Материал: Контрольные вопросы
Ответы на контрольные вопросы
Электрической цепью (ЭЦ) называют совокупность объектов (тел, сред и устройств), используемых для получения, передачи, распределения, преобразования и потребления электрической энергии.
Части электрической цепи в виде совокупности связанных элементов ЭЦ по количеству крайних точек (контактов, полюсов) делятся на двухполюсники (n = 2) и многополюсники (n > 2). Пример многополюсника – микросхема.
Двухполюсник (ветвь) - это участок ЭЦ, в каждой точке которого течёт один и тот же ток.
Узлом ЭЦ называют место (точка или множество точек) соединения трех и более ветвей.
Контуром называют замкнутый участок электрической цепи или замкнутый цикл (совокупность) ветвей, образующих путь, при перемещении вдоль которого, начав с некоторого узла цепи можно вернуться в исходный узел, проходя однократно по каждой ветви и по каждому узлу.
Закон Ома и правила Кирхгофа в той или иной форме - основа расчета электрических цепей.
Закон Ома применим для расчета ветви и одноконтурной электрической цепи.
Для пассивной ветви сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов ветви и обратно пропорциональна сопротивлению ветви:
Для
активной ветви закон Ома в общем
виде:
Для одноконтурной электрической цепи закон Ома имеет вид:
Правила (законы) Кирхгофа пригодны для расчётов сложных многоконтурных электрических цепей в отличие от закона Ома, пригодного для расчета лишь ветви или одноконтурной электрической цепи.
Первое правило Кирхгофа для узла. В узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю:
Второе правило Кирхгофа для контура. В любом контуре многоконтурной электрической цепи алгебраическая сумма источников ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях контура, включая внутренние сопротивления источников ЭДС:
Сопротивление R – это физическая величина, характеризующая свойство элемента ЭЦ препятствовать прохождению электрического тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы. К проводникам относят те вещества, которые имеют в своей структуре большое количество свободных, несвязанных электрических зарядов, способных начинать движение под воздействием приложенной внешней силы. Они могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии. (чистые металлы и сплавы, растворы солей, щелочей)
Амперметры - приборы, служащие для измерения величины тока. При измерении амперметр включают в цепь последовательно, т. е. так, что весь измеряемый ток проходит через амперметр. Амперметры должны иметь малое сопротивление, чтобы включение их не изменяло заметно величины тока в цепи.
Вольтметры - приборы, служащие для измерения напряжения. При измерениях вольтметр включают параллельно к тому участку цепи, на концах которого хотят измерить напряжение.
Ваттметры - измерительные приборы, предназначенные для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.
Постоянный ток - электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени. В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках. Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.
Номинальный режим работы - это режим работы электротехнического изделия (электротехнического устройства, электрооборудования), при котором значения каждого из параметров режима равны номинальным.
Номинальные значения – значения, на которые устройства рассчитаны заводами-изготовителями для нормальной работы.
Номинал — такой режим работы машин и оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени (более нескольких часов).
-
При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников.
При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию. При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включённых проводников.
Смешанным соединением называется такое соединение, при котором часть резисторов включается последовательно, а часть — параллельно.
Потенциальной диаграммой называется графическое изображение распределения электрического потенциала вдоль замкнутого контура в зависимости от сопротивления участков, входящих в выбранный контур. Потребитель энергии отображается на электрической схеме как резистор с заданным сопротивлением R. Если такое элемент присутствует в участке цепи, то изменение потенциалов на концах участка будет соответствовать падению напряжения на этом резисторе. Если на участке цепи присутствует источник напряжения, то на концах такого участка также будет наблюдаться разность потенциалов, численно равная ЭДС источника.
Идеальный источник ЭДС (а) – источник электрической энергии, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока; при этом принимается, что его внутреннее сопротивление r = 0; Реальный источник ЭДС (б) – характеризуется наличием определенного внутреннего сопротивления r > 0.
Математической моделью электрической цепи обычно называют систему уравнений, описывающую модель электрической цепи. Адекватность модели — совпадение свойств (функций/параметров/характеристик и т. п.) модели и соответствующих свойств моделируемого объекта. Адекватностью называется совпадение модели моделируемой системы в отношении цели моделирования. Оценка адекватности модели — проверка соответствия модели реальной системе. Два основных подхода к оценке адекватности:
по средним значениям откликов модели и системы;
по дисперсиям отклонений откликов модели от среднего значения откликов систем.
MathCad является универсальной системой моделирований, поскольку в силу открытости позволяет моделировать любые процессы, в том числе механические, электротехнические, физико-химические, химико-технологические и любые другие, описываемые математически. Условный недостаток MathCad - индивидуальный подход к моделированию каждого объекта или группы сходных объектов.
Например, когда вариантов нагрузки для цепи очень много и требуется быстро найти наиболее подходящий для правильной работы.
Задача исследования ЭЦ – это анализ влияния изменения любого из параметров системы электроснабжения на параметры потребителя (ток, падение напряжения, мощность). Конечная цель анализа – оценить чувствительность (управляемость) системы электроснабжения потребителя по всем её параметрам. ПРИМЕР - наша лаборатория
Задача управления ЭЦ – это построение автоматизированной системы управления (АСУ) бесперебойным снабжением электроэнергией потребителя. Цель АСУ – это оперативное переключение ЭЦ и регулирование параметров системы электроснабжения в случае выхода из строя любого из источников ЭДС. ПРИМЕР - АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте.
Задача проектирования ЭЦ – это построение системы бесперебойного снабжения электроэнергией потребителя с заданными параметрами надежности, управляемости и экономичности (количество источников ЭДС, их тип, схема их подключения и АСУ системы снабжения). ПРИМЕР - К очень важным потребителям можно отнести: больницы, диспетчерские централизованной охраны, контрольные пункты ЖКХ обеспечивающие электроснабжение и освещение городов, музеи государственного значения; крупные гостиницы и государственные структуры, финансовые и банковские структуры.