§ 52. Распределение напряжения в цепи. Напряжение в цепи

Напряжение электрической цепи

electric-220.ru

Напряжение на участке цепи

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка.

На рис. 1-13 изображен участок цепи, на котором есть резистор сопротивлением и нет ЭДС. Крайние точки этого участка обозначены буквами a и b. Пусть ток течет от точки a к точке b.

Рис. 1-13. Участок электрической цепи

На участке без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Следовательно, потенциал точки a выше потенциала точки b на величину, равную произведению тока на сопротивление :

.

В соответствии с определением, напряжение между точками a и b

. (1-8)

Другими словами, напряжение на резисторе равно произведению тока, протекающего по резистору, на величину сопротивления этого резистора.

В электротехнике разность потенциалов на концах резистора принято называть либо «напряжением на резисторе», либо «падением напряжения». В литературе встречаются оба этих определения.

Рассмотрим теперь вопрос о напряжении на участке цепи, содержащем не только резистор, но и источник ЭДС.

На рис. 1-14 а и б показаны участки некоторых цепей, по которым протекает ток .. Найдем напряжение между точками a и c для этих участков.

а) б)

Рис. 1-14. Участки электрической цепи

По определению

. (1-9)

Выразим потенциал точки a через потенциал точки c. При перемещении от точки c к точке b (рис. 1-14,а) идем встречно ЭДС , поэтому потенциал точки b оказывается меньше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е.

. (1-10)

На рис. 1-14,б при перемещении от точки c к точке b идем согласно ЭДС и потому потенциал точки b оказывается больше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е.

. (1-11)

Ранее говорилось, что на участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Поэтому в обеих схемах рис. 1-14 потенциал точки a выше, чем потенциал точки b на величину падения напряжения на резисторе сопротивлением :

. (1-12)

Таким образом, для рис. 1-14,а имеем

, или

. (1-13)

И для рис. 1-14, б имеем

, или

. (1-14)

Положительное направление напряжения указывают на схемах стрелкой. Стрелка должна быть направлена от первой буквы индекса ко второй. Так, положительное направление напряжения изобразится стрелкой, направленной от a к c.

Из самого определения напряжения следует также, что . Поэтому . Другими словами, изменение чередования индексов равносильно изменению знака этого напряжения. Из изложенного ясно, что напряжение может быть и положительной, и отрицательной величиной.

6. Закон ома для участка цепи, не содержащего эдс

Закон Ома устанавливает связь между током и напряжением на некотором участке цепи. Так, применительно к участку цепи, изображенному на рис. 1-13 имеем

или

. (1-15)

studfiles.net

Распределение напряжения в цепи

«Потери» в проводах. Всякая цепь состоит обычно из каких-либо приборов (например, лампочек накаливания, нагревательных приборов, электролитических ванн и т. д.) и подводящих проводов. Эти приборы и провода обладают сопротивлением. Поэтому между концами любого участка цепи, который представляют эти приборы или провода, имеется напряжение.

Если в цепи идет ток  и сопротивления последовательно соединенных участков цепи равны , то между концами каждого участка имеются соответственно напряжения , определяемые по формуле (46.2):

, , , ….

Сумма этих напряжений представляет собой полное напряжение , приложенное к концам всей цепи:

.

Таким образом, распределение напряжения между отдельными последовательно соединенными участками цепи зависит только от соотношения сопротивлений этих участков:

.

Пусть, например, генератор электростанции создает, на вводах, т. е. на концах проводов, введенных в квартиру, напряжение  (обычно  В). От вводов провода ведут к лампочке. Пусть сопротивление проводов равно , сопротивление лампочки равно , а сила тока, накаливающего лампочку, равна . В таком случае напряжение, приходящееся на лампочку, , а напряжение, приходящееся на подводящие провода, . Так как напряжение , то . Другими словами, чем больше напряжение , приходящееся на провода, тем меньшее напряжение остается на долю лампочки. Поэтому напряжение на проводах называется потерянным. Оно тем больше, чем больше сопротивление проводов и чем больше ток, идущий по линии.

 Чтобы напряжение, потерянное в линии, не превышало допустимого предела, скажем , сопротивление линии не должно превышать величины , где  – допустимая потеря, а  – сила тока. Чем больше ток в линии, тем меньше должно быть ее сопротивление, а значит, тем толще должны быть провода. Этим объясняется, что для проводки сетей различного назначения применяются различные проводники: для электрических звонков и телефонов (слабые токи) вполне пригодны тонкие провода, имеющие диаметр несколько десятых долей миллиметра, а для промышленных сетей, питающих крупные электромоторы (сильные токи), необходимы медные шины и кабели с сечением, равным нескольким квадратным сантиметрам. Особенно велики могут быть потери в очень длинных линиях, например в линиях электропередачи от гидростанций к отдельным районам.

52.1. Для нормального свечения автомобильной лампочки напряжение на концах ее нити должно равняться 12 В. Сколько таких лампочек нужно взять и как их нужно соединить для питания от источника тока, имеющего напряжение 120 В? Начертите схему соединения лампочек.

52.2. В осветительную сеть с напряжением 220 В включены лампочка, имеющая сопротивление 400 Ом, и амперметр, измеряющий ток, текущий через лампочку. Чему равно напряжение на концах нити лампочки? Сопротивление амперметра и соединительных проводов равно 5 Ом.

52.3. В осветительную сеть с напряжением 220 В включены электрическая печка и лампочка накаливания, соединенные последовательно. Сопротивление печки равно 20 Ом, сопротивление лампочки равно 240 Ом. Какое напряжение будет на печке и какое на лампочке? Начертите схему включения.

52.4. Для освещения новогодних елок в продаже имеются гирлянды из нескольких последовательно соединенных маленьких лампочек, каждая из которых рассчитана на напряжение 6 или 8 В. Сколько 6-вольтовых и 8-вольтовых лампочек нужно взять для гирлянды, рассчитанной на напряжение 220 В? Если одна из лампочек гирлянды перегорит, будут ли гореть остальные? Что нужно сделать в этом случае, чтобы исправить гирлянду? Почему в инструкции к пользованию гирляндами сказано, что этим способом нельзя починить гирлянду, если перегорело больше трех-четырех лампочек.

52.5. Реостат со скользящим контактом иногда употребляют как потенциометр (делитель напряжения). Концы обмотки (рис. 88) присоединяют к источнику напряжения, а в рабочей цепи пользуются напряжением между зажимами 8 и 5. Объясните смысл такого включения прибора. Найдите напряжение между этими зажимами при напряжении в сети 220 В, если движок расположен: а) посредине обмотки; б) ближе к зажиму 8 на расстоянии от него, равном 0,1 длины реостата; в) ближе к зажиму 9, на расстоянии от него, равном 0,2 длины реостата. Обмотка навита равномерно.

52.6. Длина медных проводов линии электропередачи, соединяющей электростанцию с квартирой, равна 2 км, а их сечение равно 15 мм2. Чему равно напряжение на лампочках в этой квартире после включения электрического утюга, потребляющего ток 3 А, если до его включения оно было равно 220 В?

52.7. Длина медных проводов линии электропередачи равна 1 км, а их сечение равно 10 мм2. Найдите напряжение, теряемое в линии, если ток в ней равен 5 А.

52.8. Почему при включении в квартире каких-нибудь приборов, потребляющих большой ток (например утюга), горящие лампочки внезапно уменьшают свою яркость? Обратите внимание, что особенно велико уменьшение яркости в первый момент; затем яркость несколько возрастает, хотя и остается меньше, чем до включения утюга. Объясните явление.

52.9. Уменьшение яркости горящей лампочки можно наблюдать, если включить где-нибудь в квартире очень сильную лампочку, потребляющую ток, равный нескольким амперам. И в этом случае наблюдается особо резкое уменьшение яркости в первый момент. Если взять в качестве второй лампочки старинную лампочку с угольным волоском вместо металлического, то особо резкого спада яркости в первый момент при этом не наблюдается. Почему?

sfiz.ru

Способы регулирование напряжения в цепях постоянного тока

Довольно большое количество промышленных электроприводов и технологических процессов для своего питания используют постоянный ток. Причем в таких случаях довольно часто необходимо изменять значение этого напряжения. Такие виды транспорта как метрополитен, троллейбусы, электрокары и другие виды транспорта получают питающее напряжения из сетей постоянного тока с неизменным напряжением. Но ведь многие из них нуждаются в изменении значения напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. Классическими средствами получения необходимых значений являются резистивное регулирование и система генератор-двигатель, или система Леонардо. Но эти системы являются устаревшими, и встретить их можно довольно редко (особенно систему генератор-двигатель). Более современными и активно внедряемыми сейчас являются системы тиристорный преобразователь-двигатель, импульсный преобразователь двигатель. Рассмотрим каждую систему более подробно.

Резисторное регулирование

Для регулирования пускового тока и напряжения, подводимого к электродвигателю, в якорную цепь последовательно якорю (или якорю и обмотке возбуждения в случае двигателя последовательного возбуждения) подключают резисторы:

Таким образом, регулируется ток, подводимый к электрической машине. Контакторы К1, К2, К3 шунтируют резисторы при необходимости изменения какого-либо параметра или координаты электропривода. Этот способ довольно еще широко распространен, особенно в тяговых электроприводах, хотя ему сопутствуют большие потери в резисторах и, как следствие, довольно низкий КПД.

Система генератор-двигатель

В такой системе необходимый уровень напряжения формируется путем изменения потока возбуждения генератора:

Наличие в такой системе трех электромашин, больших массогабаритных показателей и длительного времени ремонта при поломках, а также дорогостоящего обслуживания и большую инерционность такой установки сделали КПД такой машины очень низким. Сейчас систем генератор-двигатель практически не осталось, все они активно заменяются на системы тиристорный преобразователь – двигатель ТП-Д, который обладает рядом преимуществ.

Тиристорный преобразователь – двигатель

Получила свое массовое развитие в 60-х годах, когда начали появляться тиристоры. Именно на их базе были созданы первые статичные маломощные тиристорные преобразователи. Такие устройства подключались напрямую к сетям переменного тока:

Регулирование напряжения происходит путем изменения угла открывания тиристора. Регулирование через тиристорный преобразователь имеет ряд преимуществ перед установкой генератор-двигатель, такие как высокое быстродействие и КПД, плавное регулирование напряжения постоянного и много других.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного напряжения

Здесь все немного сложнее. Чтоб получить постоянное напряжение необходимой величины применяют еще вспомогательные устройства, а именно инвертор, трансформатор, выпрямитель:

Здесь постоянный ток преобразуют в переменный с помощью инвертора тока, потом с помощью трансформатора понижают или повышают (в зависимости от надобности), а потом снова выпрямляют. Значительно удорожает установку наличие трансформатора и инвертора, укрупняет систему, чем снижает КПД. Но есть и плюс – гальваническая развязка между сетью и нагрузкой из – за наличия трансформатора. На практике такие устройства встречаются крайне редко.

Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Это пожалуй самые современные устройства регулирования в цепях постоянного тока. Его можно сравнить с трансформатором, поскольку поведение импульсного преобразователя подобно трансформатору с плавно меняющимся количеством витков:

Такие системы активно заменяют электроприводы с резистивным регулированием, путем подключения их к якорю машины последовательно, вместо резистивно-контакторной группы. Их довольно часто применяю в электрокарах, а также довольно большую популярность они обрели в подземном транспорте (метрополитен). Такие преобразователи выделяют минимум тепла, что не нагревает тоннелей и могут реализовывать режим рекуперативного торможения, что является большим плюсом для электроприводов с частым пуском и торможением.

Большим плюсом таких устройств есть то, что они могут осуществить рекуперацию энергии в сеть, плавно регулируют скорость нарастания тока, обладают высоким КПД и быстродействием.

elenergi.ru

• 
  Как понизить напряжение с 220 до 12 вольт
• 
  Повышенное напряжение в сети
• 
  Что представляет собой система tn c для электроустановок напряжением до 1 кв
• 
  Как найти напряжение холостого хода
• 
  Напряжение холостого хода как найти
• 
  Напряжение максимальное
• 
  Как мультиметром проверить напряжение в автомобиле
• 
  Как проверить напряжение мультиметром в автомобиле
• 
  Как проверить напряжение в автомобиле мультиметром
• 
  Как измерить напряжение автомобильного аккумулятора мультиметром
• 
  Напряжение знак