Особенности цепей переменного тока. Переменный ток в цепи с активным сопротивлением.

Первый семестр

Особенности цепей переменного тока. Переменный ток в цепи с активным сопротивлением.

Активным сопротивлением (Ra) обладают элементы, которые, при прохождении через них тока, нагреваются (лампы накаливания, обогреватели).

Если в цепи присутствует элемент с активным сопротивлением, то к клеммам приложено напряжение u=U_msinωt. В результате данного напряжения протекает ток по закону Ома: .

Цепи, с активным сопротивлением, будет соответствовать закон Ома для действующих значений.

Действующее значение силы тока, прямо пропорционально действующему значению, приложенного напряжения и обратно пропорционально активному сопротивлению. .

Следовательно, закон Ома, для цепи переменного тока, с активным сопротивлением, может быть записан для мгновенных, амплитудных и действующих значений тока и напряжения.

Ток и напряжение изменяются по синусоидальному закону и совпадают по фазе друг с другом.

Активная мощность (P) – средняя мощность цепи. Она определяет скорость необратимого процесса преобразования электрической энергии в другие виды энергии.

Резонанс напряжений.

В режиме резонанса индуктивное сопротивление равно емкостному.

Особенность резонанса напряжения заключается в том, что:

1. U_L=U_C

2.

3. - max

4.

5.

6. U=U_A

Общий случай расчета неразветвленной цепи. Топографические векторные диаграммы.

Для неразветвленной цепи, содержащей несколько активных и реактивных сопротивлений различного характера, справедливо геометрическое равенство напряжений.

U=U_R1+ U_L1+ U_C1+U_R2+ U_L2+ U_C2+U_R3+ U_L3+ U_C3

U_A=U_R1+ U_L1+ U_C1

U=U_L1-U_C1+U_L2-U_C2+U_L3-U_C3

1. Напряжение цепи равно геометрической сумме на всех участках

2. Активное напряжение цепи равно арифметической сумме активных напряжений активных участков

3. Реактивное напряжение цепи равно алгебраической сумме реактивных напряжений на реактивных участках цепи.

R=R₁+R₂+R₃+…+R_N

X_Р=(X_L1+X_L2+X_L3)-(X_C1+X_C2+X_C3)

Далее строим топографическую диаграмму.

Коэффициент мощности и его значение.

Чем меньше cosϕ – тем больше ток потребителя. Это значит, что больший ток проходит по ЛЭП, а соответственно больше потери линии, меньше КПД линии и всей энергосистемы в целом.

Кроме того, увеличение тока – требует увеличивать диаметр провода, а с ними и затраты. Поэтому каждая организация борется за коэффициент мощности, им небезразлично, как расходуется энергия. На таких предприятиях коэффициент мощности является важным показателем.

Второй семестр

Соединение потребителей звездой с нейтральным проводом, обладающим сопротивлением.

Во избежание разрыва цепи нейтрального провода, а это аварийный режим, предохранители на нейтраль не ставят.

Соединение приемников треугольником. Симметричный режим.

 

Вращающееся магнитное поле.

Получение вращающегося магнитного поля.

Одним из основных достоинств трехфазной системы является возможность получения вращающегося магнитного поля, широко применяющегося в электрических машинах, измерительных приборах и аппаратах переменного тока.

Катушка представлена в виде витка. Ее начало обозначим буквой «Н», конец буквой «К». В первый полупериод ток протекает в витке от начала к концу, во втором – обратно.

Пользуясь правилом буравчика – легко определим вектор магнитной индукции.

Для примера подойдет статор трехфазного двигателя с одинаковыми обмотками, сдвинутыми относительно друг друга на угол 120⁰.

Рассмотрим моменты времени по графику.

Момент времени T0. Ток на фазе А равен нулю, ток на фазе B – отрицательный, он течет от конца (y) к началу (B), а ток фазы C положительный и протекает от начала (С) к концу обмотки (z). По правилу буравчика, общий магнитный поток, в середине статора будет направлен вниз. Магнитный поток восточной части, также направлен вниз.

Момент времени T1. Ток на фазе B равен нулю, ток на фазе А – положительный, он течет от начала (А) к концу обмотки (x), а ток фазы С отрицательный и протекает от конца (z) к началу обмотки (C). По правилу буравчика, общий магнитный поток, в середине статора будет направлен на северо-запад. Магнитный поток сместился на 120^О.

Момент времени Т2. Ток на фазе С равен нулю, ток на фазе А – отрицательный, он течет от конца (x) к началу обмотки (А), а ток фазы В положительный и протекает от начала (B) к концу обмотки (y). По правилу буравчика, общий магнитный поток, в середине статора будет направлен на северо-восток. Магнитный поток сместился на 240^О.

Момент времени Т3. Аналогичен моменту Т0. Вектор магнитной индукции повернулся на 120^О от Т2 и пришел в первоначальное положение, как и при Т0.

Общий магнитный поток статора вращается по ходу часовой стрелки, с угловой скоростью – 1 оборот за период. При нашей частоте 50 Гц, магнитное поле вращается с угловой скоростью 50 оборотов за секунду или 3000 об/мин.

Чтобы поменять направление вращения – достаточно поменять направление токов двух фаз, собственно говоря – переключить две фазы или сделать реверс двигателя.

Электрические цепи несинусоидального тока. Основные понятия.

Периодическими несинусоидальными токами – называются токи, изменяющиеся во времени, но по периодическому несинусоидальному закону.

Генераторы таких напряжений называются релаксационными. Используются в различных устройствах импульсной техники.

Несинусоидальные токи возникают при 4 режимах работы:

1. Источник электрической энергии вырабатывает несинусоидальную ЭДС и несинусоидальный ток, все элементы электрической цепи линейны (от величины тока не зависят).

2. Источник электрической энергии вырабатывает синусоидальную ЭДС и синусоидальный ток, но один или несколько элементов электрической цепи – нелинейны (имеют нелинейную ВАХ).

3. Источник электрической энергии вырабатывает нелинейную ЭДС и нелинейный ток, все элементы нелинейны.

4. Источник электрической энергии вырабатывает синусоидальную ЭДС и синусоидальный ток, но один или несколько элементов электрической цепи, в процессе работы, меняют свои характеристики (вариканы у емкости).

Несинусоидальные колебания могут быть периодическими и непериодическими. При рассмотрении периодических несинусоидальных колебаний, можно воспользоваться теоремой Фурье, согласно которой, любая периодически изменяющаяся величина, может быть представлена в виде суммы постоянной составляющей и синусоидальных колебаний с кратной частотой.

Гармоники - синусоидальные составляющие несинусоидального колебания.

Синусоидальная составляющая, частота которой совпадает и равна частоте несинусоидального колебания, называется главной или основной гармоникой.

Синусоидальные составляющие, частоты которых в 2, 3 и n-раз больше частоты несинусоидального колебания, называются высшими гармониками.

В общем случае:

А₀ – постоянная составляющая.

А₁, А₂...А_n – амплитуда соответствующих гармоник

1, 2…n – частота гармоник

Ѱ₁, Ѱ₂, Ѱ_n – начальные фазы гармоник

Гармоники 1, 3, 5, 7 и т.д. – нечетные.

Гармоники 2, 4, 6, 8 и т.д. – четные.

С увеличением частоты гармоники, амплитуда гармоники уменьшается. Чем больше номер гармоники, тем меньше амплитуда.

Первый семестр

Особенности цепей переменного тока. Переменный ток в цепи с активным сопротивлением.

Активным сопротивлением (Ra) обладают элементы, которые, при прохождении через них тока, нагреваются (лампы накаливания, обогреватели).

Если в цепи присутствует элемент с активным сопротивлением, то к клеммам приложено напряжение u=U_msinωt. В результате данного напряжения протекает ток по закону Ома: .

Цепи, с активным сопротивлением, будет соответствовать закон Ома для действующих значений.

Действующее значение силы тока, прямо пропорционально действующему значению, приложенного напряжения и обратно пропорционально активному сопротивлению. .

Следовательно, закон Ома, для цепи переменного тока, с активным сопротивлением, может быть записан для мгновенных, амплитудных и действующих значений тока и напряжения.

Ток и напряжение изменяются по синусоидальному закону и совпадают по фазе друг с другом.

Активная мощность (P) – средняя мощность цепи. Она определяет скорость необратимого процесса преобразования электрической энергии в другие виды энергии.