Меню

Где используется электрический ток в промышленности

Где используется электрический ток в промышленности

«Физика — 11 класс»

Производство электроэнергии

Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические.
Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Тепловые паротурбинные электростанции — ТЭС наиболее экономичны.

В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару.
В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору.
Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд.
В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%.
В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.

На гидроэлектростанциях — ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды.

Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами.
Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Атомные электростанции — АЭС в России дают около 10% электроэнергии.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии является промышленность — 70% производимой электроэнергии.
Крупным потребителем является также транспорт.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.

Передача электроэнергии

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где
R — сопротивление линии,
U — передаваемое напряжение,
Р — мощность источника тока.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.
Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I.

Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.

Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Далее для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение.

Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно.

При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.

Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители.
Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии.
Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям.
Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.

Использование электроэнергии

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами.

Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных.
Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат.
Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ.
Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом.

Второй — эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения.

Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций.

Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Лектростанции нашей страны ежегодно вырабатыва­ют много миллиардов киловаттчасов электрической энергии (киловаттчас — это 1000 ватт мощности, ис­пользуемой в течение одного часа). Но велик ли ки­ловаттчас?

Судите сами: энергией одного киловаттчаса можно вы­полнить любую из следующих работ:

Добыть и доставить на поверхность шахты 75 кило­граммов угля,

Изготовить на прокатном стане 50 килограммов рельс, вскипятить до 10 электрочайников воды, выдоить 43 коровы электродоильной машиной, вывести в электрическом инкубаторе 30 цыплят, изготовить 10 метров хлопчатобумажных тканей и т. д. Как видно из этих примеров, энергией одного кило­ваттчаса можно выполнить довольно значительную ра­боту. Но чтобы удовлетворить потребности всей нашей страны, нужно ежегодно производить многие десятки миллиардов киловаттчасов электроэнергии.

В 1913 году в царской России производилось только

2 миллиарда киловаттчасов электроэнергии. В 1940 году советские электростанции выработали до 50 миллиардов киловаттчасов. На 1950 год по плану послевоенной сталинской пятилетки производство электрической энер­гии в нашей стране запланировано в размере 82 миллиар­дов киловаттчасов в год.

Куда же расходуется эта огромная масса электриче­ской энергии?

Ещё в начале этого столетия электрическую энергию расходовали главным образом для целей освещения. Но в наше время основным потребителем электрической энер­гии является, конечно, промышленность: фабрики, заводы, химические комбинаты, шахты. Вот почему говорят, что электрические станции—сердце промышленности.

На промышленных предприятиях электрическая энер­гия потребляется электромоторами, которые приводят в движение различные краны, станки, машины и ме­ханизмы.

Электрический мотор не просто заменил собой преж­ний привод паровой машины, но и произвёл настоящий переворот во всей производственной жизни предприятия. Расположение машин и станков перестало зависеть от ва­лов и трансмиссий, приводящих их в действие. Да и сами трансмиссии были выброшены. Машины и станки стали более мощными и притом менее громоздкими. Электромо­тор стал составной частью станка и машины. Высокие скорости вращения электромоторов резко подняли произ­водительность труда.

На наших заводах работают сложнейшие машины н станки с многими моторами. Каждый из этих моторов приводит в движение фрезу, резец, сверло, производящие одновременно на одной детали несколько операций.

Широко применяются различные электрические ин­струменты: свёрла, отвёртки, шлифовальные щётки, то­чильные камни и пр.

Без электрического, легко управляемого привода было бы невозможно создание современного поточного произ­водства, невозможен массовый выпуск дешёвой и высоко­качественной продукции, автомобилей и тракторов, кон­сервов и папирос, станков, насосов, самолётов ц многого другого.

Благодаря электрификации производства в цехах ма­шиностроительных заводов становится всё меньше людей. Один рабочий нажимом разных кнопок на пульте коман­дует теперь целой группой станков-автоматов, управляе­мых электрическими приборами. Из таких станков соста­вляются автоматические станочные линии. Вдоль этих ли­ний по полу цеха проходят рельсы, по ним движутся те­лежки с подлежащими обработке деталями. Как только деталь подошла к станку, её захватывают стальные «ру­ки» — рычаги и ставят для обработки. Электроинстру­менты обтачивают, строгают и сверлят её. Затем деталь автохматически переносится на тележку и подаётся к сле­дующему станку.

В угольных шахтах и металлургических рудниках, в нефтяной промышленности, на машиностроительных за­водах, текстильных и пищевых предприятиях — повсюду широко применяются приводимые в движение электриче­ством различные машины: станки, насосы, врубовые ма­шины, конвейеры, кузнечные молоты, вентиляторы и пр.

Читайте также:  Вода в умывальнике бьется током

Посмотрим для примера, как с помощью электричества советские металлурги превращают железную руду в ме­таллические изделия.

. . . Мы на склонах горы, хранящей огромные запасы железной руды. Электрическими бурильными станками рабочие быстро сверлят глубокие отверстия, закладывают в них патроны взрывчатки. От каждого пробуренного от­верстия тянутся электрические шнуры к отдалённому, хо­рошо защищённому командному пункту. Нажимом кнопки человек включает электрический ток, и тотчас же раз­даётся оглушительный взрыв. Груда выброшенных на­ружу кусков руды выгребается ковшом электрического экскаватора и ссыпается на платформы грузового электро­поезда. И вот уже электропоезд мчится с рудой к обога­тительной фабрике. В домну должна попадать измельчён­ная, избавленная от вредных примесей и хорошо отсорти­рованная руда. Для этого действуют дробилки и другие машины и аппараты, движимые электричеством. Руда превращается в доброкачественную «пищу» для домны.

Обработанная руда снова попадает в электрический поезд, который доставляет её в бункеры. Сюда же электри­ческие транспортёры подают известняк и кокс. Вся смесь погружается на электрические вагоны-весы и строго взве­шенными порциями высыпается в ковши (скипы). Элект­рические лебёдки легко поднимают тяжёлые скипы на верх домны — на колошниковую площадку, расположен­ную на высоте десятков метров от поверхности земли. Че­рез окна-люки шихта ссыпается внутрь домны. Воздухо­дувные машины нагнетают в домну воздух.

Через 5—6 часов процесс плавки заканчивается: шлак уже удалён, подходит время выпускать из домны чугун. Электробурильная машина высверливает отверстие в огне­упорном слое глины, закрывавшей выпускное окно (лёт­ку). Поток огненной лавы вырывается из горна и стекает в гигантские ковши, установленные на особых железнодо­рожных платформах. Электровоз плавно трогает с места и везёт жидкий чугун из доменного в мартеновский цех. Тут уже наготове электрический кран. Он ловко подхва­тывает ковш и выливает чугун в отстойник, чтобы очи­стить его от некоторых вредных примесей.

Отсюда жидкий чугун попадает в ковши и подаётся электровозом к мартеновской печи, где он превращается в сталь. Через несколько часов готовая сталь, рассыпая мириады ослепительно сверкающих искр, выливается в ковш. Электрический кран несёт ковш к массивным ко­робкам — изложницам. В них выливается жидкая сталь.

Особый электрический захват вынимает ещё горячую болванку стали из изложниц и опускает её для подогрева в печь-колодец. Через некоторое время щипцы мостового электрического крана уходят вниз и извлекают наружу раскалённую стальную болванку весом в 5—7 тонн.

Электрическая тележка-опрокидыватель подвозит и выгружает болванку на металлический пол прокатного цеха. Ещё мгновение, и по команде человека пышащая жаром болванка стремительно подтягивается к валам блюминга — гигантского прокатного стана. Могучей си­лой электричества красное тело болванки сдавливается прокатными валами. Болванка снова и снова направ­ляется в тиски блюминговых валов, чтобы стать ещё тоньше, ещё длиннее. Через несколько десятков секунд уже совсем не узнать первоначальной болванки. Она превратилась в длинную полосу металла толщиной в два десятка сантиметров. Затем полоса нарезается гигант­скими ножницами на куски нужного размера для даль­нейшей обработки.

В ряде отраслей промышленности электрическая энер­гия применяется не только как двигательная сила. Элек­тричество является основой самой совершенной техно­логии производства.

С помощью электричества в особых ваннах и печах добываются алюминий, медь, ведётся варка сталей и различных сложных сплавов. В массовом количестве при­готовляют с помощью электричества минеральные удоб­рения и различные химические вещества.

Сварка и резка металлов, хромирование и никелиро­вание поверхности металлов, закалка сталей, сушка раз­личных изделий и дерева — всё это удобно и выгодно производится электрическим током. При этом исполь­зуется и тепловое действие электрического тока, и элек­тромагнитное — перемещение железных изделий электро­магнитными кранами, нагрев и закалка поверхностей металлов, и химическое действие — разложение раство­ров и выделение веществ (электролиз).

Электричество полностью перевооружило строитель­ную промышленность.

Электрические землекопы — экскаваторы — своими ковшами быстро производят выемку огромных масс земли. Электрическим запалом производят зажигание взрывчатых веществ, разрушающих скалы, холмы, помо­гающих рыть длинные и глубокие траншеи. Электриче­ские краны подают строителям стальные балки, кирпич, лес, каменные блоки, бетон. Электрическое освещение строек позволяет вести работы в ночное время. Это на­много сокращает сроки строительства.

На стройплощадках работают приводимые в движе­ние электричеством камнедробилки, бетономешалки, ле­сопильные рамы. Различными электрическими аппара­тами строители режут и сваривают металлические балки и арматуру, подсушивают лесные материалы для столярных поделок (окна, рамы, двери и пр.). Электри­ческие насосы непрерывно подают воду для нужд строи­тельства или откачивают воду из затопляемых низин­ных мест.

Электрические компрессоры подают сжатый воздух для работы отбойных молотков. Переносные электриче­ские пилы значительно облегчают тяжёлый труд лесо­рубов. Электрические распылители красок — краско-

Пульты ускоряют и облегчают производство малярных и отделочных работ.

Теперь даже зимой, в большие морозы, строители уве­ренно производят многие работы. Чтобы укладываемый бетон и раствор в швах между кирпичами нормально схва­тывались, строители пользуются электрическим прогревом нужных участков кладки. Так с помощью электричества ликвидируется сезонность в строительстве.

Лёгкие и удобные переносные электромашины произ­водят стружку паркетных полов и затирку штукатурки.

Исключительно велика роль электричества в осуще­ствлении автоматизации производства. Электрические приборы — реле — сами производят пуск и остановку машин. Электрические автоматы непрерывно контроли­руют сложные производственные процессы, ведут под­счёт готовых изделий.

Автоматика, или самодействие машин и станков, освобождает человека от утомительно однообразных производственных операций. Благодаря внедрению авто­матизации производства роль человека сводится лишь к наблюдению за правильностью работы машин и кон­трольных приборов.

Можно автоматизировать не только работу отдель­ного станка или группы машин, но и работу всего пред­приятия. Такие полностью автоматизированные произ­водства уже существуют в нашей стране: хлебозаводы, макаронные и консервные фабрики, мясокомбинаты, та­бачные фабрики, заводы машиностроения, химзаводы и Другие.

Вспомните также автоматические телефонные стан­ции-. Вызов абонента, необходимые соединения и разъ­единения вашего телефона быстро и точно производятся, автоматически управляемыми сигнальными и исполни­тельными электрическими аппаратами без помощи чело­века. В помещениях, где размещены все эти аппараты, нет обслуживающего персонала.

Такими же высокоавтоматизированными предприяти­ями являются гидроэлектростанции на канале имени Москвы, в Армении, Узбекистане, Грузии. Здесь автома­тические приборы сами производят включение электриче­ских генераторов, регулируют их нагрузку, число оборо­тов турбин, подачу охлаждающего подшипники масла,

Величину напряжения. Роль человека сводится здесь к наблюдению за чёткой работой всех автоматов и реги­стрирующих приборов.

Высшей ступенью автоматизации является управле­ние работой механизмов и агрегатов на расстоянии. В нашей стране впервые в мире построены полностью автоматизированные электростанции, работой которых дежурные инженеры управляют на расстоянии с по­мощью электрических приборов. Так например, по мере надобности дежурный инженер системы Мосэнерго (дис­петчер) нажимом маленькой кнопки пускает в работу мощную электрическую машину одной из крупных гид­ростанций на Волге и на расстоянии около 200 километров по приборам следит за её работой.

Для автоматизированных производств становятся не­нужными перерывы на обед, остановки станков в праз­дники, на ночь. Работа машин производится круглосу­точно и непрерывно почти в течение всего года.

Ещё много лет назад В. И. Ленин писал, что при со­циализме электричество сделает «условия труда более гигиеничными, избавит миллионы рабочих от дыма, пыли и грязи, ускорит превращение грязных отвратительных мастерских в чистые, светлые, достойные человека лабо­ратории».

Электрическая автоматизация производства коренным образом изменяет у нас условия труда.

В капиталистических странах автоматизация приспо­соблена к высасыванию всех сил из рабочего, превраще­нию его в безропотный придаток машины. В нашей стране социализма автоматизация на основе электрификации содействует облегчению труда, невиданному повышению производительности труда, устранению противополож­ности между умственным и физическим трудом и даль­нейшему повышению материального благосостояния тру­дящихся.

Читайте также:  Ограничение тока через лампу накаливания

Источник

Электростанции: типы и особенности

Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.

Откуда берется электричество?

Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:

  • гидроэлектростанции (ГРЭС);
  • тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
  • атомные (АЭС или АТЭЦ).

Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.

Автономные электростанции

Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.

Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками. По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже. Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.

Производство электроэнергии в крупных масштабах

В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%. Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам. Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.

Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов. Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов. Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.

Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания. Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов. Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.

Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество. Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их. Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.

26 января 2018

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Источник



Техническое использование переменного тока.

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Обычно в технике под Переменный ток понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю.

Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т, самых различных частот, а также импульсные токи.

Преимущества сетей переменного тока

  • Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
  • Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями).
  • Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.

Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется Переменный ток благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии, Электрическая цепь). Широко применяются трёхфазные системы Переменный ток (см. Трёхфазная цепь). Генераторы и двигатели Переменный ток по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. Переменный ток может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в Переменный ток другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели Переменный ток (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.

Переменный ток широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).

В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния, а низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для литания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 — этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации и военном деле для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения применяют частоту 400 Гц, а в морфлоте 500 Гц.

18. Основные закономерности цепей переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Последовательный и параллельный резонансы. Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Э.д.с, переменного тока определяется выражением:

гае Em, — максимальное или амплитудное значение э.д.с., w = 2pf круговая частота, f == 1/T — частота изменения направления тока в секунду, Т — период колебания, j — фаза относительно некоторого начального момента времени.

Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока, имеющие соотношение:

Читайте также:  Когда наступает резонанс тока в колебательном контуре

Мощность в цели переменного тока равна

,

где Em, и 1m — амплитудные значения напряжения и тока в электрической цепи, j сдвиг фазы между ними.

Протекающий по обмотке переменный ток создает магнитный поток. Этот магнитный поток точно так же, как и ток, изменяет свою силу и направление. При изменении магнитного потока по закону индукции в обмотке создается ЭДС (электродвижущая сила). Направление ЭДС противоположно полярности подаваемого напряжения. Это явление называется самоиндукцией.

Самоиндукция в цепи переменного тока частично проявляется в сдвиге по фазе между током и напряжением и частично — в падении индуктивного напряжения. Сопротивление цепи переменного тока становится значительно выше рассчитанного или измеренного сопротивления этой же цепи постоянному току.

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Индуктивное сопротивление (реактивное) обозначается X, активное сопроти ние — R, кажущееся сопротивление цепи или проводника — Z. Полное сопротивление (импеданс) вычисляется по формуле:

Описание: http://www.h-energy.ru/fshell/spaw2/uploads/images/Oma2.gif

Где: Z — полное сопротивление, Ом, R — активное сопротивление, Ом

Закон Ома для цепи переменного тока: U=I*Z

Где:U — напряжение, В, I — ток, А; Z — полное сопротивление, Ом

поэтому мощность P полная (произведение тока и напряжения) = 220*значение тока полное.

(((((((((((((((((Любой проводник электрической цепи обладает тремя видами сопротивления:

активным — R = U/I; реактивным индуктивным — ХL, =wL; и реактивным емкостным Хс = 1/wС.

В активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе, в индуктивном ток отстает по фазе на 90о, в емкостном — опережает по фазе на 90о. Поэтому общее сопротивление цепи, в которой имеются сопротивление (резистор), индуктивность и емкость, будет определяться выражением:

)))))))))))))))))))

При равенстве wД= 1/wС в цепи наступает резонанс. Резонанс (франц. resonance, от лат. resono — звучу в ответ, откликаюсь), явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе, наступающее при приближении частоты периодического внешнего воздействия к некоторым значениям, определяемым свойствами самой системы. В простейших случаях Резонанс наступает при приближении частоты внешнего воздействия к одной из тех частот, с которыми происходят собственные колебания в системе, возникающие в результате начального толчка. Характер явления Резонанс существенно зависит от свойств колебательной системы. Наиболее просто Резонанс протекает в тех случаях, когда периодическому воздействию подвергается система с параметрами, не зависящими от состояния самой системы (т. н. линейные системы).

В электрических колебательных системах, состоящих из последовательно соединённых ёмкости С и индуктивности L , Резонанс состоит в том, что при приближении частот внешней эдс к собственной частоте колебательной системы, амплитуды эдс на катушке и напряжения на конденсаторе порознь оказываются гораздо больше амплитуды эдс, создаваемой источником, однако они равны по величине и противоположны по фазе. В случае воздействия гармонической эдс на цепь, состоящую из параллельно включенных ёмкости и индуктивности , имеет место особый случай Резонанс (антирезонанс). При приближении частоты внешней эдс к собственной частоте контура LC происходит не возрастание амплитуды вынужденных колебаний в контуре, а наоборот, резкое уменьшение амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей контур. В электротехнике это явление называется Резонанс токов или параллельным Резонанс Это явление объясняется тем, что при частоте внешнего воздействия, близкой к собственной частоте контура, реактивные сопротивления обеих параллельных ветвей (ёмкостной и индуктивной) оказываются одинаковыми по величине и поэтому в обеих ветвях контура текут токи примерно одинаковой амплитуды, но почти противоположные по фазе. Вследствие этого амплитуда тока во внешней цепи (равного алгебраической сумме токов в отдельных ветвях) оказывается гораздо меньшей, чем амплитуды тока в отдельных ветвях, которые при параллельном Резонанс достигают наибольшей величины. Параллельный Резонанс, так же как и последовательный Резонанс, выражается тем резче, чем меньше активное сопротивление ветвей контура Резонанс Последовательный и параллельный Резонанс называются соответственно Резонанс напряжений и Резонанс токов.

Резонанс весьма часто наблюдается в природе и играет огромную роль в технике. Большинство сооружений и машин способны совершать собственные колебания, поэтому периодические внешние воздействия могут вызвать их Резонанс; например Резонанс моста под действием периодических толчков при прохождении поезда по стыкам рельсов, Резонанс фундамента сооружения или самой машины под действием не вполне уравновешенных вращающихся частей машин и т. д. Известны случаи, когда целые корабли входили в Резонанс при определённых числах оборотов гребного вала. Во всех случаях Резонанс приводит к резкому увеличению амплитуды вынужденных колебаний всей конструкции и может привести даже к разрушению сооружения. Это вредная роль Резонанс, и для устранения его подбирают свойства системы так, чтобы её нормальные частоты были далеки от возможных частот внешнего воздействия, либо используют в том или ином виде явление антирезонанса (применяют т. н. поглотители колебаний, или успокоители). В др. случаях Резонанс играет положительную роль, например: в радиотехнике Резонанс — почти единственный метод, позволяющий отделить сигналы одной (нужной) радиостанции от сигналов всех остальных (мешающих) станций.

19. Основные закономерности постоянного тока. Закон Ома, 1-ое и 2-ое правило Кирхгофа. Применение постоянного тока в технике и технологиях.

Электрическим токам называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости.

Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током.

За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении.

Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени:

Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь:

Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока

Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.

Законы постоянного тока.

Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R на силу тока I, : U=RI,B.

При последовательном соединении резисторов R=R1+R2;

при параллельном соединении:

Мощность, выделяемая в проводнике равна: Вт.

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна:

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: .

Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

Емкость конденсатора равна:

где e0 = 8,85 • 10-12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума, e — относительная диэлектрическая проницаемость изолятора между пластинами, S — площадь пластин, d расстояние между ними.

При параллельном соединении конденсаторов: С = С1 + С2.

При последовательном соединении:

Заряд, накопленный в конденсаторе: Q=CU=IT, где Q заряд, Кл; С — емкость конденсатора, Ф; U — напряжение, В; I — зарядный ток, А; T — время заряда, с.

Энергия, запасенная в конденсаторе:

Величина индуктивности равна:

6, Гн/м — магнитная проницаемость вакуума; m — относительная магнитная проницаемость сердечника; S площадь сердечника, м2; l длина магнитной силовой линии, м; w — число витков провода на сердечнике.

При последовательном соединении индуктивностей: L=L1+L2.

При параллельном соединении:

Э.д.с самоиндукции:

Энергия, запасенная в индуктивности:

Постоянный ток используется в промышленности для силовых транспортных электродвигателей (электропоезда, трамвай, троллейбус, электрокары) в связи с возможностью широкого регулирования скорости вращения и изменения момента на валу ротора двигателя, а электролитических технологиях (производство алюминия, меди, нанесение покрытий).

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Техническое использование переменного тока.

Техническое использование переменного тока.

Техническое использование переменного тока.

Источник