Электрические цепи однофазного переменного тока

1.

Уфимский государственный нефтяной
технологический университет
Кафедра Прикладных и
естественнонаучных наук
Электроснабжение с основами
электротехники (16285)
Электротехника(860)
Раздел 2
Электрические цепи однофазного
переменного тока
Разработал: к.т.н. , доцент Рыжиков О.Л.
Уфа -2022

2. Электрическая цепь синусоидального тока содержит кроме электротехнических устройств, назначение которых совпадает с назначением

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА СОДЕРЖИТ КРОМЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, НАЗНАЧЕНИЕ КОТОРЫХ СОВПАДАЕТ С
НАЗНАЧЕНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНО АНАЛОГИЧНЫХ УСТРОЙСТВ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО
ТОКА (ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, КОММУТАЦИОННЫЕ
АППАРАТЫ И Т. П.), ТАКЖЕ УСТРОЙСТВА, ПРИСУЩИЕ ТОЛЬКО
ЦЕПЯМ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА: ТРАНСФОРМАТОРЫ, КОНДЕНСАТОРЫ,
КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ И ДР.
СОВОКУПНОСТЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ В ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ДЛЯ НАГЛЯДНОГО И КОМПАКТНОГО
ОТОБРАЖЕНИЯ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ НИМИ ПРЕДСТАВЛЯЮТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
СХЕМОЙ,
ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НЕОБХОДИМО
ПЕРЕЙТИ ОТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦЕПИ К ЕЕ СХЕМЕ ЗАМЕЩЕНИЯ.
ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО
ТОКА ЯВЛЯЮТСЯ ИСТОЧНИКИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКА И ЭДС, РЕЗИСТИВНЫЕ,
ИНДУКТИВНЫЕ И ЕМКОСТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.
ЕСЛИ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ НЕ ЗАВИСЯТ ОТ ТОКА В НИХ И ПРИЛОЖЕННОГО
К НИМ НАПРЯЖЕНИЯ, ТО ЭТО ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В ПРОТИВНОМ
СЛУЧАЕ ЭЛЕМЕНТЫ СЛЕДУЕТ СЧИТАТЬ НЕЛИНЕЙНЫМИ.
2

3. Промышленными источниками электрической энергии синусоидального тока являются электромеханические генераторы, в которых

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
ПРОМЫШЛЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СИНУСОИДАЛЬНОГО
ТОКА ЯВЛЯЮТСЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ, В КОТОРЫХ
МЕХАНИЧЕСКАЯ., ЭНЕРГИЯ ПАРОВЫХ ИЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТУРБИН
ПРЕОБРАЗУЕТСЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ.
ПРОАНАЛИЗИРУЕМ РАБОТУ ТАКОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ УПРОЩАЮЩИХ ДОПУЩЕНИЯХ.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДВУХПОЛЮСНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО
ГЕНЕРАТОРА ИЗОБРАЖЕНА НА РИС. ОНА СОДЕРЖИТ НЕПОДВИЖНЫЙ ПЛОСКИЙ
РАЗОМКНУТЫЙ ВИТОК С ВЫВОДАМИ И ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ, КОТОРЫЙ ВРАЩАЕТСЯ
С ПОСТОЯННОЙ ЧАСТОТОЙ F, Т. Е. С ПОСТОЯННОЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТЬЮ 2ТTF,
РАД/С, ВНУТРИ ВИТКА. ОСНОВНАЯ ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ F В СИ - ГЕРЦ
(ГЦ): 1 ГЦ ВЕЛИЧИНА, ОБРАТНАЯ ЧАСТОТЕ, НАЗЫВАЕТСЯ ПЕРИОДОМ Т = 1/F, С.
3

4.

МАКСИМАЛЬНОЕ, СРЕДНЕЕ И
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЯ
СИНУСОИДАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
4

5.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
КОНДЕНСАТОРЫ
5

6. Возможны параллельное и последовательное соединения конденсаторов При параллельном соединении все конденсаторы находятся под

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
ВОЗМОЖНЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ ВСЕ КОНДЕНСАТОРЫ НАХОДЯТСЯ ПОД ОДНИМ
НАПРЯЖЕНИЕМ И, А ЗАРЯД, КОТОРЫЙ ОНИ ПОЛУЧАЮТ ОТ ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ,
РАВЕН СУММЕ ЗАРЯДОВ ОТДЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ СЛЕДОВАТЕЛЬНО
ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ КОНДЕНСАТОРОВ ОБЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ
РАВНО СУММЕ НАПРЯЖЕНИЙ НА ОТДЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРАХ ,А ЗАРЯД ОДИН И ТОТ
ЖЕ
6

7. Емкостный элемент. Если напряжение между выводами емкостного элемента изменяется синусоидально : ток в емкостном элементе равен

Конденсатор в цепи переменного
тока
ЕМКОСТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ. ЕСЛИ НАПРЯЖЕНИЕ МЕЖДУ ВЫВОДАМИ ЕМКОСТНОГО
ЭЛЕМЕНТА ИЗМЕНЯЕТСЯ СИНУСОИДАЛЬНО : ТОК В ЕМКОСТНОМ ЭЛЕМЕНТЕ РАВЕН
ГДЕ АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА И ИХ НАЧАЛЬНЫЕ ФАЗЫ СВЯЗАНЫ
СООТНОШЕНИЯМИ ПОЛУЧИМ СООТНОШЕНИЕ ДЛЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЗНАЧЕНИЙ
НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ЕМКОСТНОГО ЭЛЕМЕНТА:
7

8.

Закон электромагнитной индукции
В замкнутом контуре, сцепленном с магнитным потоком
Ф, инgуцируется ЭДС, значение которой равно e=-dФ/dt.
Если все витки катушки пронизывает одинаковый магнитный
поток Ф , то потокосцепление катушки равно
8

9. В катушке индуцируется ЭДС не только изменяющимся магнитным полем внешнего источника, но и изменяющимся магнитным полем тока

САМОИНДУКЦИЯ , ИНДУКТИВНОСТЬ
И ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
В КАТУШКЕ ИНДУЦИРУЕТСЯ ЭДС НЕ ТОЛЬКО ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ
ПОЛЕМ ВНЕШНЕГО ИСТОЧНИКА, НО И ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ
ПОЛЕМ ТОКА САМОЙ КАТУШКИ.
ТАК КАК В РАССМАТРИВАЕМОМ СЛУЧАЕ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ С ВИТКАМИ
КАТУШКИ ЗАВИСИТ ОТ ТОКА В ЭТОЙ КАТУШКЕ, ОНО НАЗЫВАЕТСЯ
СОБСТВЕННЫМ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕМ.
А ИНДУЦИРОВАННАЯ В НЕЙ ЭДС РАВНА
ОТНОШЕНИЕ СОБСТВЕННОГО ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ КАТУШКИ К ТОКУ
КАТУШКИ НАЗЫВАЕТСЯ СОБСТВЕННОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ, ИЛИ ПРОСТО
ИНДУКТИВНОСТЬЮ:
9

10. Если ток в индуктивном элементе синусоидальный: то по закону электромагнитной индукции напряжение на инДуктивном элементе равно

ИНДУКТИВНОСТЬ в цепи переменного
тока
ЕСЛИ ТОК В ИНДУКТИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ СИНУСОИДАЛЬНЫЙ:
ТО ПО ЗАКОНУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ НАПРЯЖЕНИЕ НА ИНДУКТИВНОМ
ЭЛЕМЕНТЕ РАВНО
ОТНОШЕНИЕ СОБСТВЕННОГО ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ КАТУШКИ К ТОКУ
КАТУШКИ НАЗЫВАЕТСЯ СОБСТВЕННОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ, ИЛИ ПРОСТО
ИНДУКТИВНОСТЬЮ:
10

11. Контрольные вопросы и задачи

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Укажите, чему равен период Т колебания ЭДС источника
синусоидального напряжения е =220*sin(314t) В?
2. Укажите, изменится ли индуктивность катушки (и во сколько раз), если
увеличить частоту синусоидального напряжения в 4 раза?
3. Конденсатор с ёмкостью С = 1/6280 Ф установлен в цепи
синусоидального тока с напряжением u = 220*sin(6280t) В. Укажите, чему
равно сопротивление конденсатора?
4. Укажите, чему равен временной интервал, соответствующий углу сдвига
фаз, равного 45°, при частоте исследуемых периодических сигналов,
равной 100 Гц?
5. Напряжения на трёх последовательно соединенных резисторах
относятся как 1:3:5. Укажите, как относятся значения сопротивлений
резисторов?
6. Укажите, как изменится ток в ветви, содержащей индуктивный элемент,
если при неизменном уровне напряжения источника синусоидального тока
увеличить частоту напряжения в 4 раза?
11

12. Заключение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном занятии мы ввели основные определения для цепей
переменного тока
1. Рассмотрели основные соотношения в источниках
синусоидального тока
2. Рассмотрели законы Ома для элементов в цепи переменного
тока.
12

13.

Спасибо за внимание!
13