Преобразование энергии в электрической цепи. (Лекция 5)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Преобразование энергии в электрической цепи. (Лекция 5)

Содержание

2. Передача энергии W по электрической цепи (например, по линии электропередачи), рассеяние энергии, то есть переход электромагнитной
3. Интенсивность передачи или преобразования энергии называется мощностью р. Сказанному соответствует математическое определение: Выражение для мгновенного значения
4. Когда мгновенная мощность отрицательна, а это имеет место, когда u и i разных знаков, т.е. когда
5. Энергия, отдаваемая источником двухполюснику в течение времени t равна . Среднее за период значение мгновенной мощности
6. Активная мощность, потребляемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (иначе двухполюсник будет генерировать энергию), поэтому cos
7. Здесь напряжение u и ток i совпадают по фазе φ=0, поэтому мощность p=u·i всегда положительна, т.е.
8. Катушка индуктивности (идеальная индуктивность)
9. Аналогичный характер имеют процессы и для идеальной емкости. Здесь . Поэтому из (2) вытекает, что .
11. Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности: Активная, реактивная и
12. Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения и тока. Пусть , а
13. Реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем. Реактивный ток, не совершая полезной работы, приводит к дополнительным
14. Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то общий ток , как видно
15. Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения до значения > . Разложим
16. Из (4) и (5) с учетом (3) имеем: , но , откуда необходимая для повышения емкость:
18. Скачать презентацию

Слайд 2

Передача энергии W по электрической цепи (например, по линии электропередачи), рассеяние

энергии, то есть переход электромагнитной энергии в тепловую, а также и другие виды преобразования энергии характеризуются интенсивностью, с которой протекает процесс, то есть тем, сколько энергии передается по линии в единицу времени, сколько энергии рассеивается в единицу времени.

Преобразование энергии в электрической цепи. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока

Слайд 3

Интенсивность передачи или преобразования энергии называется мощностью р. Сказанному соответствует математическое

определение:
Выражение для мгновенного значения мощности в электрических цепях имеет вид:
Приняв начальную фазу напряжения за нуль, а сдвиг фаз между напряжением и током за , получим:

Итак, мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоническую составляющую, угловая частота которой в 2 раза больше угловой частоты напряжения и тока.

(1)

Слайд 4

Когда мгновенная мощность отрицательна, а это имеет место, когда u и

i разных знаков, т.е. когда направления напряжения и тока в двухполюснике противоположны, энергия возвращается из двухполюсника источнику питания.

Такой возврат энергии источнику происходит за счет того, что энергия периодически запасается в магнитных и электрических полях соответственно индуктивных и емкостных элементов, входящих в состав двухполюсника.

Слайд 5

Энергия, отдаваемая источником двухполюснику в течение времени t равна .
Среднее за

период значение мгновенной мощности называется активной мощностью:
Принимая во внимание, что , из (1) получим:

(2)

Слайд 6

Активная мощность, потребляемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (иначе двухполюсник

будет генерировать энергию),
поэтому cos φ >0 , т.е. на входе пассивного
двухполюсника .
Эта мощность измеряется в ваттах и характеризует необратимое преобразование электрической энергии в другой вид энергии, например, в тепловую, световую и механическую энергию.

Слайд 7

Здесь напряжение u и ток i совпадают по фазе φ=0, поэтому

мощность p=u·i всегда положительна, т.е. резистор потребляет активную мощность

Резистор (идеальное активное сопротивление)

Слайд 8

Катушка индуктивности (идеальная индуктивность)

Слайд 9

Аналогичный характер имеют процессы и для идеальной емкости.
Здесь . Поэтому из

(2) вытекает, что
.
Таким образом, в катушке индуктивности и конденсаторе активная мощность не потребляется , так как в них не происходит необратимого преобразования энергии в другие виды энергии.
Здесь происходит только циркуляция энергии: электрическая энергия запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора на протяжении четверти периода, а на протяжении следующей четверти периода энергия вновь возвращается в сеть.

Конденсатор (идеальная емкость)

Слайд 10

Слайд 11

Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие

полной мощности:
Активная, реактивная и полная мощности связаны следующим соотношением:

Полная мощность

Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности:
Коэффициент мощности Cosφ равен косинусу угла сдвига между током и напряжением.

Слайд 12

Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения

и тока.
Пусть , а . Тогда комплекс полной
мощности:
где - комплекс, сопряженный с комплексом .

Комплексная мощность

Слайд 13

Реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем.
Реактивный ток, не совершая

полезной работы, приводит к дополнительным потерям в силовом оборудовании и, следовательно, к завышению его установленной мощности.
В этой связи понятно стремление к увеличению Cosφ в силовых электрических цепях.
Подавляющее большинство потребителей (электродвигатели, электрические печи, другие различные устройства и приборы) как нагрузка носит активно-индуктивный характер.

Применение статических конденсаторов для повышения Cosφ

Слайд 14

Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то

общий ток , как видно из векторной диаграммы (рис. 6), приближается по фазе к напряжению, т.е. Cosφ увеличивается, а общая величина тока (а следовательно, потери) уменьшается при постоянстве активной мощности .
На этом основано применение конденсаторов для повышения Cosφ.

Слайд 15

Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения

до значения > .
Разложим на активную
и реактивную составляющие.
Ток через конденсатор компенсирует часть реактивной составляющей тока нагрузки :

(3)
(4)
(5)

Слайд 16

Из (4) и (5) с учетом (3) имеем:
,
но , откуда необходимая

для повышения
емкость: .