта
зависимость
нелинейная, то
резистивный
элемент называется
нелинейным
30
19.
Условные обозначения резисторовНаименование
Резистор линейный
Обозначение
Резистор переменный
(общее обозначение)
Резистор нелинейный
31
20.
Индуктивный и емкостнойэлементы
Эти элементы имеют
принципиальное отличие от
резистивных элементов в том, что
в них не происходит
необратимого преобразования
электрической энергии в другие
виды энергии.
32
21.
Условные обозначения катушекиндуктивности
L
Линейная
катушка
индуктивности
НЭ
Нелинейная
катушка
индуктивности
33
22.
Вебер-ампернаяхарактеристика
Ψ- потокосцепление
Ψ=wФ
34
23.
Классическим примероминдуктивного элемента является
катушка, намотанная на
магнитопровод (сердечник).
Напряжение uL и ток iL на
идеальном индуктивном элементе
связаны формулами:
diL
uL L
,
dt
1
i L u L dt
L
где L – индуктивность элемента, Гн.
35
24.
Условные обозначения конденсаторовЛинейный
конденсатор
НЭ
Нелинейный
конденсатор
36
25.
Кулон-вольтнаяхарактеристика
37
26.
Примерами емкостного элементаявляются конденсаторы плоские,
цилиндрические, сферические и т.д.
Для идеального емкостного
элемента ток iC и напряжение uC
связаны соотношениями:
duC
iC C
,
dt
1
u C iC dt
C
где С – емкость элемента, Ф
38
27.
В структуру электрическихцепей входят
ветви, узлы и контуры.
Ветвью называют элементы,
находящиеся между двумя
смежными узлами. По всем
элементам конкретной ветви
проходит одинаковый ток. Ток в
ветви указывается только один раз.
39
28. Элементы, параметры и схемы электрических цепей
Соединение трех и болееветвей называется узлом.
Узлы обозначают точкой.
Если в узел входит хотя
бы одна ветвь не входящая
в другие узлы, узел
называется независимым.
40
29.
Замкнутый путь,проходящий по
нескольким ветвям,
называется контуром.
Если в контур входит хотя бы
одна ветвь не входящая в
другие контуры он
называется независимым.
41
30.
УЗЛЫR1
I3
4
I1
№1
E1
R4
1
R2
I2
№2
E2
I4
I5
R5
3
2
№3
Контур №3
№1
№2
№4
№5
№6
№7
R3
I6
R6
Независимые контура
42
31.
ЗаконыКирхгофа и
Ома для цепей
постоянного
тока
43
32.
4433.
4534.
4635.
4736.
4837.
rВН
49
38.
5039.
5140.
Методы расчётапростых электрических
цепей будут
рассмотрены на
практических занятиях
52
41.
Метод расчёта сложныхэлектрических цепей
Метод контурных токов
В основу данного метода
положен
II
закон Кирхгофа
53
42.
Контурные токи являютсяфиктивными или расчётными
токами, не существующими в
реальности.
Для них составляются
уравнения по II закону
Кирхгофа и формируется
универсальная система
уравнений.
54
43. Законы Кирхгофа и Ома для цепей постоянного тока
Универсальная система уравненийдля трёх независимых контуров:
E11 = I11R11 – I22R12 – I33R13
E22 = – I11R21 + I22R22 – I33R23
E33 = – I11R31 – I22R32 + I33R33
Универсальная система уравнений
для двух независимых контуров:
E11 = I11R11 – I22R12
E22 = – I11R21 + I22R22
55
44.
Rnn – собственные сопротивления контуров;n =1,2,3…….
Собственные сопротивления контуров
определяются сложением всех сопротивлений,
входящих в n - контур
Rkn = Rnk – сопротивления смежных ветвей;
k = 1,2,3…….
Сопротивления смежных ветвей определяются
сопротивлением ветви, находящейся на границе
контура n и контура k.
Enn – собственные ЭДС контуров, которые
определяются алгебраическим суммированием
всех источников ЭДС, входящих в контур n.
56
45.
5746. Сумма токов, подтекающих к узлу электрической цепи равна сумме токов, вытекающих из узла
Электрические цепи,параметры которых
зависят от тока или
напряжения, называются
нелинейными.
58
47.
Вольтамперные характеристикимогут быть заданы:
в виде таблиц;
в виде графиков;
в виде аналитических выражений
59
48.
Симметричные вольтамперныехарактеристики
некоторых
нелинейных
элементов
60
49.
II
U
U
61
50.
IU
62
51. ТЕМА Методы анализа электрических цепей постоянного тока
Несимметричныевольтамперные характеристики
некоторых
нелинейных
элементов
63
52. Методы расчёта простых электрических цепей будут рассмотрены на практических занятиях
IU
64
53.
IU
65
54.
IU
66
55.
Методы расчетанелинейных
цепей
постоянного тока
67
56.
Для нелинейных электрическихцепей остаются справедливыми
законы Кирхгофа.
Для цепей постоянного тока в
установившемся режиме уравнения
по законам Кирхгофа представляют
собой систему нелинейных
алгебраических уравнений.
68
57. ТЕМА Методы анализа нелинейных цепей постоянного тока
Общих методов решения нелинейныхуравнений не существует.
Лишь для небольшого числа частных
случаев могут быть найдены точные
решения.
Все методы подразделяются на:
аналитические;
графические;
графо-аналитические;
численные
69
58.
Графический расчётнелинейных цепей
Последовательное соединение
элементов
I
E
U нэ
UR
НЭ
R
70
59.
Расчет основывается наII законе Кирхгофа, в
соответствии с которым
71
60.
I f U нэUR
I
R
I f U нэ U R f ( E )
n
p
I
m
I
В
С
g
А
U нэ U R
U
E
72
61.
Параллельное соединениеэлементов
I1
U1
НЭ1
I0
U0
I2
НЭ2
U2
73
62.
Расчёт основываетсяна I законе Кирхгофа, в
соответствии с которым
I 0 I1 I 2
74
63.
I0=f(U0)I
g
I0
I2=f(U2)
С
p
I1
В
I2
А
I1=f(U1)
n
0
U
m
U0= U1= U2
75
64.
Нелинейные магнитные цепипостоянного тока
Статические характеристики
магнитных материалов
Для увеличения магнитного потока, а
также для концентрации магнитного
поля и придания ему желаемой
конфигурации в определенном месте
электротехнической установки ее части
выполняют из ферромагнитных
материалов.
76
65.
Законы Кирхгофа для магнитнойцепи. Аналогия между магнитными и
электрическими цепями
Из принципа непрерывности магнитного
потока следует, что для узла магнитной цепи
справедливо выражение
n
Фk 0
k 1
Уравнение является аналогом
первого закона Кирхгофа:
алгебраическая сумма потоков,
сходящихся в узле цепи, равна нулю
77
66.
Из закона полного тока следуетмагнитный аналог
второго закона Кирхгофа:
алгебраическая сумма НС
обмоток в замкнутом контуре
магнитной
цепи равна алгебраической сумме
магнитных напряжений
на отдельных участках контура
78
67.
k nk n
k 1
k 1
k n
k n
k 1
k 1
I k wk H k lk
Fk U мk
79
68.
Между магнитными иэлектрическими величинами
существует аналогия:
Магнитный поток Ф
соответствует
электрическому току I
80
69.
Магнитодвижущая (МДС)или намагничивающая
сила (НС) – F
соответствует
электродвижущей силе
(ЭДС) – E
81
70.
Магнитное напряжениеUм
соответствует
электрическому
напряжению U
82
71.
I ; F E; U м UПо аналогии можно ввести понятие
о магнитном сопротивлении:
Uм
U
R
Rм
I
U м Hl
Hl
l
Rм
Bs 0 Hs 0 s
83
72.
Iw
R
Ф м1
Ф
l1
Iw
s1
Uм1
Rм0
Uм0
Uм2
Rм2
s2
l2
sо = s1
Uм1=Н1l1; Uм2=Н2l2;
Uм0=2Н0
84
73.
Возможны два вариантапостановки задачи:
прямая задача
по заданному магнитному потоку Ф
(или индукции В в заданном сечении)
требуется определить ток I в обмотке
обратная задача
по заданному току в обмотке I
требуется определить магнитный поток
Ф или индукцию В в заданном сечении
85
74.
8675.
8776.
Генераторэлектродвижущей
силы, изменяющейся
во
времени
по закону синуса
88
77.
Основой получения ЭДС,изменяющейся по закону синуса,
является
ЗАКОН
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
89
78.
Nl – длина
рабочей
стороны
рамки
l
ʋx
B
B
ω
ʋ
α
S
90
79.
Тогда:Угол поворота рамки α при
известной скорости её вращения
ω для любого момента времени t
определится соотношением:
91
80.
Таким образом,закон изменения ЭДС
во вращающейся рамке
записывается в следующем
виде:
e Em sin t
92
81.
Переменным источником ЭДС(напряжением или током )
называется источник ЭДС
(напряжение или ток)
изменяющийся во времени.
Величины, значения которых
повторяются через равные промежутки
времени в одной и той же
последовательности, называются
периодическими.
93
82.
Наименьшийпромежуток времени,
через который эти
повторения наблюдаются,
называется
периодом Т [ сек ]
94
83.
Величина, обратная периоду,называется частотой,
измеряемой
в герцах (Гц):
95
84.
Мгновенное значение переменнойвеличины есть функция времени.
Ее принято обозначать следующим
образом:
i (t) – мгновенное значение
тока;
u (t) – мгновенное значение
напряжения;
е (t) – мгновенное значение
источника ЭДС
96
85.
Наибольшее мгновенное значениепеременной величины за период
называется максимальным или
амплитудой:
Im – амплитуда тока;
Um – амплитуда напряжения;
Em – амплитуда источника ЭДС
97
86. Раздел Электрические цепи переменного тока
Действующие значениясинусоидальных функций времени
i(t) = Im sinωt
98
87. ТЕМА Основные свойства и эквивалентные параметры электрических цепей при синусоидальных токах.
Действующие значениянапряжений и источников ЭДС:
U = 0,707Um
Е = 0,707Еm
99
88.
Амплитудные значениянапряжений, токов и источников
ЭДС могут быть определены по
заданным действующим значениям:
100
89.
Изображение синусоидальныхфункций времени
Представление синусоидальных величин
тригонометрическими функциями времени
Аргумент синуса называется
фазой колебаний.
Аргумент синуса при t = 0 называется
начальной фазой колебаний.
101
90.
ω представляет собой скоростьизменения фазы колебаний и
называется
угловой частотой
102
91.
ω = 2πfСдвиг фаз определяется
характером нагрузки
Характер нагрузки может быть:
активным (R ), реактивным (L,C ) и
смешанным (R,L,C)
103
92.
Представление синусоидальныхвеличин графически
104
93.
Представлениесинусоидальных
величин
в виде вращающихся
векторов
на
декартовой
плоскости
105
94.
ii (T) = i (0)
i(t1)
i(t2)
i(0)
t = t2
t=0
t = t1
i(T)
t = t3
t=T
i(t3)
106
95.
Мгновенным значениямсинусоидальной величины
в любой момент времени
соответствуют проекции
вращающегося вектора
на ось ординат для
данного момента времени
107
96.
ImУ i (t) = I sin(ωt+ψ)
m
I
I
m
i (t1)=Im sin(ωt1Im+ψ)
m
ωt1ψ+ψ
ωT+ψ
(t = 0)
i (T)=I
i (0)
= Im sinψ
m sin(ωT+ψ)
ωt2+ψ
Im
i (t3)=Im sin(ωt3+ψ)
Х
i (t2)=Im sin(ωt2+ψ)
-[360-(ωt3+ψ)]
Im
108
97.
Совокупность векторов, изображающихсинусоидально изменяющиеся ЭДС, токи и
напряжения называют
векторными диаграммами.
Векторные диаграммы удобно
строить для начального момента времени
(t=0), что вытекает из равенства угловых
частот синусоидальных величин.
109
98. Действующие значения синусоидальных функций времени
i3(t)i1(t)
i2(t)
110
99.
Yt=0
I1m
Ψi1
I3m
Ψi3
I2m
Ψi2
X
111
100.
Представление синусоидальныхвеличин комплексными числами
Геометрические операции с векторами
можно заменить алгебраическими
операциями с комплексными числами,
что существенно повышает точность
получаемых результатов.
Каждому вектору на комплексной
плоскости соответствует определенное
комплексное число, которое может быть
записано в различной форме.
112
101. Изображение синусоидальных функций времени
+j (Jm)Комплексная плоскость
B
a
jс
Ψ°
-1
C
A
+1 (Re)
-j
в
Показательная
форма
Алгебраическая
форма
113
102.
Поставим в соответствиереальной функции времени
комплексное число:
в показательной форме
модуль
аргумент
или в алгебраической форме
реальная
часть
мнимая
часть
114
103.
или в тригонометрической формеГде:
115
104.
=Jm- КОМПЛЕКСНАЯ
АМПЛИТУДА
116
105.
- КОМПЛЕКСМГНОВЕННОГО
ЗНАЧЕНИЯ
- ОПЕРАТОР ВРАЩЕНИЯ
Комплексная амплитуда ( Ėm )
показывает положение вектора на
комплексной плоскости в момент
времени t = 0.
117
106.
+jEm
ψ
Ėm= Em
+1
jψ
e – комплексная амплитуда
118
107.
Комплекс действующего значенияфункции тока, напряжения или ЭДС
или комплекс функции имеет
следующий вид:
119
108.
Законы электрических цепей вкомплексной форме
Закон Ома для участка цепи с
источником ЭДС
А
İ
Ė
Z
В
Ů
Z – комплексное
сопротивление участка
цепи
109.
Под комплексным сопротивлениемследует понимать сопротивления
элементов различного характера:
резисторов, катушек
индуктивности и конденсаторов.
Сопротивления катушек
индуктивности и сопротивления
конденсаторов переменному току
будут определены в дальнейшем.
121
110.
Первый закон КирхгофаВторой закон Кирхгофа
122
111.
Мощности в электрических цепяхсинусоидального тока
Активная мощность:
Единицей измерения активной
мощности является ватт [Вт]
называется коэффициентом
мощности и может изменяться в
пределах от 0 до 1
112.
Реактивная мощность:Q =UIsinφ
Единицей измерения реактивной
мощности являются
вольт-амперы реактивные
[вар]
124
113.
В электрических цепяхпеременного тока введено
понятие полной мощности
S=UI,
измеряемой в вольт-амперах [ВА].
Связь между мощностями
устанавливается при помощи
треугольника мощностей:
125
114.
P ScosS
φ
P
Q Q Ssin
Q
S P
Q
+Q
2
2
126
115.
127116.
Элементы цепи синусоидального тока.Векторные диаграммы и комплексные соотношения
Резистор
i(t)
R
uR(t)
uR(t) = Ri(t)
128
117.
: √2На резисторе напряжение и
ток совпадают по фазе.
129
118.
Поставим в соответствиемгновенным значениям
комплексные числа:
130
119.
- комплексное сопротивление резистораЗакон Ома в комплексной
форме для резистора
131
120. Законы электрических цепей в комплексной форме
Векторная диаграмма+j
I
U
ψi
ψu = ψi
R
+1
132
121.
Катушка индуктивностиi(t)
L
uL(t)
133
122.
индуктивное сопротивление катушкипеременному току
: √2
134
123. Мощности в электрических цепях синусоидального тока
Напряжение на катушкеиндуктивности опережает ток по
фазе на 90 градусов
135
124.
Поставим в соответствиемгновенным значениям
комплексные числа:
136
125.
- комплексное сопротивлениекатушки индуктивности
Закон Ома в
комплексной форме
для индуктивного
элемента
137
126.
Векторная диаграмма+j
UL
ϕ = 90º
ψi
I
+1
ψu
L
138
127. ТЕМА Комплексный метод анализа электрических цепей переменного тока.
Конденсаторi(t) C
uC(t)
139
128.
емкостное сопротивление конденсаторапеременному току
: √2
140
129.
Напряжение на конденсатореотстает по фазе от тока на 90
градусов
141
130.
Поставим в соответствиемгновенным значениям
комплексные числа:
142
131.
- комплексное сопротивлениеконденсатора
Закон Ома в
комплексной форме
для конденсатора
143
132.
Векторная диаграммаI
+j
ϕ = –90º
ψi
ψu
+1
C
UC
144
133.
Сдвиг Сопротивление Обозначэлемента
фаз
ение
Закон Ома в
комплексной
форме
Активное
сопротивление
Индуктивное
сопротивление
Ёмкостное
сопротивление
R
L
C
0º
90º
– 90º
145
134.
Метод расчёта, в основукоторого положены
комплексные числа,
называется
КОМПЛЕКСНЫМ
или
СИМВОЛИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ
146
135.
Комплексная мощность*
*
- комплекс, сопряженный с комплексом
147
136.
**
148
137.
Баланс мощностейИз закона сохранения энергии
следует, что сумма всех отдаваемых
источниками энергии
активных и реактивных
мощностей
равна сумме всех потребляемых
активных и реактивных
мощностей
149
138.
Уравнение баланса мощностей~
~
150
139.
*151
140.
~Уравнение баланса мощностей в цепях
синусоидального тока
*
152
141.
– ПОЛНОЕ КОМПЛЕКСНОЕСОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКА ЦЕПИ
Rk – активная составляющая полного
комплексного сопротивления
(сопротивление резистора)
Xk – реактивная составляющая полного
комплексного сопротивления
(сопротивление катушки индуктивности и
( или) сопротивление конденсатора )
153
142.
154143.
155144.
Источником трехфазногонапряжения является
трехфазный генератор,
на статоре которого размещена
трехфазная обмотка. Фазы этой
обмотки располагаются таким
образом, чтобы их магнитные оси
были сдвинуты в пространстве друг
относительно друга на угол
в 120 градусов.
156
145.
13
2
157
146.
Принципиальнаясхема
трёхфазного
генератора
158
147.
Схемазамещения
трёхфазного
генератора
А
x
z
C
y
B
159
148.
ЭДС трехфазного генератора160
149.
eeA
eB
eC
ωt
0º
120º
240º0
Временная диаграмма трёхфазного источника ЭДС
161
150.
Трёхфазный источник ЭДС в комплекснойформе имеет следующий вид:
162
151.
Изображение трёхфазного источника ЭДСна комплексной плоскости
EC +j
+120º
EA
+1
–120º
EB
163
152.
Система ЭДСназывается
симметричной,
если выполняется условие:
164
153.
При подключении ктрехфазной системе ЭДС
приёмников электрической
энергии начинают протекать
электрические токи и
образуется трёхфазная
электрическая цепь
165
154. РАЗДЕЛ Трёхфазные электрические цепи
Схемы соединения в трёхфазныхэлектрических цепях
Основными схемами соединений
в трёхфазных
электрических цепях являются соединения
по схеме «звезда» и по схеме «треугольник»
При этом характер соединения источников и
приёмников не зависят друг от друга.
В общем случае, существует 4 основных
вида соединений в трёхфазных
электрических цепях:
166
155. ТЕМА Трёхфазный генератор
соединение по схеме«звезда» – «звезда» ( Υ–Υ )
соединение по схеме
«звезда» – «треугольник» (Υ–∆)
соединение по схеме
«треугольник» – «звезда» (∆–Υ)
соединение по схеме
«треугольник» – «треугольник» (∆–∆)
167
156.
Соединениетрёхфазного
генератора
по схеме
«звезда»
168
157.
Линейные проводаА
Нейтральный
провод
z
x
y
N
C
B
169
158.
— фазные напряжения— линейные напряжения
170
159.
Трёхфазная система напряженийв комплексной форме имеет
следующий вид:
171
160.
Данная связь установлена наосновании
II закона Кирхгофа
172
161.
Меду фазными и линейныминапряжениями генератора всегда
существует связь:
Uф
127
220
380
Uл
220
380
640
173
162.
Линейным называется провод,соединяющий начала фаз обмотки
генератора и приемника.
Точка, в которой концы фаз
соединяются в общий узел, называется
нейтральной – соответственно
нейтральные точки генератора (N) и
нагрузки (n).
Провод, соединяющий нейтральные точки
генератора и приемника, называется
нейтральным или нулевым.
174
163.
Трехфазная система присоединении в «звезду»
без нейтрального провода
называется трехпроводной.
Трехфазная система при
соединении в «звезду» с
нейтральным проводом
называется четырехпроводной.
175
164.
Соединениетрёхфазного
генератора
по схеме
«треугольник»
176
165.
zА
Линейные провода
x
C
y
B
177
166.
178167.
Трёхфазная цепь называетсясимметричной,
если комплексные сопротивления
соответствующих фаз одинаковы,
т.е. если
В противном случае трёхфазная
цепь являются несимметричной.
179
168. Соединение трёхфазного генератора по схеме «звезда»
180169.
Расчёт трёхфазнойэлектрической цепи
будет рассмотрен на
практическом
занятии
181
170.
182171.
183172.
184173.
Конструкция и принципдействия трансформатора
185
174.
186175.
Условные графическиеобозначения трансформаторов
187
176. Соединение трёхфазного генератора по схеме «треугольник»
Генераторы электрических станцийвырабатывают электрическую
энергию при напряжении
6, 10, 15 кВ,
так как на более высокие
напряжения конструировать
электрогенераторы сложно в связи с
трудностью обеспечения хорошей
изоляции обмоток.
188
177.
В то же время в линияхэлектропередачи применяют
напряжения до
110, 220, 400, 500 кВ и более,
чтобы уменьшить силу тока в линии,
а значит и сечение проводов, что
позволяет резко снизить мощность
потерь и стоимость линий
электропередач.
189
178.
Таким образом, необходимыповышающие
трансформаторы,
увеличивающие напряжение
генераторов электрических
станций до напряжения линий
электропередач.
190
179.
В местах потребленияэлектрической энергии необходимы
понижающие
трансформаторы,
чтобы иметь напряжения
380, 220, 127 В и менее.
Электрические трансформаторы
имеют высокий коэффициент
полезного действия, доходящий до
99%, и высокую надежность.
191
180. ТЕМА Расчёт трёхфазных электрических цепей
Электрические трансформаторы –необходимые элементы и в
устройствах малой мощности
(радиоэлектронных устройствах,
компьютерах других).
192
181.
Простейший однофазныйэлектрический трансформатор
состоит из двух обмоток,
размещенных на ферромагнитном
сердечнике, который набран из
изолированных друг от друга
листов электротехнической стали
толщиной 0,3...0,5 мм, с целью
уменьшения потерь на вихревые
токи (потерь в стали) Рс.
193
182. Раздел Основные типы трансформаторов и области их применения
194183. ТЕМА Однофазный трансформатор
195184.
196185.
197186.
198187.
Если К > 1 – трансформаторпонижающий
Если К < 1 – трансформатор
повышающий
Если К = 1 – трансформатор
согласующий
199
188.
Внешняяхарактеристика
трансформаторов
200
189.
201190.
202191.
203192.
Трёхфазные трансформаторы204
193.
205194.
АвтотрансформаторыВ
206
195.
207196.
208197.
209198.
210199.
211200.
212201.
213202.
214203. ТЕМА Трёхфазный трансформатор и автотрансформатор
215204.
216205.
217206.
УСТРОЙСТВОМАШИН
ПОСТОЯННОГО
ТОКА
218
207.
219208.
220209.
221210. Раздел Основные типы электрических машин, области применения, принцип работы и характеристики
222211.
223212.
224213.
РЕЖИМЫРАБОТЫ МАШИН
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1 РЕЖИМ ГЕНЕРАТОРА
225
214.
Основными характеристикамигенераторов являются:
характеристика
холостого хода;
внешняя характеристика;
регулировочная
характеристика
226
215.
РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ227
216. ТЕМА Машины постоянного тока
Основными характеристикамидвигателей являются:
скоростная характеристика;
механическая
характеристика;
рабочие характеристики
228
217.
ЭДС МПТЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
МОМЕНТ МПТ
229
218.
Постоянные коэффициентыи
определяются параметрами
машины постоянного тока
230
219.
231220.
Работа МПТв
режиме
генератора
232
221.
Генератор с независимымвозбуждением
Принципиальная
схема и уравнения:
233
222.
Характеристика холостого хода234
223.
Внешняя характеристика235
224.
Регулировочная характеристика236
225.
Основное достоинствогенераторов с независимым
возбуждением – возможность
регулирования напряжения в широком
диапазоне.
Основной недостаток –
необходимость в дополнительном
источнике питания цепи обмотки
возбуждения.
237
226.
Работа МПТв
режиме
двигателя
238
227.
ДПТ с независимымвозбуждением
Принципиальная
схема и уравнения:
U
Iя
239
228.
240229.
При достиженииноминальных оборотов
реостат полностью
выводится из цепи
Rпуск
241
230.
Из уравненияследует, что с увеличением оборотов
ток якоря уменьшается, а с
уменьшением оборотов – возрастает.
Соответственно изменяется и
вращающий момент:
242
231.
Н а этом базируется принципсаморегулирования ДПТ, т.е.
автоматическое сохранение устойчивой
работы с новой скоростью вращения при
изменении механической
нагрузки на валу.
Суть принципа саморегулирования
заключается в уравновешивании
созданного электромагнитного
вращающего момента с моментом на
валу двигателя, т.е. всегда выполняется
условие:
243
232. Работа МПТ в режиме генератора
244233.
245234.
Для изменения направления вращенияДПТ (реверсирования) достаточно
изменить направление тока
либо в якорной обмотке
либо в обмотке возбуждения
При одновременном изменении тока
направление вращения сохранится.
246
235.
Из уравнениявыразим скорость вращения ДПТ:
- скоростная характеристика ДПТ
247
236.
nФ
Iв
Iв
248
237.
Преобразуем уравнение- механическая характеристика ДПТ
249
238. Работа МПТ в режиме двигателя
250239.
- искусственные механическиехарактеристики ДПТ для различных
значений пускового реостата Rп.
При Rп = 0 искусственная
механическая характеристика
преобразуется в естественную
механическую характеристику.
;
251
240.
Естественная механическаяхарактеристика ДПТ является «жёсткой»,
т.к. изменение нагрузки
на его валу в пределах от
0 (режим холостого хода) до М вр.ном.
вызывает изменение скорости на 3%–8%.
Скорость вращения в режиме холостого
хода (М вр.=0 ) определяется
соотношением:
252
241.
Рабочие характеристики ДПТ253
242.
254243.
255244.
Вращающеесямагнитное поле
256
245.
257246.
258247.
259248.
260249.
261250.
p =1
n =
3000
2
3
4
5
1500 1000 750
600
262
251.
Конструкция трёхфазногоасинхронного двигателя(АД)
263
252.
264253.
265254. ТЕМА Асинхронные машины
266255.
267256.
268257.
269258.
270259.
271260.
272261.
273262.
274263.
275264.
Принцип действия трёхфазногоасинхронного двигателя(АД)
276
265.
277266.
Определим частоту наведённоготока при вращении ротора
278
267.
Реверсирование АД( изменение направления вращения)
279
268.
Механическаяхарактеристика АД
280
269.
281270.
Рабочиехарактеристики АД
282
271.
283272.
284273.
Конструкция и принцип действиясинхронной машины
285
274.
286275.
287276.
288277.
289278.
290279.
291280.
292281.
293282.
294283.
295284. ТЕМА Синхронные машины
296285.
297286.
298287.
299288.
300289.
301290.
Классификация полупроводниковыхприборов
Основные элементы электронных
схем современной электроники :
302
291.
Полупроводниковые диоды303
292.
304293. Раздел Параметры современных полупроводниковых устройств
305294. Тема ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Транзисторы306
295.
307296.
308297.
309298.
Тиристорами называютполупроводниковые приборы с двумя
устойчивыми режимами работы
(включен, выключен), имеющие три
или более p-n – переходов.
Тиристор по принципу действия –
прибор ключевого типа.
Во включенном состоянии он подобен
замкнутому ключу, а в выключенном –
разомкнутому ключу.
310
299.
Тиристоры являются основнымиэлементами в силовых устройствах
электроники, которые называют также
устройствами преобразовательной техники.
311
300.
Графическое изображение тиристора312
301.
При увеличении внешнего прямогонапряжения до величины Uпер
происходит лавинный пробой перехода
П2, ток Iа резко возрастает до величины,
ограниченной внешним
сопротивлением Rн, а напряжение на
тиристоре резко падает до величины
1-2 В.
Таким образом, тиристор переходит
скачкообразно во включенное
состояние.
313
302.
314303.
Если в цепь УЭ - К податьнекоторый ток управления Iу, то
тиристор включается при меньшем
напряжении Uneр1, а при некотором
Iу=Iспр(ток спрямления) тиристор
включается при Uneр = 2 - 5 В.
При обратном внешнем напряжении
Uoбp тиристор ведет себя как
обычный выпрямительный диод.
315
304.
После включения тиристор остаетсяво включенном состоянии и при
Iу = 0, если на его аноде присутствует
прямое напряжение. Поэтому для
включения тиристора при наличии
положительного напряжения на его
аноде Upaб < Ump достаточно в цепь
УЭ - К подать кратковременный
импульс тока управления.
316
305.
Операционный усилитель (ОУ) –это высококачественный усилитель,
предназначенный для усиления как
постоянных, так и переменных сигналов.
Вначале такие усилители
использовались в аналоговых
вычислительных устройствах для
выполнения математических операций
(сложения, вычитания и т. д.).
Это объясняет происхождение термина
«операционный».
317
306.
Графическое обозначениеоперационного усилителя
318
307.
Инвертирующий усилитель на основеоперационного усилителя
319
308.
Rосu вых u вх
R1
320
309.
Напряжение uдиф междуинвертирующим и
неинвертирующим входами
называют дифференциальным
напряжением (дифференциальным
сигналом).
.
u диф u u
321
310.
Операционные усилителиконструируют таким образом,
чтобы они как можно больше
изменяли напряжение uвых при
изменении дифференциального
сигнала .
322
311.
Передаточная характеристикаоперационного усилителя К140УД1Б
323
312.
В линейном режимеu в ых К u диф
где К – коэффициент усиления по
напряжению
Обычно величина К лежит в
пределах 104…105.
324
313.
МикросхемыПо степени интеграции
различают малые, средние,
большие (БИС) и сверх большие
(СБИС) интегральные микросхемы.
Микросхемы представляют собой
интеграцию десятков, сотен и тысяч
отдельных элементов (резисторов,
диодов, транзисторов) в едином
кристалле полупроводника с
325
314.
образованием необходимыхсоединений между ними .
Этот кристалл помещается в
корпус с образованием
необходимых выводов для
внешних соединений.
326
315.
327316.
328317.
Для работы функциональныхустройств электроники в
большинстве случаев требуются
различные уровни постоянных
напряжений. Поэтому в качестве
основной части электронной
аппаратуры является блок
питания.
329
318.
Типовая схемавторичного источника питания
330
319.
В общем случаеБЛОК ПИТАНИЯ содержит:
Трансформатор, изменяющий переменное
напряжение сети до необходимого уровня;
Выпрямитель, преобразующий переменное
напряжение в пульсирующее напряжение;
Сглаживающий фильтр, снижающий
пульсации выпрямленного напряжения;
Стабилизатор постоянного напряжения,
снижающий изменения входного напряжения
при изменениях напряжения сети.
331
320.
Для уменьшения веса и габаритовтрансформатора и сглаживающего фильтра,
работающих на частоте 50 Гц, используют
источник питания с преобразователем
частоты
332
321.
Инверторы – это устройства,преобразующие постоянный ток в
переменный
333
322.
Схема состоит из инвертирующеготиристорного моста VS1-VS4, в одну из
диагоналей которого включен
последовательный резонансный контур,
состоящий из конденсатора СK, дросселя LK
и нагрузки с сопротивлением RH.
К другой диагонали подключен
источник постоянного напряжения Uo.
С помощью системы управления
импульсами тока осуществляется
попарное отпирание тиристоров -VS1-VS2
и VS3-VS4 с частотой ωУ .
334
323.
Параметры LK, CK и RH выбираютсятакими,
чтобы
переходный
процесс
перезаряда
конденсатора
СК
был
затухающим колебательным.
При
отпирании
очередной
пары
тиристоров, например, VS1-VS2, происходит
колебательный перезаряд конденсатора CK
по цепи: + Uо VS1 CК LК RH VS2 – Uо.
335
324.
К концу полупериода собственной частотыконтура ωс = 1/ √LКCК ток в нем спадает
до нуля, и тиристоры VS1-VS2 запираются,
сформировав прямую полуволну напряжения
UH на нагрузочном резисторе RH.
Спустя время, равное времени выключения
тиристоров VS1-VS2, отпирается другая пара
тиристоров VS3-VS4, при этом образуется
контур обратного перезаряда конденсатора CК
: + Uо VS3 CК LК RH VS4
– Uо. , a в
нагрузочном резисторе – обратная полуволна
напряжения UH. Далее процессы в схеме
периодически повторяются.
336
325.
Выпрямители337
326.
338327.
339328. ТЕМА Источники вторичного электропитания
340329.
341330.
342331.
343332.
344333.
Сглаживающие фильтрыВыпрямленное напряжение имеет
существенные пульсации, поэтому
широко используют сглаживающие
фильтры – устройства, уменьшающие
эти пульсации. Важнейшим
параметром сглаживающего фильтра
является коэффициент сглаживания
S = ε1 / ε2, причем ε1 и ε2 определяют
как коэффициенты пульсаций на входе
и выходе фильтра соответственно.
345
334.
346335.
Схемы фильтров, применяемых ввыпрямителях
347
336.
Стабилизатор постоянногонапряжения
Различают параметрические и компенсационные
стабилизаторы.
Простейшими являются стабилизаторы
параметрического типа, состоящие из балластного
резистора и стабилитрона.
348
337.
Если напряжениеuвх
настолько
велико, что стабилитрон находится в
режиме пробоя, то изменения этого
напряжения практически не вызывают
изменения напряжения uвых .
При
изменении
напряжения
uвх
изменяется только ток i,
а также
напряжение
uR i R
349
338.
Преобразователи частотыПреобразователи частоты применяют тогда,
когда потребители требуют для своего
функционирования электрическую энергию
непромышленной частоты
(электротермические или ультрозвуковые
технологические установки) либо энергию
регулируемой частоты (регулирование
частоты вращения асинхронных и
синхронных двигателей).
350
339.
U1 , f 1U0 , f =0
В
U2 , f 2
И
Выпрямитель
В
преобразует
переменное
напряжение U1 частотой f1 в постоянное
напряжение Uo, а инвертор И осуществляет
обратное
преобразование
постоянного
напряжения Uo в переменное U2 требуемой
частоты f2, которая, при необходимости, может
351
340.
Преобразователи постоянногонапряжения
Основными структурными составляющими
преобразователей постоянного напряжения
являются инвертор И, трансформатор Т1 и
выпрямитель В.
Инвертор И преобразует постоянное
напряжение
Uо1
в
переменное
U 1,
трансформатор Тр повышает или понижает
его до уровня U2, а выпрямитель В
преобразует переменное напряжение U2 в
постоянное Uо2 требуемой величины.
352
341.
U01 , f =0В
U1 , f 1
U2 , f 2
Тр
U02 , f =0
И
353
342.
354343.
355344.
356345.
357346.
358347.
359348.
360349.
361350.
Импульсный режимработы устройств
362
351.
В отличии от аналоговых вимпульсных функциональных
устройствах кратковременное
воздействие сигнала чередуется с
паузой.
В импульсных устpoйcтвах
полупроводниковые приборы
работают в ключевом режиме,
предполагающем только два
крайних состояния: включено и
выключено.
363
352.
Импульсный режим работы устройств имеетследующие два важнейших преимущества:
резко повышается помехоустойчивость;
информация о сигнале простым и
естественным образом представляется в
цифровой форме, что позволяет
использовать большие и все возрастающие
возможности цифровой обработки
информации.
364
353.
365354. ТЕМА Усилители электрических сигналов на транзисторах
Участок трапецеидального импульса АВназывают фронтом, участок ВС – вершиной,
участок СD – срезом, отрезок АD –
основанием. Иногда участок АВ называют
передним фронтом, а участок СD – задним
фронтом.
366
355.
Наиболее распространенным генераторомпрямоугольных
импульсов
является
мультивибратор,
который
представляет
собой
двухкаскадный усилитель с
глубокими положительными перекрестными
обратными связями.
367
356.
Из прямоугольного импульса нетрудносформировать импульс экспоненциальной
формы
368
357.
Для формирования линейно изменяющегосянапряжения применяют интегрирующую
цепь в совокупности с электронным ключом
Генератор линейно-изменяющегося
напряжения (ГЛИН)
369
358.
Транзисторные ключиТранзисторный ключ является
основным элементом устройств
цифровой электроники и очень
многих устройств силовой
электроники. Параметры и
характеристики транзисторного
ключа в очень большой степени
определяют свойства
соответствующих схем.
370
359.
Простейший ключ на биполярномтранзисторе
371
360.
ТриггерыТриггер - электронное устройство,
обладающее
двумя
состояниями
устойчивого равновесия, способное скачком
переходить из одного состояния в другое под
воздействием
внешнего
управляющего
сигнала. Схема триггера может быть
получена из схемы мультивибратора, если
конденсаторы в обратных связях заменить
резисторами
372
361. ТЕМА Импульсные и автогенераторные устройства
373362.
Математические и логическиеосновы цифровой
электроники
374
363.
375364.
На рисунке приведеныпримеры условных графических
обозначений основных
логических элементов.
376
365.
377366.
378367.
379368.
380369.
381370.
382371.
383372.
384373. ТЕМА Основы цифровой электроники. Цифровые преобразователи
385374.
386375.
Кодирование импульсных сигналовдвоичной системой счисления.
387
376.
388377.
389378.
390379.
391380.
392381.
Способы передачи информации:последовательный, параллельный
393
382.
394383.
395384.
396385.
Структурная схема ЭВМ397
386.
398387.
399388.
400389.
401390.
На основе микропроцессора можетбыть создан программируемый
логический контроллер, основная
задача которого — сбор информации
с датчиков, последующая обработка
по
заданным
пользовательским
алгоритмам,
а
также
выдача
соответствующих
управляющих
сигналов
на
исполнительные
устройства.
402
391.
Применение МП для управлениятехнологическими процессами, металлорежущими станками, прокатным оборудованием,
уличным движением, измерительными процессами позволяет рассредоточить функции
управления, разгрузить большие ЭВМ, за
которыми в этом случае остаются функции
центрального управления.
На примере цифрового вольтметра
(ЦВ) рассмотрим что даёт применение микроЭВМ.
403
392.
Аналого-цифровой преобразователь(АЦП)
преобразует
аналоговую
измеряемую
величину
Ux
в
цифровой код, а цифровое отсчетное
устройство
(ЦОУ)
представляет
результат измерения в цифровой
форме.
.
404
393.
В состав собственно микро-ЭВМ входятМП, постоянное запоминающее устройство ПЗУ, хранящее неизменяемую
цифровую информацию (нaпpимер, коды
команд, образующих программу работы
ЦВ), и оперативное запоминающее
устройство ОЗУ, в которое заносится
текущая, обновляемая в процессе
работы цифровая информация
405
394.
406395.
407396. ТЕМА Микропроцессорные средства
408397.
409398.
410399.
411400.
412401.
ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫЭлектронным вольтметром называется
прибор, показания которого вызываются
током электронных приборов, т. е.
энергией источника питания вольтметра.
Измеряемое напряжение управляет
током электронных приборов, благодаря
чему входное сопротивление
электронных вольтметров достигает
весьма больших значений и они
допускают значительные перегрузки.
413
402.
Электронные вольтметры делятся нааналоговые и дискретные.
В аналоговых вольтметрах измеряемое
напряжение преобразуется в
пропорциональное значение
постоянного тока, измеряемое
магнитоэлектрическим
микроамперметром, шкала которого
градуируется в единицах напряжения
(вольты, милливольты, микровольты).
414
403.
В дискретных вольтметрах измеряемоенапряжение подвергается ряду
преобразований, в результате которых
аналоговая измеряемая величина
преобразуется в дискретный сигнал,
значение которого отображается на
индикаторном устройстве в виде
светящихся цифр.
Аналоговые и дискретные вольтметры
часто называют стрелочными и
цифровыми соответственно.
415
404.
По роду тока электронные вольтметры делятся навольтметры постоянного напряжения,
переменного напряжения, универсальные и
импульсные.
Кроме того, имеются вольтметры с частотноизбирательными свойствами — селективные.
Аналоговые вольтметры переменного
напряжения.
U~
ДН
АПр
УПТ
V
Структурная схема аналогового
электронного вольтметра
с амплитудным преобразователем
416
405.
Электронный вольтметр переменногонапряжения состоит из преобразователя
переменного напряжения в постоянное,
усилителя и магнитоэлектрического
индикатора.
Часто на входе вольтметра
устанавливается калиброванный
делитель напряжения с помощью
которого увеличивается верхний предел
измеряемого напряжения.
417
406. Раздел Основные типы и области применения электронных приборов и устройств
В зависимости от вида преобразованияпоказание вольтметра может быть
пропорционально амплитудному
(пиковому), средневыпрямленному или
среднеквадратическому значению
измеряемого напряжения.
418
407. Тема Классификация аналоговых и дискретных электронных устройств
Цифровые электронные вольтметрыПринцип работы вольтметров дискретного
действия состоит в преобразовании
измеряемого постоянного или медленно
меняющегося напряжения в электрический
код, который отображается на табло в
цифровой форме.
В соответствии с этим обобщенная
структурная схема цифрового вольтметра
состоит из входного устройства ВхУ,
аналого-цифрового преобразователя АЦП и
цифрового индикатора ЦИ.
419
408.
UВхУ
АЦП
ЦИ
Обобщенная структурная
схема цифрового вольтметра.
420
409.
В основу аналого-цифровогопреобразования может быть положен
различный принцип работы:
АЦП с время-импульсным
преобразованием;
АЦП с частотным преобразованием;
АЦП с двойным интегрированием
421
410.
422411.
В цифровых измерительныхприборах (ЦИП) обязательно
выполняются следующие
операции: квантование
измеряемой величины по уровню,
ее дискретизация по времени и
кодирование, т.е. преобразование
в цифровой код.
423
412.
Большинство современных ЦИП имеютвыход, позволяющий передавать
измерительную информацию в
компьютер, и одна из их важнейших
функций – использование в качестве
промежуточных измерительных
преобразователей аналоговых величин в
цифровой код в информационноизмерительных и автоматизированных
системах контроля и управления с
цифровой обработкой информации.
424
413.
В настоящее время элементной базойЦИП являются аналоговые и цифровые
интегральные микросхемы, что
позволяет достигнуть высокого
быстродействия и малых габаритных
размеров приборов. Применение
интегральных микросхем средней и
большой степеней интеграции
расширило функциональные
возможности ЦИП и их надежность при
одновременном снижении энергозатрат.
425
414.
Перспективным направлениемразвития ЦИП является применение
микропроцессоров, которые
обеспечивают управление процессом
измерения, самодиагностику,
автоматическую градуировку по
заданной программе, а также первичную
обработку результатов измерения
(линеаризацию функции
преобразования, коррекцию
погрешностей, сжатие данных).
426
415.
Таким образом, ЦИП наиболее полноудовлетворяют основным требованиям,
предъявляемым в настоящее время к
измерительной аппаратуре:
- высокая точность и быстродействие,
- автоматизация процессов измерения и
обработки информации.
427
416.
Обобщенная структурная схема ЦИП428
417.
Структурная схема содержит входнойаналоговый преобразователь АП,
аналого-цифровой преобразователь
АЦП, образцовую меру М, цифровое
средство отображения информации
ЦСОИ и устройство управления УУ.
429
418.
Аналоговый преобразовательпреобразует измеряемую величину х (t)
в функционально с ней связанную
аналоговую величину y (t), более
удобную для преобразования в
цифровой код.
В качестве АП используются усилители,
делители, фильтры, преобразователи
неэлектрических величин в
электрические и т. п.
430
419.
АП является важнейшим элементомизмерительного прибора, поскольку
именно он определяет чувствительность,
динамический диапазон и частотный
диапазон прибора.
Аналого-цифровой преобразователь
выполняет операции квантования по
уровню и по времени аналоговой
величины, сравнения ее с мерой и
кодирование результатов.
431
420.
При этом на выходе вырабатываетсядискретный сигнал ДС, который
преобразуется ЦСОИ в цифровой
отсчет N или в виде кода вводится в
компьютер.
Образцовой мерой может служить,
например, генератор импульсов с
эталонной амплитудой и частотой
повторения.
432
421.
Цифровым средством отображенияинформации служит обычно цифровой
индикатор или дисплей.
В качестве устройства управления
можно использовать микропроцессор,
который реализует необходимый
алгоритм измерения.
433
422. Тема Структура аналого-цифровой системы управления
434423.
435424.
Электрические измерительные приборы –необходимые элементы электрических
цепей при контроле режимов работы
электрооборудования, учете
электроэнергии, при экспериментальном
исследовании электрических цепей, при
получении достоверной информации для
систем автоматического управления.
Электрические измерительные приборы
измеряют как электрические величины (ток,
напряжение, мощность,
436
425.
cos φ, частоту, электрическую энергию ит.д.), так и неэлектрические величины
(температуру, давление и др).
Электрические измерительные приборы
отличаются высокой чувствительностью,
простотой конструкций и надежностью.
Показания электрических измерительных
приборов относительно просто передавать
на дальние расстояния (телеизмерения)
при автоматизации и управлении
технологическими процессами.
Недостатком электрических измерительных
437
426.
Системы электрическихизмерительных приборов
Электрический измерительный прибор
состоит из подвижной и неподвижной
частей. По перемещению подвижной части
измеряют значения измеряемых величин.
В зависимости от принципа действия
различают системы: магнитоэлектрическую,
электромагнитную, электродинамическую,
тепловую, индукционную и др.
438
427.
Nп/п
1
2
3
4
5
Система прибора
Обозначение
Магнитоэлектрическая
Электромагнитная
Электродинамическая
Тепловая
Индукционная
439
428.
ИЗМЕРЕНИЕМ называют нахождениезначения физической величины опытным
путем с помощью специальных
технических средств –
средств измерений.
Средства электрических измерений –
технические средства, используемые
при электрических измерениях и
имеющие нормированные
метрологические характеристики.
440
429.
К ним относятся:меры;
электроизмерительные
приборы;
измерительные
преобразователи;
электроизмерительные
установки;
измерительные
информационные
системы
441
430.
442431.
Чувствительность:
Чувствительность S
электроизмерительного прибора
– это отношение изменения
сигнала на выходе
электроизмерительного прибора
y
S
.
x
443
432.
В общем случае чувствительностьy dy
S lim
.
x 0 x dx
Следовательно, при нелинейной
статической
характеристике
чувствительность зависит от х, а при
линейной статической характеристике –
она постоянна. У электроизмерительных
приборов при постоянной
чувствительности шкала равномерная,
то есть длина всех делений одинакова.
444
433.
Статическая характеристикаСтатическая характеристика
измерительного прибора – зависимость
выходного сигнала у от входного
сигнала х в статическом режиме
работы указанного прибора.
Статическая характеристика в общем
случае описывается нелинейным
уравнением:
y f (x).
445
434. Раздел Методы измерения электрических и магнитных величин
Например, для измерительныхприборов магнитоэлектрической
системы статической характеристикой
будет являться уравнение, в котором
входным сигналом будет являться
электрический ток I, а выходным –
угол поворота катушки α:
S I.
446
435. Тема Классификация средств и методов измерений
Погрешности измерительныхприборов
Абсолютная погрешность прибора в
данной точке диапазона измерения
равна:
х хи
x – показание прибора;
xи – истинное значение
измеряемой величины.
447
436.
Относительная погрешность –отношение абсолютной погрешности к
истинному (действительному) значению
измеряемой величины:
,
хи х д
или в процентах
(%) 100%.
хд
448
437.
Приведенная погрешностьэлектрического измерительного
прибора равна отношению абсолютной
погрешности к нормирующему значению
xN, которое принимается равным
верхнему пределу измерений (если
нулевая отметка находится на краю или
вне шкалы) или диапазону измерения
(если нулевая отметка находится внутри
диапазона измерений):
449
438.
,хN
или в процентах
(%)
100%.
xN
450
439.
Класс точностиКласс точности К обозначается
одним числом, равным максимально
допустимому значению основной
приведенной погрешности, выраженной
в процентах:
К
100 100
хN
Электроизмерительные приборы
делятся на 8 классов точности:
0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0.
451
440.
Пример: Милливольтметр со шкалойдо 50 мВ имеет класс точности К =0,5.
Определить максимальную абсолютную
погрешность электронного
измерительного
прибора.
Решение: Из формулы следует, что
максимальная абсолютная погрешность
при измерениях во всем диапазоне
равна
К х N 0,5 50
0,25 мВ.
100
100
452
441.
Цена деленияЦена деления электроизмерительных
приборов численно равна изменению
измеряемой величины, вызывающему
перемещение указателя (стрелки) на
одно деление. При равномерной шкале
цена деления равна отношению предела
измерения электроизмерительного
прибора к числу делений шкалы :
хт
с
.
п
453
442. Тема Основные характеристики электрических измерительных приборов
Предел измеренияПредел измерения
электроизмерительного прибора –
значение измеряемой величины, при
котором стрелка прибора отклоняется до
конца шкалы. Электроизмерительные
приборы могут иметь несколько
пределов измерения (многопредельные
приборы). При измерениях такими
приборами на различных пределах цена
деления будет различна.
454
443.
455444.
Измерение токаДля измерения тока служат
амперметры, миллиамперметры и
микроамперметры. Эти приборы
включаются последовательно в
участок электрической цепи. При
этом необходимо, чтобы внутреннее
сопротивление амперметра было
мало по сравнению с
сопротивлением участка
электрической цепи.
456
445.
В противном случае включение приборавызовет
существенное
изменение
сопротивления и тока на данном участке
электрической цепи, а также и
изменение режима работы всей цепи.
Чтобы использовать данный прибор для
измерения токов больших значений и
снизить его внутреннее сопротивление,
применяют шунты.
457
446.
Шунт представляет собой манганиновыепластины или стержни, впаянные в
медные или латунные наконечники.
Сопротивление шунта значительно
меньше сопротивления рамки прибора.
Шунт включается в электрическую цепь
последовательно, а параллельно ему
подключается рамка (катушка) прибора.
458
447.
Схема включения прибора с шунтом:1 – шунт; 2 – рамка (катушка) прибора;
I – измеряемый ток; Iш – ток через
шунт; IА – ток через рамку прибора
459
448.
По первому закону Кирхгофаизмеряемый ток в электрической цепи
равен
IА – ток через рамку
прибора, А;
A
ш
Iш – ток через шунт, А.
При параллельном соединении:
I A rA I A rA
rш
A A ш ш
Iш
I IA
I I I
I r I r
I
rA
rш
, n
IA
n 1
– коэффициент
шунтирования.
460
449.
Для расширения пределовизмерения амперметров в
цепях синусоидального
(переменного) тока
применяются
трансформаторы тока,
которые служат для
преобразования больших
токов в малые.
461
450.
462451.
Трансформаторы токаИзмерительный ТТ состоит из
стержневого или кольцевого
магнитопровода, набранного из тонких
изолированных листов высокосортной
трансформаторной стали. На одном
стержне намотана первичная обмотка,
как правило, выполненная из толстого
провода и с малым числом витков ω1
(иногда это может быть просто стержень
– 1 виток).
463
452.
464453.
Вторичная обмотка имеет обычнобольшое число витков ω2, которое
рассчитывают таким образом, чтобы при
подключении к ней амперметра, т.е.
прибора с очень малым внутренним
сопротивлением, номинальный ток в
ней составил бы 5 А. Вместо
амперметра вторичная обмотка
шунтируется малым сопротивлением,
падение напряжения на котором
пропорционально току вторичной
обмотки.
465
454.
Так какI1W1 I 2W2
W2
I1 I 2
W1
Обычно число витков W1 небольшое (1–
4 витка), а число витков W2 много
больше 1. Из формулы видно, что чем
больше число витков W2, тем меньше
измеряемый ток I2.
466
455. Тема Измерение тока, напряжения и мощности
На паспорте ТТ в виде дробиуказывается коэффициент
трансформации трансформатора тока:
I1 w2
K
I 2 w1
где I1 – ток первичной обмотки, А;
I2 – ток вторичной обмотки, А;
w1 – число витков первичной
обмотки;
w2 – число витков вторичной
обмотки.
467
456.
Например, 100/5 А означает, чтоданный трансформатор тока
рассчитан на первичный ток 100 А и
вторичный ток 5 А. Коэффициент
трансформации этого
трансформатора K = 100/5 = 20.
Зная К и получив показания
амперметра во вторичной цепи
трансформатора тока I2, можно
определить первичный ток:
468
457.
I1 KI 2 .Большинство трансформаторов тока
выпускаются с номинальным
вторичным током 1 А, 5 А.
469
458.
470459.
Измерение напряжениеДля измерения напряжения служат
вольтметры. Они подключаются
параллельно участку, на котором
необходимо измерить напряжение.
Внутреннее сопротивление вольтметра
должно быть значительно больше
сопротивления участка, к которому он
подключается.
471
460.
В противном случае вольтметрбудет оказывать влияние на
токораспределение в
электрической цепи и результаты
измерения будут содержать
большую погрешность. Для
расширения пределов измерения
вольтметров последовательно с
ними включают
добавочные сопротивления.
472
461.
В приборах на напряжение до 300 Вдобавочные сопротивления
вмонтированы в корпус приборов
или укреплены снаружи приборов.
Для измерения напряжений свыше
300 В добавочные сопротивления
присоединяют к одному из выводных
зажимов прибора.
473
462.
Добавочные сопротивлениярассчитывают так, чтобы в
цепи с увеличенным
напряжением по обмотке
(рамке) вольтметра проходил
тот же ток, что и при
номинальном напряжении, на
которое рассчитана обмотка.
474
463.
UОбмотка рассчитана на ток I v r ,
v
Iv
U
rv
– ток, протекающий через
рамку вольтметра, А;
– напряжение на рамке, В;
– сопротивление рамки,
Ом.
При увеличении напряжения в цепи в
n раз, ток должен остаться прежним:
nU
U
Iv
,
rv r Д rv
475
464.
Отсюдаrдоб rv (п 1).
Пример. Вольтметром на 15 В
необходимо измерить напряжение
150 В. Определить добавочное
сопротивление, если внутреннее
сопротивление вольтметра 900 Ом.
476
465.
Решение:1. Определим отношение
измеряемого напряжения к
напряжению вольтметра:
150
п
10.
15
2. Добавочное сопротивление
равно:
rдоб rv (п 1) 900 8 8100 Ом.
477
466.
478467.
.Для измерения высоких
напряжений синусоидального тока
применяют измерительные
трансформаторы напряжения.
Первичная обмотка трансформатора
напряжения включается
параллельно потребителю и имеет
большое число витков.
479
468.
В паспорте трансформатора напряженияуказывается отношение напряжений
первичной и вторичной обмоток.
Например, 5000/100 означает, что
номинальное напряжение первичной
обмотки 5000 В, вторичной – 100 В.
Коэффициент трансформации
напряжения равен:
5000
К
50
100
480
469.
Зная К и напряжение вторичнойобмотки, можно определить
первичное напряжение:
U1 KU 2
Большинство трансформаторов
напряжения выпускаются
номинальным вторичным
напряжением 100 В.
481
470.
482471.
Измерение мощностиДля измерений мощности в цепях
постоянного и
синусоидального тока
промышленной частоты
применяются ваттметры,
обеспечивающие
непосредственный отсчет
мощности по шкале.
483
472.
Ваттметр электродинамическойсистемы состоит из двух катушек
(рамок):
• неподвижной, токовой из толстого
провода, включаемой
последовательно с потребителем;
• подвижной обмотки напряжения,
выполненной из тонкого провода,
включаемой параллельно
потребителю.
484
473.
При постоянном токе вращающиймомент электродинамического прибора
пропорционален произведению токов в
его обмотках:
М вр k I н I п ,
В ваттметре ток подвижной обмотки
прямо пропорционален приложенному
напряжению
I n U / Rn ,
485
474.
Следовательно, вращающий моментпрямо
пропорционален
мощности.
Поэтому электродинамический ваттметр
имеет равномерную шкалу, т.е.
U
'
M вр k I н
k P.
Rn
Вращающий момент
электродинамического прибора,
включенного в цепь синусоидального
тока:
M вр k I н I n cos ,
486
475.
то есть показания ваттметрапропорциональны току, напряжению и
cosφ, то есть активной мощности цепи Р.
Ваттметр имеет четыре зажима: к
одним двум выводится токовая обмотка,
к другим двум – обмотка напряжения.
Первая пара зажимов включается в
измеряемую цепь последовательно,
вторая – параллельно. Начала обмоток
обозначаются
звездочками
(*)
и
соединяются вместе.
487
476.
На шкале ваттметра указываютсяверхние пределы измерений тока и
напряжения. Если, например, на шкале
ваттметра обозначено
I = 5 А и U = 100 В,
это значит, что верхний предел
измерения ваттметра Р = 500 Вт, то есть
им можно измерять мощности до 500 Вт.
Очевидно, что цена деления ваттметра
равна:
Р I U
с
, n – число делений шкалы.
п
n
488
477.
489478.
490479.
В инженерной практике при контролеразличных технологических процессов
часто приходится измерять
неэлектрические величины:
механические, тепловые, световые и др.
Благодаря преимуществам для
измерения неэлектрических величин
используются средства и методы
электрических измерений.
491
480.
Для этого неэлектрическую величинунеобходимо предварительно
преобразовать в электрический сигнал.
Такое преобразование осуществляется с
помощью датчиков или первичных
преобразований (ПП).
Все многообразие ПП делится на
генераторные и параметрические.
Генераторные ПП вырабатывают Э.Д.С.
или ток и для их функционирования, как
правило, не требуется дополнительный
источник питания.
492
481.
К ним относятся термоэлектрическиепреобразователи (термопары),
пьезоэлектрические, индукционные
и ряд других.
Параметрические ПП преобразуют
изменение измеряемой неэлектрической
величины в изменение того или иного
параметра электрической цепи (R, L.C) и
для их работы требуется
дополнительный источник питания.
493
482.
К ним относятся терморезисторы,тензорезисторы, реостатные,
индуктивные, емкостные
преобразователи и др.
Структурная схема устройства для
измерения неэлектрической
величины показана на рисунке.
494
483.
495484.
Измеряемая неэлектрическаявеличина Х поступает на вход ПП,
на выходе которого появляется
электрический сигнал Y(X). Далее
этот сигнал преобразуется в
электрической измерительной цепи
(ЭЦ) в другой электрический сигнал
Y ', который воспринимается
выходным устройством (ВУ),
преобразуя его, например, в
отклонение указателя а(х).
496
485.
Шкала выходного устройстваградуирована
непосредственно в значениях
неэлектрической величины Х.
497