Параллельное соединение потребителей

Параллельным соединением участков электрической цепи называ­ют соединение, при котором все участки цепи присоединяются к од­ной паре узлов, т. е. находятся под действием одного и того же на­пряжения (рис. 3.8). Токи параллельно включенных участков об­ратно пропорциональны сопротивлениям этих участков.

При параллельном соединении сопро­тивлений R₁, R₂ и R₃ токи потребителей соответственно равны

Воспользовавшись первым законом Кирхгофа, можно определить ток Iв не-разветвленной части цепи

Таким образом, обратная величина общего (эквивалентного) со­противления R параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин сопротивлений этих потребителей.

Величина, обратная сопротивлению, определяет проводимость при параллельном соединении потребителей определяется сум­мой проводимостей потребителей

Если параллельно включены п одинаковых потребителей с со­противлениемR` каждый, то эквивалентное сопротивление этих потребителейR =. Если параллельно включены два потребите

ля с сопротивлениямиR₁ иR₂, то их общее (эквивалентное) со­противление в соответствии с (3.12) равно

Откуда

Если параллельно включены три потребителя с сопротивления­ми R₁ R₂ иRз, то общее их сопротивление (см. (3.12))

Изменение сопротивления какого-либо из параллельно соеди­ненных потребителей не влияет на режим работы (напряжение) других потребителей, включая изменяемое. Поэтому параллель­ное соединение нашло широкое практическое применение. При параллельном соединении потребителей на большем со­противлении тратится меньшая мощность:

Рассчитаем общее сопротивление цепи рисунок1

Рисунок 1- Схема электрическая

R₃₄₅=R₃R₄R₅/(R₃ R₄+R₅R₃+R₅ R₄)

R_общ=R₁+R₃₄₅+R₂

12. Запишите алгоритм расчета электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений для схемы рисунок 3 .

Рисунок 3- Схема электрическая

Алгоритм:

1. Выбираем направление действительных токов

2. Составляем систему уравнений (количество уравнений в системе равно количеству токов в цепи)

3. По первому закону Кирхгофа составляем m-1 уравнений, где m – это число узлов

4. Оставшиеся уравнения составляем по второму закону Кирхгофа. n-m+1 кол-во оставшихся уравнений, где n – число ветвей, m – число узлов

5. Решая данную систему, находим действительные токи

6. Составляем баланс мощностей

В цепи четыре тока, следовательно, в системе четыре уравнений.

По 1 закону Кирхгофа составляем 1 уравнение

I1 + I2– I3 – I4 = 0

По 2 закону Кирхгофа составляем ещё 3 уравнения

E1–E2 = I1∙(R1 + r1+ R2) – I2∙(R6+ r2 )

E2 = I2∙( r2+ R6) – I3∙R5

0 =– I3∙R5 + I4∙R4 + I4∙R3

Получим систему уравнений:

I1 + I2– I3 – I4 = 0

E1–E2 = I1∙(R1 + r1+ R2) – I2∙(R6+ r2 )

E2 = I2∙( r2+ R6) – I3∙R5

0 =– I3∙R5 + I4∙R4 + I4∙R3

Составляем баланс мощностей

E₁∙ I1+E₂∙ I2=I₁²∙( R1 + r1+ R2)+ I₂²∙(R6 + r2)+I₃²∙R5 +I₄²∙R4 +I₄²∙R3

13.Запишите алгоритм расчета электрической цепи постоянного тока методом контурных токов для схемы рисунок 4

Рисунок 4- Схема электрическая

Метод контурных токов основан на использовании только второго закона Кирхгофа. Это позволяет уменьшить число уравнений в системе на n-1.

Достигается это разделением схемы на независимые контуры и введением для каждого контура своего тока, являющегося расчетной величиной.

Алгоритм решения задач:

1. Выбираем направление действительных токов.

2. Определяем независимые контуры и выбираем в них направление контурных токов.

3. Составляем систему уравнений (количество уравнений равно количеству независимых контуров).

4. Уравнения составляем по правилу: левая часть представляет собой алгебраическую сумму ЭДС, входящих в контур. Правая часть уравнения представляет собой сумму из нескольких слагаемых. Первое слагаемое (оно всегда положительное)- это произведение контурного тока и собственного сопротивления контура (сумма всех сопротивлений в данном контуре). Следующее слагаемое – это произведение смежного контурного тока на общее сопротивление двух контуров. Оно положительно, если контурные токи протекают через резистор в одном направлении или отрицательно, если в разном.

5. Решив систему, найдём контурные токи.

6. Действительные токи находим как алгебраическую сумму частных.

7. Проверку производим с помощью уравнения баланса мощностей.

Произвольно задаём направление действительных токов.

Для независимых контуров задаём направление контурных токов.

Составляем уравнения:

E₁=II(R₁+R₂)-IШR₂

0=IIII(R₄+R₃+R₂+R₅)-IIR₂-III(R₄+R₃ )

E₂=III(R₆+R₃+R₄)- IШ (R₄+R₃ )

Решив систему, найдём контурные токи.

Действительные токи находим как алгебраическую сумму контурных токов:

I₁= II I₄= IIII

I₂= II- IIII I

5= III

I₃= IIII — III

Составляем баланс мощностей

Е₁∙I₁+E₂∙I₅= I₁²∙R₁+I₂²∙R₂+I₃^2∙(R₄+R₃ )+I₄^2∙R₅+I₅^2∙R₆

Последовательное и параллельное соединение потребителей.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Последовательным соединением приемников электрического тока, или, иными словами, потребителей электрического тока называется такое соединение, при котором концевая клемма первого потребителя соединяется с начальной клеммой второго потребителя и так далее.

Параллельным соединением потребителей называется такое соединение, при котором к одному полюсу источника напряжения подключены все входные клеммы потребителей, а ко второму полюсу – все выходные клеммы.

Последовательное соединение

Параллельное соединение

При последовательном соединении потребителей конец первого потребителя соединяются с началом второго и т. д. 1. При этом сила тока I во всех потребителях одинакова.   I общ. = I1 = I2 = …   2. Напряжение всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках. Uобщ. = U1 + U2 + … 3. Общее сопротивление последовательного соединения равно сумме сопротивлений его отдельных участков. Rобщ. = R1 + R2 + … Вывод:   1. Дополнительный проводник, последовательно включенный в цепь, уменьшает в ней силу тока, т. к при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи увеличивается, а сила тока уменьшается – это свойство используется для уменьшения силы тока в цепи. 2. Так как все элементы цепи взаимосвязаны, то они либо все одновременно работают, либо не работают. 3. Для включения цепи необходим только один выключатель. 4. При возникновении неисправности в цепи, необходимо поочередно проверить все элементы, что затрудняет её поиск. 5. Для защиты эл. цепи необходим только один аппарат защиты. Последовательное соединение используется для одновременной работы аппаратов.

При параллельном соединении потребителей их начала, и концы имеют общую точку подключения к источнику тока.   1. При этом сила всей цепи равна сумме сил токов во всех параллельно включённых потребителей. I общ. = I1 + I2 + …   2. Напряжение на каждом из потребителей равно напряжению на всем соединении. Uобщ. = U 1 = U2 = … 3. Величина, обратная общему сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям его отдельных участков.     Вывод: 1. Общее сопротивление цепи уменьшается, т. к. с увеличением площади поперечного сечения проводников сопротивление уменьшается и становится меньше наименьшего, составляющего цепи при этом общий ток увеличивается. 2. Цепи независимы друг от друга, и для их включения можно по желанию использовать как общий выключатель, так и индивидуальный выключатель на каждую цепь. 3. Каждая цепь может иметь свой аппарат защиты. 4. При возникновении неисправности в параллельно соединённых цепях, их легко можно выделить.   Параллельные соединения используются для независимой работы аппаратов.

Если в электрической схеме есть участки с последовательным и параллельным соединениями, то такое соединение принято считать «смешанным».

Тема № 2. Работа и мощность электрического тока. Свойства электрического тока.

Лекция 2 часа.

 

Работа электрического тока

При прохождении по цепи электрический ток совершает работу, при этом электрическая энергия источника тока превращается в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.) Работа электрического тока математически выражается произведением напряжения, силы тока и времени действия.

 

Работа Аэлектрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время ∆t равна:

А = I–U– t = I² –R– t

Работа измеряется в ватт – секундах, ватт – часах или в киловатт – часах. За единицу работы принят джоуль, или ватт-секунда, т.е. работа, совершаемая током в 1 ампер при напряжении 1 вольт за 1 секунду.

Мощностью называется работа, совершаемая током в единицу времени.

Мощность электрического тока математически выражается отношением работы тока А ко времени ∆t. за которое эта работа совершена:

где,

P –	мощность тока, Вт
I–	сила тока, А
U –	электрическое напряжение, В

Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока.Известно три действия тока: химическое, магнитное и тепловое.

Тепловое действие тока.

 

Если на участке цепи под действием электрического тока не совершается механическая работа, и не происходят химические превращения, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока равна количеству тепла, выделяемого для нагревания проводника при протекании по нему электрического тока. Количество выделяемого тепла определяется по закону Джоуля – Ленца:

Q = А = 0,24 I² R t (калорий).

 

Переводной коэффициент «0,24» — это количество тепла, выделяемого в проводнике, имеющем сопротивление 1 ом при прохождении через него тока силой в 1 ампер в течение 1 секунды.

Одна малая калория (или просто калория) -количество тепла, которое необходимо для нагрева воды массой в 1 грамм на 1 градус Цельсия. Одна большая калория или килокалория равна 1000 калорий.

 

Режим короткого замыкания.

Режим короткого замыкания – явление, когда в цепи резко падает общее сопротивление (т.к. образуется параллельная цепь). По закону Ома в цепи возникает большой ток, который вызывает нагрев проводников. А если учесть, что по закону Джоуля – Ленца количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока, нагрев может привести к возгоранию.

Плавкие предохранители.

Высоковольтный предохранитель Изоляционная трубка Наполнитель (среда для дугогашения) Плавкая вставка (легкоплавкий проводник). Контактный наконечник

Плавкие предохранители, как аппараты защиты предназначены для защиты электрической цепи от больших токов. Действие плавких предохранителей основано на использовании теплового действия тока. При повышении тока выше допустимого выделяется большое количество теплоты, проводник плавится и разрывает цепь, предохраняя ее от тока перегрузки или короткого замыкания.

На вагоне применяются предохранители для защиты высоковольтных и низковольтных цепей.

Высоковольтные предохранители – неразборные, их «заправляют» на специальном участке, подбирая провода определенного сечения. На корпусе делается маркировка величины тока, на которую рассчитан данный предохранитель.

Предохранители низковольтной цепи – разборные, в них применяются специальные плавкие вставки. Запасные предохранители всегда должны быть в вагонной сумке. Выезжать из парка без запасных предохранителей недопустимо.

 

 

Химическое действие тока.

Растворы солей, кислот и щелочей в воде называются ЭЛЕКТРОЛИТАМИ. Электролиты проводят электрический ток. Это объясняется тем, что молекулы вещества в растворе делятся на ИОНЫ, т.е. частицы, несущие заряды. Ионы водорода и металлов несут положительный заряд и под воздействием напряжения между электродами движутся по направлению к КАТОДУ (отрицательному электроду). Здесь, забирая у катода электроны, они нейтрализуются и оседают на нем. Ионы остальных веществ заряжаются отрицательно и под воздействием напряжения движутся в АНОДУ (положительному электроду). Здесь, отдавая ему электроны, они нейтрализуются и оседают на нем. Следовательно, электрический ток в электролитах представляет собой движение ионов. Химическое действие тока широко используется в технике. При электролизе производится покрытие металлических предметов слоем другого металла (гальваностегия), очистка меди, получение чистого алюминия и т.д. На химическом действии тока основана работа аккумулятора.

Аккумулятором называется прибор, способный в результате химических процессов накапливать электрическую энергию и хранить ее в течение определенного времени. В зависимости от используемого электролита аккумуляторы бывают кислотные и щелочные. В качестве электролита в щелочном аккумуляторе используется 20% — ный водный раствор химически чистого едкого натра. Пластины в щелочных аккумуляторах представляют собой железные решетки с различной активной массой. В положительных пластинах в качестве активной массы используется соединение водной окиси никеля, графита и электролитического никеля, а в отрицательных – губчатое железо с гидроокисью кадмия.

В отличие от кислотных, щелочные аккумуляторы не требуют тщательного ухода, они не боятся сотрясений, могут долго оставаться в разряженном состоянии, без повреждений выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуляторов очень опасны.

Недостатки щелочных аккумуляторов: меньшее рабочее напряжение, меньший КПД (порядка 60%),большое внутреннее сопротивление.

Как одна из технических характеристик аккумулятора, существует такое понятие, как ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА. Это количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде его определенным током до минимально допустимого напряжения. Емкость батареи измеряется в ампер – часах.

На трамвайном вагоне «ЛМ-68М» применяется никель – кадмиевая щелочная аккумуляторная батарея «НК-125». Батарея состоит из 20 элементов, соединенных последовательно. Общее напряжение – 24 вольта. Емкость батареи – 125 ампер – часов.



Последовательное соединение потребителей

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

Последовательным называется соединение, когда ток последовательно проходит через несколько потребителей. В схеме на рис.9 последовательно включены три резистора. Здесь и далее источник ЭДС, питающий схему, не отображается. Однако, не нужно забывать, что он есть и создаёт на входных клеммах напряжение питания .

В схеме можно измерить четыре напряжения: общее для всей цепи и напряжения на каждом из резисторов.

Напряжение на этой и других схемах обозначается стрелкой, направленной от “+” к “-”.

Главное свойство последовательной цепи состоит в том, что ток одинаков во всех участках цепи.

Это можно понять, представив, что мы имеем дело с водой, последовательно протекающей по нескольким трубам. Сколько бы ни было труб, во всех протекает одно и тоже количество воды. В электрической схеме мы имеем дело не с водой, а с движущимся по проводам потоком электронов. Но принцип остаётся в силе: сколько электронов начало движение от верхней клеммы, столько же их подойдёт к нижней клемме.

 

Рис.9 Последовательное соединение резисторов

 

Главное свойство последовательной цепи состоит в том, что ток одинаков во всех участках цепи.

Это можно понять, представив, что мы имеем дело с водой, последовательно протекающей по нескольким трубам. Сколько бы ни было труб, во всех протекает одно и тоже количество воды. В электрической схеме мы имеем дело не с водой, а с движущимся по проводам потоком электронов. Но принцип остаётся в силе: сколько электронов начало движение от верхней клеммы, столько же их подойдёт к нижней клемме.

Общее напряжение, приложенное к цепи, равно сумме напряжений на всех элементах, входящих в цепь:

Общее сопротивление всей цепи равно сумме всех сопротивлений:

Последовательное соединение применяется, например, в елочной гирлянде. В ней, можно соединить последовательно 22 низковольтные лампочки, каждая рассчитана на 10 В. Общее напряжение составит 220В.

Главный недостаток последовательного соединения состоит в том, что обрыв одного сопротивления выключает (разрывает) всю цепь. При перегорании одной лампочки в гирлянде, она погаснет вся.

Пример 5. Расчёт цепи с последовательным соединением резисторов.

Последовательно соединены , , , общее напряжение . Найти ток в цепи и напряжение на каждом сопротивлении.

Решение:

1) Найдем общее сопротивление всей цепи:

2) Найдем ток в цепи по закону Ома:

3) Найдем напряжение на каждом из сопротивлений, входящих в цепь:

Если все сопротивления в цепи одинаковые, то напряжения на них будут равны. Если сопротивления разные, то напряжение будет больше, где будет больше сопротивление.

Пример 6. Расчёт цепи с последовательным соединением резисторов.

Последовательно соединены два резистора (см. рис.10).

Рис. 10. Схема к задаче

Известно: , . Вольтметр, подключённый к резистору R1 показывает . Найти напряжение на втором резисторе и общее напряжение , приложенное к схеме.

Решение:

1) Найдем общее сопротивление цепи:

2) Найдем ток в цепи:

3) Найдем напряжение на втором резисторе:

4) Найдем общее напряжение

Применение последовательного соединения в технике.

Реостат

Реостат – это электротехническое устройство, служащее для регулирования тока в цепи. Он представляет собой спираль из высокоомной проволоки, намотанную на керамический цилиндр. Спираль имеет два вывода. Вдоль реостата может перемещаться движок – подвижный контакт, который является третьим выводом реостата. (На схеме обозначен стрелкой.)

Реостат применятся, например, с целью регулирования яркости лампы.

 

Рис.11. Реостат и схема включения реостата

 

 

В схеме на рис.11 показано, что реостат включён последовательно с лампой накаливания. Используя свойства последовательного соединения, запишем:

В знаменателе формулы здесь записана сумма сопротивлений реостата и лампы, образующая общее сопротивление цепи.

Ток проходит от верхней входной клеммы, по левой части реостата до движка, затем переходит на движок и далее, по пути наименьшего сопротивления, проходит по проводу мимо правой части реостата. Далее ток проходит по лампе и попадает на нижнюю входную клемму.

При перемещении движка реостата слева направо, возрастает сопротивление той части реостата по которой проходит ток. В результате, в соответствии с формулой, ток в цепи, а, следовательно, и яркость лампы уменьшаются.

 

Пример 7.

С помощью реостата регулируют напряжение на лампе (рис. 11). Движок реостата находится в среднем положении. Известно: что сопротивление всей обмотки реостата R_р составляет 200 Ом, а сопротивление лампы . В среднем положении движка напряжение на лампе . Общее напряжение, приложенное к цепи, составляет 100В.

Решение:

1) Найдем ток в цепи. Реостат и лампа соединены последовательно. В среднем положении реостата работает только половина его обмотки. Поэтому:

2) Найдем напряжение на лампе U_л

 

Делитель напряжения

 

Рассмотрим применение последовательного соединения в схеме делителя напряжения:

Рис. 12. Делитель напряжения

 

Делителем напряжения называется схема, состоящая из двух резисторов, включённых последовательно, которая позволяет получить на выходе напряжение, меньше чем на входе. Такая схема часто используется в электротехнике или электронике.

Например, источник ЭДС дает 10 В, а нам нужно только 5В. Потребуется делить напряжения.

В схеме делителя резисторы R1 и R2 соединены последовательно. На входные (левые) клеммы схемы подаётся входное напряжение, общее для двух резисторов.

С выходных (правых) клемм можно снять выходное напряжение. Оно всегда будет меньше, чем входное. Это следует из свойств последовательного соединения:

, следовательно:

,

то есть напряжение на выходе делителя (на резисторе R2) всегда меньше чем на входе.

Здесь мы впервые используем термин падение напряжения на сопротивлении R1. Смысл его в том, что на сопротивлении R1 падает (теряется) избыточное, ненужное напряжение.

Верхний по схеме резистор называется гасящим плечом делителя. На нём гасится (падает) излишек напряжения. Нижний резистор называется рабочим плечом, т.к. с него снимается напряжение, которое будет подано для работы какого-то устройства или схемы.

Степень уменьшения напряжения делителя определяется соотношением плеч делителя. Если необходимо уменьшить U_вых , то гасящее плечо нужно увеличить и наоборот.

Чтобы изменить величину напряжения на выходе делителя нужно отключить резистор R1 и заменить его резистором другой величины.

Потенциометр

Потенциометр — это, фактически, тот же делитель напряжения, но позволяющий плавно регулировать величину напряжения выходного напряжения U_вых.

В качестве потенциометра используется реостат (см. рис.11) включённый по схеме потенциометра. Движок реостата, обозначенный на схеме стрелкой, разбивает всю обмотку реостата (его полное сопротивление) на две части. Верхняя часть полного сопротивления реостата (R₁) образует гасящее плечо делителя напряжения. Нижняя – рабочее (R₂).

Рис. 13. Регулирование напряжения с помощью потенциометра

 

Перемещая движок реостата вверх или вниз, можно плавно регулировать величину выходного напряжения. В верхнем положении движка реостата напряжение на выходе будет равно напряжению на входе. В нижнем положении движка напряжение на выходе станет равно нулю.

Потенциометр применяется, например, в качестве регулятора громкости в радиоприёмнике.

 

Рекомендуемые страницы:

Параллельное соединение потребителей

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Параллельным соединением участков электрической цепи называют соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, т. е. находятся под действием одного и того же напряжения (рис. 3.8). Токи параллельно включенных участков обратно пропорциональны сопротивлениям этих участков.

При параллельном соединении сопротивлений R₁, R₂ и R₃ токи потребителей соответственно равны

 

Воспользовавшись первым законом Кирхгофа, можно определить ток I в неразветвленной части цепи

или

Тогда (1.30)

Таким образом, обратная величина общего (эквивалентного) сопротивления R параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин сопротивлений этих потребителей.

Величина, обратная сопротивлению, определяет проводимость потребителя g. Тогда общая (эквивалентная) проводимость цепи при параллельном соединении потребителей определяется суммой проводимостей потребителей

(1.31)

Если параллельно включены n одинаковых потребителей с сопротивлением R^/ каждый, то эквивалентное сопротивление этих потребителей . Если параллельно включены два потребителя с сопротивлениями R₁ и R₂, то их общее (эквивалентное) сопротивление в соответствии с (1.30) равно

Откуда (1.32)

Если параллельно включены три потребителя с сопротивлениями R₁, R₂, R₃, то общее их сопротивление (см. (1.30))

Откуда (1.33)

Изменение сопротивления какого-либо из параллельно соединенных потребителей не влияет на режим работы (напряжение) других потребителей, включая изменяемое. Поэтому параллельное единение нашло широкое практическое применение.

При параллельном соединении потребителей на большем сопротивлении тратится меньшая мощность:

 

Потенциальная диаграмма

 

При изучении и расчете некоторых электрических цепей необходимо определить потенциалы отдельных точек цепи и построить потенциальную диаграмму. Для этого можно использовать выражение (3.4) (рис. 3.1а).

На участке АВ точка В имеет положительный потенциал , точка А — отрицательный потенциал , поэтому , так как источник работает в режиме генератора, т. е.

.

На участке ВС точка В имеет положительный потенциал , точка С — отрицательный , поэтому , источник с ЭДС Е₂ работает в режиме потребителя, т. е.

.

Таким образом, потенциал точки D можно записать

,

если обходить цепь по направлению тока, или

,

если обходить цепь против направления тока.

Отсюда можно сделать следующий вывод (правило): если обходить цепь или участок цепи по направлению тока, то потенциал в каждой точке определяется потенциалом предыдущей точки плюс ЭДС источника, работающего в режиме генератора, минус ЭДС источника, работающего в режиме потребителя, и минус падение напряжения на участке между точками цепи.

При обходе контура против направления тока знаки ЭДС и падения напряжения изменяются на противоположные.

Это правило особенно удобно применять в тех случаях, когда в цепи имеются участки с несколькими источниками.

Потенциальная диаграмма представляет собой график зависимости потенциалов точек цепи от величины сопротивлений участков между этими точками.

Для построения потенциальной диаграммы одну из точек электрической цепи условно заземляют, (потенциал ее принимают равным нулю), а потенциалы остальных точек равны напряжению между ними и заземленной точкой.

Потенциальная диаграмма представляет собой ломаную линию (рис. 3.3).

 

Пример 3.2

Для цепи, изображенной на рис. 3.2, дано:

Е₁ = 8 В; Е₂ = 24В; Е₃ = 9,5 В; R₁ = 0,5 Ом; R₂ = 1 Ом; R₃ = 1,5 Ом; R₀₁ = 0,15 Ом; R₀₂ = 0,1 Ом; R₀₃ = 0 Ом.

1. Определить величину и направление тока в цепи.

2. Определить потенциал точек В, С, D, Е, G, приняв потенциал точки А равным нулю, .

3. Построить потенциальную диаграмму.

4. Составить и проверить баланс мощностей для цепи.

 

 

 

Рис. 3.2.

 

Решение

1. Выбираем направление обхода контура по часовой стрелке, тогда величина тока

Знак «минус», полученный в результате вычислений, указывает на то, что ток направлен против выбранного направления обхода, как показано на рис. 3.2. В дальнейших расчетах знак «минус» не учитывается. Таким образом, источник ЭДС Е₂работает в режиме генератора, а Е₁ и Е₃ — потребителей.

2. Для определения потенциалов указанных точек обходим контур по направлению тока. При этом получаем

3. Для построения потенциальной диаграммы по оси ординат в масштабе откладываются потенциалы точек, а по оси абсцисс — сопротивления участков. Потенциальная диаграмма изображена на рис. 3.3.

Рис. 3.3

 

4. Баланс мощностей в электрической цепи с несколькими источниками соблюдается при условии, что сумма мощностей источников, работающих в режиме генераторов, равна сумме мощностей источников, работающих в режиме потребителей, и потерям мощностей на всех сопротивлениях цепи, включая внутренние сопротивления источников:

48 Вт = 48 Вт.

Пример 2.

Рассчитать и построить потенциальную диаграмму для электрической цепи постоянного тока (рис. 1.19, а), если дано: ЭДС источников питания Е₁ = 16 В; Е₂ = 14 В, внутреннее сопротивление R₀₁ = 3 Ом; R₀₂ = 2 Ом, сопротивления резисторов R₁ = 20 Ом; R₂ = 15 Ом; R₃ = 10 Ом. Определить положение движка потенциометра, в котором вольтметр V покажет нуль, составить баланс мощностей для цепи. Как повлияет на вид потенциальной диаграммы выбор другой точки с нулевым потенциалом?

б)

Рис. 1.19.

 

Решение. Ток в цепи определяют по уравнению, составленному по второму закону Кирхгофа, приведенному к виду:

Потенциальную диаграмму строят в прямоугольной системе координат. При этом по оси абсцисс откладывают в соответствующем масштабе сопротивления всех участков цепи, а по оси ординат — потенциалы соответствующих точек. При построении потенциальной диаграммы одна из точек цепи условно заземляется, т. е. принимается, что потенциал ее φ = 0. На диаграмме эта точка помещается в начале координат.

В соответствии с условием задачи определяют потенциалы точек 1 — 5 электрической цепи, при этом принимают потенциал φ₁ точки 1 цепи равным нулю.

Потенциал φ₂ точки 2 находят из выражения, записанного по второму закону Кирхгофа для участка 1 — 2 цепи:

откуда .

Координаты точки 2: R = 20 Ом; φ₂ = -12 В.

По второму закону Кирхгофа для участка цепи 1 — 3 справедливо уравнение:

,

откуда потенциал точки 3 цепи: .

Координаты точки 3 цепи: R = 20 + 3 = 23 Ом; φ₃ = 2,2 В. Аналогично определяют потенциал точки 4 цепи:

,

откуда .

Координаты точки 4 цепи: R = 23 + 15 = 38 Ом; φ₄ = — 6,8В.

Потенциал φ₅ точки 5 цепи находят из уравнения, записанного по второму закону Кирхгофа для участка 4 — 5 цепи:

,

откуда .

Координаты точки 5 цепи: R = 38 + 2 = 40 Ом; φ₅ = 6 В. Потенциал φ₁ точки 1 цепи находят из уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для участка 4 — 5 цепи: ; . Координаты точки 1 цепи: R = 40 + 10 = 50 Ом; φ₁ = 0.

Для рассматриваемой электрической цепи по результатам расчетов на рис. 1.19, б приведена потенциальная диаграмма.

Из этой диаграммы следует, что положение движка потенциометра в точке 6 цепи соответствует показанию вольтметра, равному нулю, так как потенциалы точек 1 и 6 цепи равны.

При выборе другой точки электрической цепи с нулевым потенциалом разности потенциалов на соответствующих участках цепи не изменяются, так как они определяются величиной тока и величиной сопротивления. Если принять потенциал точки 3 цепи φ₃ = 0, то ось абсцисс переместится в точку 3 потенциальной диаграммы (пунктирная линия), т. е. потенциалы всех точек цепи уменьшаются на величину потенциала φ, равного отрезку 0К = 2,3 В.

Баланс мощностей соответствует следующему уравнению:

;

16 ∙ 0,6 + 14 ∙ 0,6 = 0,6²(20 + 3 + 15 + 2 + 10).

18 Вт = 18 Вт.

 

Пример 3.

Составить схему электрической цепи постоянного тока исходя из данных потенциальной диаграммы, приведенной на рис. 1.20,а.

Решение. Построение электрической цепи целесообразно начать с точки 1, которая совпадает с началом координат и, следовательно, имеет потенциал φ = 0 (точка заземлена).

Так как на потенциальной диаграмме сопротивления отдельных участков цепи откладываются в определенном масштабе по оси абсцисс, а по оси ординат — потенциалы, то каждой точке цепи соответствует точка на потенциальной диаграмме.

Из приведенной потенциальной диаграммы следует, что при переходе от точки 1 к точке 2 цепи потенциал линейно возрастает. При этом тангенс угла α₁ наклона прямой 0 — 2 к оси абсцисс пропорционален потенциалу точки 2. Следовательно, согласно диаграмме, на участке цепи 1 — 2 должен быть включен резистор с сопротивлением R₁ = 2 Ом.

Так как при переходе от точки 1 к точке 2 цепи потенциал увеличивается, то ток цепи направлен от точки 2 к точке 1 цепи:

, где .

На участке 2 — 3 диаграммы потенциал растет скачком. Это свидетельствует о том, что между соответствующими точками цепи включен источник ЭДС, направление которой встречно току (источник работает в режиме потребителя электроэнергии).

Согласно потенциальной диаграмме ЭДС, Е₂₃ = 40 В.

На участке 3 — 4 цепи, согласно диаграмме, должен быть включен резистор, имеющий сопротивление R₂ = 1 Ом. На этом участке . При этом .

На участке 4 — 5 цепи, согласно диаграмме, должен быть включен источник ЭДС Е₄₅ =75 В. Так как при переходе от точки 4 к точке 5 цепи потенциал понижается, то ЭДС должна быть направлена от точки 5 к точке 4 цепи.

На участке 5 — 6 цепи потенциал повышается на величину , поэтому здесь должен быть включен резистор с сопротивлением R₃ = 1 Ом.

На участке 6 — 7 цепи потенциал резко возрастает. Здесь, согласно диаграмме, должен быть включен источник ЭДС Е₆₇ = 45 В, который работает в схеме в режиме потребителя.

При переходе от точки 7 к точке 8 цепи потенциал возрастает на величину, равную произведению , так как здесь должен быть включен резистор с сопротивлением R₄ = 3 Ом.

На участке 8 — 9 цепи потенциал уменьшается скачком вследствие того, что источник ЭДС Е₈₉ = 55 В подключен положительным полюсом к точке 8, а отрицательным — к точке 9. В данном случае источник ЭДС Е₈₉ работает в цепи в качестве источника питания.

На участке 9 — 1 цепи потенциал повышается на величину, равную произведению . Поэтому здесь должен быть включен резистор с сопротивлением R₅ = 2 Ом.

Результаты определения потенциалов рассматриваемой электрической цепи приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Участок электрической цепи	Сопротивление участка, Ом	Потенциалы точек, В
- 1 – 2 2 – 3 3 – 4 4 – 5 5 – 6 6 – 7 7 – 8 8 – 9 9 — 1	-

 

По результатам анализа представленной потенциальной диаграммы составлена схема неразветвленной электрической цепи постоянного тока (рис. 1.20, 6).

Проверка. Пользуясь вторым законом Кирхгофа, составляем уравнение электрического равновесия для полученной в результате расчета электрической цепи:

,

откуда ток в цепи

На всех участках цепи углы α одинаковы, следовательно:

или

I = 10/2 = 5/1 = 5/1 = 15/3 = 10/2 = 5А.

Уравнение баланса мощностей:

;

225 Вт = 225 Вт.

Баланс мощностей соблюдается.

а)

Рис. 1.20.

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ



Параллельное соединение — урок. Физика, 8 класс.

При параллельном соединении все потребители подключены к источнику тока независимо друг от друга и образуют разветвлённую цепь.

При параллельном соединении все потребители подключены к одному источнику тока, между клеммами которого имеется определённое напряжение.

Каждый потребитель получает полное напряжение цепи.
 

U=U1=U2=U3=…

При параллельном соединении общий ток является суммой токов, протекающих через отдельные потребители.

 

I=I1+I2+I3+…

 

Общее сопротивление потребителей, находящихся в параллельном соединении, будет наименьшим (меньше, чем наименьшее из сопротивлений параллельно подключённых потребителей).
Если параллельно соединены \(n\) потребителей, а сопротивление каждого из них одинаково и равно \(R\), тогда общее сопротивление цепи будет равно \(R : n\).

Можно сделать вывод о том, что при увеличении числа потребителей общая сила тока неограниченно возрастает, что может привести к пожару.

 

Обрати внимание!

В одну розетку нельзя включать несколько мощных потребителей, так как перенагруженные провода нагреваются и могут загореться.

В квартире потребители включены в параллельное соединение. Подводка электричества, входящего в квартиру, состоит из нескольких проводов, которые проходят через счётчик, измеряющий потребление электроэнергии. Электрический ток течёт через предохранители, которые подключены последовательно и предусмотрены для определённой силы тока в цепи. Они размыкают цепь в случае опасной перегрузки.

Электрический кабель, который используется в электрической цепи квартиры, имеет три провода. Третий провод является заземлением.

Преимуществом параллельного соединения является то, что при отключении одного из потребителей, остальные продолжают работать.

Источники:

 

Fizika 9. klasei/Ilgonis Vilks. — Rīga: Zvaigzne ABC, 2008. — 159 lpp.: izmantotā literatūra: 117, lpp.
(Физика для 9 класса// Илгонис Вилкс. — Рига: Zvaigzne ABC, 2008. — 159 стр.: использованная литература: 117. стр.)
Fizika pamatskolai 2. daļa// V. Rasmane, A. Vītols, Ā. Cacāne. — Rīga: RAKA, 2006. — 136 lpp.: il.-izmantotā literatūra: 84, lpp.
(Физика для начальной школы, 2 часть// Расмане В., Витолс А., Цацане А. — Рига: RAKA, 2006. — 136 стр.: ил.-использованная литература: 84. стр.)
http://www.ndg.lv/latvian/Macibas/FizInter/b2.2.4.htm
http://www.goerudio.com/demo/paralelais_slegums
http://www.ndg.lv/latvian/Macibas/FizInter/b2.2.4.htm

Последовательное и параллельное соединение потребителей. — КиберПедия

Последовательным соединением приемников электрического тока, или, иными словами, потребителей электрического тока называется такое соединение, при котором концевая клемма первого потребителя соединяется с начальной клеммой второго потребителя и так далее.

Параллельным соединением потребителей называется такое соединение, при котором к одному полюсу источника напряжения подключены все входные клеммы потребителей, а ко второму полюсу – все выходные клеммы.

Последовательное соединение

Параллельное соединение

При последовательном соединении потребителей конец первого потребителя соединяются с началом второго и т. д. 1. При этом сила тока I во всех потребителях одинакова.   I общ. = I1 = I2 = …   2. Напряжение всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках. Uобщ. = U1 + U2 + … 3. Общее сопротивление последовательного соединения равно сумме сопротивлений его отдельных участков. Rобщ. = R1 + R2 + … Вывод:   1. Дополнительный проводник, последовательно включенный в цепь, уменьшает в ней силу тока, т. к при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи увеличивается, а сила тока уменьшается – это свойство используется для уменьшения силы тока в цепи. 2. Так как все элементы цепи взаимосвязаны, то они либо все одновременно работают, либо не работают. 3. Для включения цепи необходим только один выключатель. 4. При возникновении неисправности в цепи, необходимо поочередно проверить все элементы, что затрудняет её поиск. 5. Для защиты эл. цепи необходим только один аппарат защиты. Последовательное соединение используется для одновременной работы аппаратов.

При параллельном соединении потребителей их начала, и концы имеют общую точку подключения к источнику тока.   1. При этом сила всей цепи равна сумме сил токов во всех параллельно включённых потребителей. I общ. = I1 + I2 + …   2. Напряжение на каждом из потребителей равно напряжению на всем соединении. Uобщ. = U1 = U2 = … 3. Величина, обратная общему сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям его отдельных участков.     Вывод: 1. Общее сопротивление цепи уменьшается, т. к. с увеличением площади поперечного сечения проводников сопротивление уменьшается и становится меньше наименьшего, составляющего цепи при этом общий ток увеличивается. 2. Цепи независимы друг от друга, и для их включения можно по желанию использовать как общий выключатель, так и индивидуальный выключатель на каждую цепь. 3. Каждая цепь может иметь свой аппарат защиты. 4. При возникновении неисправности в параллельно соединённых цепях, их легко можно выделить.   Параллельные соединения используются для независимой работы аппаратов.

Если в электрической схеме есть участки с последовательным и параллельным соединениями, то такое соединение принято считать «смешанным».

Тема № 2. Работа и мощность электрического тока. Свойства электрического тока.

Лекция 2 часа.

 

Работа электрического тока

При прохождении по цепи электрический ток совершает работу, при этом электрическая энергия источника тока превращается в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.) Работа электрического тока математически выражается произведением напряжения, силы тока и времени действия.

 

Работа Аэлектрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время ∆t равна:

А = I–U– t = I² –R– t

Работа измеряется в ватт – секундах, ватт – часах или в киловатт – часах. За единицу работы принят джоуль, или ватт-секунда, т.е. работа, совершаемая током в 1 ампер при напряжении 1 вольт за 1 секунду.

Мощностью называется работа, совершаемая током в единицу времени.

Мощность электрического тока математически выражается отношением работы тока А ко времени ∆t. за которое эта работа совершена:

где,

P –	мощность тока, Вт
I–	сила тока, А
U –	электрическое напряжение, В

Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока.Известно три действия тока: химическое, магнитное и тепловое.

Тепловое действие тока.

 

Если на участке цепи под действием электрического тока не совершается механическая работа, и не происходят химические превращения, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока равна количеству тепла, выделяемого для нагревания проводника при протекании по нему электрического тока. Количество выделяемого тепла определяется по закону Джоуля – Ленца:

Q = А = 0,24 I² R t (калорий).

 

Переводной коэффициент «0,24» — это количество тепла, выделяемого в проводнике, имеющем сопротивление 1 ом при прохождении через него тока силой в 1 ампер в течение 1 секунды.

Одна малая калория (или просто калория) -количество тепла, которое необходимо для нагрева воды массой в 1 грамм на 1 градус Цельсия. Одна большая калория или килокалория равна 1000 калорий.

 

Режим короткого замыкания.

Режим короткого замыкания – явление, когда в цепи резко падает общее сопротивление (т.к. образуется параллельная цепь). По закону Ома в цепи возникает большой ток, который вызывает нагрев проводников. А если учесть, что по закону Джоуля – Ленца количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока, нагрев может привести к возгоранию.

Плавкие предохранители.

Высоковольтный предохранитель Изоляционная трубка Наполнитель (среда для дугогашения) Плавкая вставка (легкоплавкий проводник). Контактный наконечник

Плавкие предохранители, как аппараты защиты предназначены для защиты электрической цепи от больших токов. Действие плавких предохранителей основано на использовании теплового действия тока. При повышении тока выше допустимого выделяется большое количество теплоты, проводник плавится и разрывает цепь, предохраняя ее от тока перегрузки или короткого замыкания.

На вагоне применяются предохранители для защиты высоковольтных и низковольтных цепей.

Высоковольтные предохранители – неразборные, их «заправляют» на специальном участке, подбирая провода определенного сечения. На корпусе делается маркировка величины тока, на которую рассчитан данный предохранитель.

Предохранители низковольтной цепи – разборные, в них применяются специальные плавкие вставки. Запасные предохранители всегда должны быть в вагонной сумке. Выезжать из парка без запасных предохранителей недопустимо.

 

 

Химическое действие тока.

Растворы солей, кислот и щелочей в воде называются ЭЛЕКТРОЛИТАМИ. Электролиты проводят электрический ток. Это объясняется тем, что молекулы вещества в растворе делятся на ИОНЫ, т.е. частицы, несущие заряды. Ионы водорода и металлов несут положительный заряд и под воздействием напряжения между электродами движутся по направлению к КАТОДУ (отрицательному электроду). Здесь, забирая у катода электроны, они нейтрализуются и оседают на нем. Ионы остальных веществ заряжаются отрицательно и под воздействием напряжения движутся в АНОДУ (положительному электроду). Здесь, отдавая ему электроны, они нейтрализуются и оседают на нем. Следовательно, электрический ток в электролитах представляет собой движение ионов. Химическое действие тока широко используется в технике. При электролизе производится покрытие металлических предметов слоем другого металла (гальваностегия), очистка меди, получение чистого алюминия и т.д. На химическом действии тока основана работа аккумулятора.

Аккумулятором называется прибор, способный в результате химических процессов накапливать электрическую энергию и хранить ее в течение определенного времени. В зависимости от используемого электролита аккумуляторы бывают кислотные и щелочные. В качестве электролита в щелочном аккумуляторе используется 20% — ный водный раствор химически чистого едкого натра. Пластины в щелочных аккумуляторах представляют собой железные решетки с различной активной массой. В положительных пластинах в качестве активной массы используется соединение водной окиси никеля, графита и электролитического никеля, а в отрицательных – губчатое железо с гидроокисью кадмия.

В отличие от кислотных, щелочные аккумуляторы не требуют тщательного ухода, они не боятся сотрясений, могут долго оставаться в разряженном состоянии, без повреждений выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуляторов очень опасны.

Недостатки щелочных аккумуляторов: меньшее рабочее напряжение, меньший КПД (порядка 60%),большое внутреннее сопротивление.

Как одна из технических характеристик аккумулятора, существует такое понятие, как ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА. Это количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде его определенным током до минимально допустимого напряжения. Емкость батареи измеряется в ампер – часах.

На трамвайном вагоне «ЛМ-68М» применяется никель – кадмиевая щелочная аккумуляторная батарея «НК-125». Батарея состоит из 20 элементов, соединенных последовательно. Общее напряжение – 24 вольта. Емкость батареи – 125 ампер – часов.

Последовательное соединение — потребитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Последовательное соединение — потребитель

Cтраница 1

Последовательное соединение потребителей не всегда удобно, поскольку при отключении одного из них ток прекращается во всей цепи и одновременно отключаются все потребители.  [1]

Последовательным соединением потребителей называется такое соединение ( рис. 6.5), при котором через все потребители проходит один и тот же ток.  [3]

При последовательном соединении потребителей они включаются в цепь поочередно друг за другом без разветвлений проводов между ними. Форма линий, обозначающих при этом соединительные провода, не играет роли, и потому схема цепи при одном и том же типе соединения может выглядеть по-разному.  [4]

При последовательном соединении потребителей их общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных потребителей; величина тока в любой точке цепи одинакова, а напряжение между различными точками замкнутой цепи различное.  [6]

При последовательном соединении потребителей ( сопротивлений) величина тока в любой точке цепи одинакова, и напряжение на зажимах каждого потребителя зависит от величины сопротивления и тока в нем.  [7]

Тем не менее последовательное соединение потребителей приходится применять в том случае, когда напряжение источника тока превышает нормальное напряжение, на которое рассчитан потребитель.  [8]

Резонанс в цепи при последовательном соединении потребителей носит название резонанса напряжений.  [10]

Совершенно иначе обстоит дело при последовательном соединении потребителей, при котором изменение сопротивления одного из них тотчас же влечет за собой изменение напряжения на других связанных с ним потребителях. При выключении или обрыве электрической цепи в одном из потребителей и в остальных последовательно включенных потребителях прекращается ток. Отсюда видно, что параллельное соединение имеет существенные преимущества перед последовательным, вследствие чего оно получило наиболее широкое распространение. В частности, электрические лампы и двигатели, предназначенные для работы при определенном ( номинальном) напряжении всегда включаются параллельно.  [11]

Следовательно, второе свойство цепи с последовательным соединением потребителей состоит в том, что напряжения на последовательно соединенных потребителях распределяются прямо пропорционально величинам их сопротивлений.  [12]

Итак, четвертое свойство цепи с последовательным соединением потребителей состоит в том, что ее общее сопротивление равно сумме сопротивлений потребителей.  [14]

Как распределяются токи, напряжения и мощности при последовательном соединении потребителей.  [15]

Страницы:      1    2