Тема 3.4. Разветвленные цепи переменного тока

IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В результате изучения раздела студент должен:

иметь представление о символическом методе расчета цепей синусоидального тока; о высших гармониках в трехфазных цепях; о законах коммутации; практическом значении переходных процессов в электрических цепях;

знать методы расчета неразветвленных и разветвленных цепей переменного тока; соотношения фазных и линейных токов и напряжений в трехфазных цепях; режимы работы трехфазных систем, соединенных «звездой» и «треугольником»; условия возникновения и параметры электрических цепей в переходных процессах;

уметь рассчитывать параметры неразветвленных и разветвленных цепей; определять фазные и линейные токи, напряжение, мощность в цепях трехфазного тока в различных режимах работы.

Тема 3.1. Основные понятия о переменном токе

При изучении цепей однофазного переменного синусоидального тока следует обратить внимание на правильное обозначение электрических параметров.

В цепи переменного тока одна и та же величина может характеризоваться несколькими значениями, которые по-разному называются и обозначаются: мгновенное (i, и, р, е), максимальное или амплитудное (I _м, U _м , Е_м), действующее или эффективное ( U , 1, Е), среднее (I_c , U_c ).

Частота — величина, обратная периоду или число периодов в секунду:

F =1/ T ( T )= c (ƒ)=1/ c =Гц (Герц). .

Любая переменная синусоидальная величина характеризуется частотой, амплитудой и начальной фазой. I=I _мsin(ωt±φ). Разность начальных фаз называется сдвигом фаз. Чаще всего при измерении приборами электромагнитной (или электродинамической) системы пользуются действующими значениями величин, которые для синусоидальных величин меньше максимальных в√2 = 1,41 раз

I _м = √2I ; U _м =√2 U

Графически синусоидальные величины изображаются двумя способами: с помощью вращающихся векторов (диаграмм) и с помощью волновых диаграмм (синусоид). Так как векторные диаграммы проще, то чаще пользуются только таким изображением. Следует помнить, что в цепях переменного тока сложение и вычитание величин осуществляется не простым арифметическим сложением и вычитанием, а графически — чаще всего векторно. Важно понять и усвоить построение векторов и векторных диаграмм.

Тема 3.2. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока

Многие параметры цепей переменного тока аналогичны параметрам цепей постоянного тока, но это только по форме. Поэтому нельзя механически переносить приемы расчета цепей постоянного тока на расчет цепей переменного тока.

В цепях переменного тока встречаются две основные нагрузки:

активная и реактивная (индуктивная и емкостная).

Одно из основных отличий цепи с активным сопротивлением состоит в следующем: напряжение и ток совпадают по фазе (φ= 0);

активная мощность (Р) измеряется в Ваттах (Вт),

реактивные сопротивления (индуктивное и емкостное) зависят от частоты (ω).

X_L = ωL, X_c =1/ωC.

Сдвиг по фазе между напряжением и током в цепи с индуктивным сопротивлением (X_L) равен +90°=π/2 (напряжение опережает ток); в цепи с емкостным сопротивлением (Х _C ) ток опережает напряжение, φ = - 90° = - π/2.

Реактивная мощность (индуктивная Q_L и емкостная Qс) илимощность потерь характеризуют процесс обмена энергией между генератором и потребителем и измеряется в «вар» (вольт-ампер реактивный).

Тема 3.3. Неразветвленные цепи переменного тока

При изучении темы следует помнить, что при рассмотрении однофазных цепей переменного тока с последовательным соединением активных, индуктивных и емкостных сопротивлений необходимо придерживаться определенных правил:

1. Одинаковой на всех участках цепи является величина тока, вектор которого задается при построении диаграмм. Все остальные векторные (напряжения) и скалярные величины (сопротивления и мощности) откладываются со сдвигом относительного тока.

2. Величины, характеризующие участки цепи и цепь в целом (сопротивления, напряжения и мощности) связаны между собой как стороны прямоугольного треугольника (с помощью теоремы Пифагора и тригонометрических функций).

3. Угол сдвига фаз между напряжением и током, (φ — это угол в прямоугольном треугольнике между активной составляющей величины и ее полным значением (сопротивления, напряжения, мощность) можно определить с помощью cosφ, sinφ, tgφ. Косинус угла сдвига фаз — cos φ — или коэффициент мощности — это отношение активной составляющей величины к полной. Синус угла сдвига фаз— sin φ — это отношение реактивной составляющей величины к ее полному значению.

4. Индуктивные и емкостные составляющие сопротивления, напряжения и мощности находятся в противофазе друг к другу, поэтому при геометрическом сложении их результирующее реактивное сопротивление, напряжение и мощность могут быть положительными, отрицательными и равными нулю Х= Х _L — Х _C ,

U_p =U_L — U_C , Q = Q_L — Q_C . Это зависит от величины Х _L и Х _C .

Особое внимание следует уделить режиму резонанса напряжений, когда

U_L = U_C , Х _L = Х _C . Рассмотрите три способа настройки цепи в резонанс, условия резонанса напряжений (ω²LC=1, наличие максимального тока, явление перенапряжения на участках Х _L и Х _C (большая величина напряжения), значения cosφ = 1.

Тема 3.4. Разветвленные цепи переменного тока

В цепях параллельного соединения r , L и С одинаковым на всех участках является напряжение. Относительно вектора напряжений со сдвигом откладываются величины составляющих токов, проводимостей и мощностей, которые откладываются геометрически для нахождения полной величины.

Активная, индуктивная и емкостная проводимость ветви, определяется отношением соответствующего сопротивления ветви к квадрату полного сопротивления этой же ветви:

g=R/Z²; b_L=X_L/Z²; b_C=X_C/Z².

Активная, индуктивная и емкостная составляющие тока ветвей определяются как:

I_a=Ug; I_L=Ub_L ; I_C=Ub_C.

Необходимо помнить, что составляющие величин — токов, проводимостей, мощностей связаны с полной величиной тока, проводимости, мощности как стороны соответствующего прямоугольного треугольника (по теореме Пифагора и с помощью тригонометрических функций).

Резонанс токов — режим, имеющий особое практическое значение. Рассмотреть особенности этого режима: минимальный ток, cosφ = 1, отсутствие потерь.

Значение коэффициента мощности, способы его повышения путем компенсации реактивной мощности с помощью конденсатора, включенного параллельно активно-индуктивной нагрузке. Рассмотреть учет активной, реактивной энергии, расчет полной энергии в цепях переменного тока. Зависимость от мощностей и времени.

Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 3453; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!