Источники электрической энергии. Синусоидальный ток и напряжение, амплитуда, фаза, частота. Способы представления гармонических колебаний

Введение

Основные понятия и законы ОТЭЦ Электрическая цепь – совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, и описываемых с помощью понятий тока и напряжения. Электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии. Источники электрической энергии – устройства, создающие токи и напряжения. Приемники электрической энергии – устройства, потребляющие (запасающие) электрическую энергию, или преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии. Физические элементы электрических цепей – резисторы, катушки индуктивности, транзисторы, электрические лампы и другие компоненты электроники. Свойства физических реальных элементов электрической цепи, и происходящие в них физические явления, описываются с помощью моделей, поэтому реальная электрическая цепь заменяется некоторой идеализированной моделью, состоящей из взаимосвязанных и идеализированных элементов. Система элементов, описывающая модель электрической цепи, называется математической моделью электрической цепи. Электрический ток – различают токи проводимости, ток переноса, ток смещения. Ток проводимости – упорядоченное движение зарядов в среде под действием электрического поля. Ток переноса – упорядоченное движение зарядов в вакууме под действием электрического поля. Ток смещения – изменение во времени электрического поля.

Лекция 1

Источники электрической энергии

Независимые источники – аккумуляторы, термоэлементы, пьезодатчики и др. представляются в виде двух моделей: источника напряжения и источника тока. Независимый источник напряжения – идеализированный двухполюсный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока.

Условное обозначение в схемах для идеального источника напряжения (внутреннее сопротивление Rг = 0) приведено на рис. а, реального источника напряжения (внутреннее сопротивление Rг = 0) приведено на рис. б.

Зависимость напряжения от протекающего тока называется вольтамперной характеристикой

Независимый источник тока – идеализированный двухполюсный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Условное обозначение идеального источника тока (Rг =0 ) приведено на рисунке а), реального источника тока приведено на рисунке б).

Зависимость тока от напряжения называется вольтамперной характеристикой источника тока.

Синусоидальный ток и напряжение. амплитуда, фаза, частота

Синусоидальный ток и напряжение по сути представляют собой гармонические колебания Гармоническое колебание – движение или изменение состояния материальных тел или материи (W, q, I, U, P) вокруг некоторого среднего значения по закону простейшей периодической функции вида

Гармоническое колебание характеризуется: амплитудой, начальной фазой, текущей фазой, угловой частотой, циклической частотой, средним значением за период, средним значением за полупериод, действующим значением.

1. Амплитуда – максимальное отклонение от среднего значения Пусть

Амплитуда напряжения показана на рисунке.

Текущая фаза – функция времени, значение которой отсчитывается от начала координат t = 0 до некоторого текущего значения t. Единицы измерения: [град], [рад].

Начальная фаза – значение смещения синусоиды относительно начала координат до точки перехода синусоиды из отрицательной полуволны в положительную, причем начальная фаза имеет знак (+), если точка перехода находится слева от начала координат а) и (–),если справа б). Единицы измерения [град], [рад].

Период колебания – наименьший промежуток времени, по истечении которого функции повторяются. Единицы измерения: [c]

.

Угловая частота – скорость изменения текущей фазы.

[рад/c].

Циклическая частота

– величина обратная периоду

; [Гц] , [1/c]

Мгновенное значение – значение функции в произвольный момент времени

.

.

Среднее значение за период

Среднее значение за полпериода

Действующее значение за период

Замечание: все соотношения, полученные для напряжений, используя принцип дуальности, можно перевести на ток.

.

Способы представления гармонических колебаний

Функции времени. Например:

Сумма двух гармонических колебаний вида

Вращающимся вектором

, имеющим амплитуду

, начальный угол

Совокупность векторов, изображающих гармоническое колебание в электрической цепи называется – векторной диаграммой б).

, которую можно изобразить в виде временной диаграммы, а).

, и скорость вращения

, рисунок б).

Представление гармонических колебаний комплексными числами

Представление гармонических колебаний комплексными числами может быть в следующих формах:

Изобразить комплексную величину можно в виде векторов на комплексной