lite text version

 

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ   |   * ЭЛЕКТРОТЕХНИКА *

 

Заявление:  Приведённые сведения носят информационный характер. Деятельность по применению оборудования требует квалификации и специфической подготовки.

 

 

Основные переменные.

 

Постараемся рассмотреть основные переменные и взаимосвязи между электротехническими параметрами для наглядности в виде графической плоскости, и дадим соотношения в простых скалярных алгебраических выражениях. Единую взаимосвязь между всеми величинами задаёт система дифференциальных уравнений Максвелла, задающих векторное представление величин и описывающих связь электромагнитного поля, электрического заряда и токов.

 

 

 

 

1. Сопротивление (R).

Задаёт взаимосвязь между напряжением и током (закон Ома).

   или в правильном виде   ;

 

2. Ёмкость (C).

Задаёт взаимосвязь между зарядом и напряжением (закон Фарадея).

  или в правильном виде   ;

 

3. Индуктивность (L).

Задаёт взаимосвязь между магнитным потоком и током (закон Фарадея-Генри).

  или в правильном виде   ;

 

4. Мемристор (М).

Задаёт взаимосвязь между магнитным потоком и зарядом (закон Чуа).

  или в правильном виде   ;

 

Последовательность рассмотрения и рассуждений при описании электрических величин может быть вот такой:

– электричество создаётся свободными носителями электрического заряда: электронами или ионами;

– если в какой-либо области (точке) пространства образуется скопление электрических зарядов, то создаётся суммарный заряд Q, и есть вероятность возникновения разницы потенциалов U (электрическое напряжение) между точкой скопления зарядов и точкой, где заряды отсутствуют или присутствуют заряды другой полярности;

– если напряжённость электрического поля E (пропорционально U) недостаточно для преодоления диэлектрической стойкости вещества, находящегося в пространстве между точками с зарядами, то пространство характеризуется ёмкостью C, т.е. способностью пространства накапливать и удерживать заряд на своих границах;

– если диэлектрическая стойкость вещества преодолевается, т.е. наступает пробой вещества, то возникает движение свободных подвижных электрических зарядов, т.е. появляется электрический ток, сила которого I в веществе уже проводящего пространства определяется накопленным зарядом Q и временем протекания электрического тока (закон Кулона): I = Q / t;

– свойство сопротивляемости вещества прямому движению сквозь него заряженных частиц, т.е. сопротивляемость постоянному статическому протеканию тока, характеризуется параметром сопротивления R (физически этот параметр характеризует взаимодействие заряженных частиц и частиц вещества на уровне их прямого столкновения на траектории движения носителей заряда);

– при движении электрических зарядов в веществе, частицы вещества испытывают воздействие электрического поля проходящих по веществу зарядов, и частицы вещества притягиваются или отталкиваются от проходящей заряженной частицы;

– вследствие этого, вокруг движущейся в веществе заряженной частицы создаётся эффект магнетизма, т.е. создаётся напряжённость магнитного поля H (пропорционально I), и на частицы вещества воздействует так называемая магнитодвижущая сила F, которая создаёт магнитное воздействие (индукцию B, которая пропорциональна H) на частицы вещества;

– магнитное влияние (индукция) движущейся заряженной частицы на вещество имеет ограниченную замкнутую в пространстве область;

– алгебраическое произведение магнитной индукции на поперечную направлению движения заряженной частицы площадь области магнитного влияния называется магнитным потоком Φ;

– свойство сопротивляемости вещества динамическому изменению величины электрического тока, т.е. сопротивляемость вещества изменению количества зарядов проходящего через него в единицу времени, характеризуется параметром индуктивности L (физически этот параметр характеризует взаимодействие заряженных частиц и частиц вещества на уровне их косвенного взаимодействия через электрическое поле).

 

Мемристивность M в настоящий момент является в большей степени предсказанной величиной и свойством некоторых вновь разрабатываемым веществ и структур на их основе, поэтому пока исключим её рассмотрение, тем более что до последнего времени нет не лабораторных электротехнических изделий, использующих свойство мемристивности.

 

 

Продолжим. Таким образом, нахождение и перемещение заряженных частиц в пространстве связано с тремя свойствами пространства: сопротивление (R), индуктивность (L) и ёмкость (C). Очевидно, что любое изменение положения заряженных частиц в пространстве связано с какой-то энергией. Опишем это.

 

R-составляющая энергии.

Эту составляющую энергии называют полезной работой электрического тока, т.к. при движении заряженных частиц может быть реализовано полезным образом тепловое, химическое или магнитное действие электрического тока. Т.к. такая работа осуществляется движением накопленного заряда Q под воздействием разницы потенциалов U, то выражение R-составляющей энергии записывается следующим образом:

 .

 

C-составляющая энергии.

Эту составляющую энергии называют энергией электрического поля. В электрическом поле всегда запасается энергия, затрачиваемая на создание электрического поля. Эта энергия соответствует работе по разделению зарядов Q и распределению их на границы пространства, создавая разность потенциалов U. При исчезновении электрического поля, энергия, запасённая в нём, высвобождается.

 .

 

L-составляющая энергии.

Эту составляющую энергии называют энергией магнитного поля. В магнитном поле всегда запасается энергия. Она соответствует работе, затрачиваемой на создание магнитного поля изменяющимся электрическим током I под воздействием изменяющегося магнитного потока Φ, и высвобождается, когда поле исчезает.

 .

 

Таким образом, используя подобный аппарат изложений и выкладок, можно анализировать принципы работы любых линейных непрерывных электротехнических структур, построенных на базе источников энергии (U) и любых возможных контуров протекания электрического тока, описываемых тремя свойствами вещества: R, L и С. Чем определяется качество использования электроэнергии для выполнения полезной работы, описано в этой статье.

 

Также в электротехнике используются дискретные или нелинейные элементы, например полупроводники: диоды, транзисторы и пр., которые характеризуются дополнительными свойствами. Но об этом в других статьях…

 

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

 

 

 

© POWERSUITE  2000 – 2016  |   СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ  |  на главную  |  к списку статей

email: office@power-suite.ru   |   тел.: +7 (499) 754-84-15

 

|  резервные электростанции  |  источники бесперебойного питания  |  электропитающие установки  |  модульные источники питания  |  трансформаторы  | аккумуляторные батареи  |  системы мониторинга аккумуляторов |  устройства управления двигателями  |  средства автоматизации  |  распределительные щиты и панели  |  устройства защиты от импульсных перенапряжений  | коммутационная аппаратура  | шкафы и стойки  |  контейнеры  |