Шпоры по электротехнике. 1 Электрическая цепь, элемент электрической цепи, электрическая схема
 Скачать 1.83 Mb.
|
|
38)Способы измерения мощности в трехфазной электрической цепи. 1.Способ одного ваттметра применяют для измерения мощности при симметричной нагрузке в четырехпроводной или трехпроводной линии, если доступна для подключения нейтральная (нулевая) точка нагрузки. При этом общая мощность равна утроенному показанию ваттметра:   2. Способ одного ваттметра с созданием искусственной нулевой точки применяют для измерения мощности при симметричной нагрузке в тех случаях, когда нулевая (нейтральная) точка токоприемника недоступна или вообще отсутствует (например, в соединении треугольником). При этом в одну из фаз включают токовую обмотку ваттметра, а нулевую (нейтральную точку) получают включением двух одинаковых сопротивлений между двумя другими фазами. В этом случае общая мощность равна утроенному показанию ваттметра.  3. Способ трех ваттметров применяют для измерения мощности при неравномерной нагрузке в четырехпроводной линии. Общая мощность при этом равна сумме показаний всех трех ваттметров.  4. Способ двух ваттметров может быть применен в трехпроводных линиях во всех случаях при измерении мощности трехфазных приемников (рис. 2-45). По этой схеме токовые обмотки ваттметров включают в какие-либо две фазы, а обмотки напряжения между третьей (незанятой) фазой и той фазой, в которую включена токовая обмотка данного ваттметра. Общая мощность при этом равна сумме показаний обоих ваттметров.  39)Схема замещения. Режимы работы электрической цепи постоянного тока. Схема замещения - это графическое изображение электрической цепи с помощью элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов. Основными схемными элементами, используемыми для построения модели электрической цепи, являются: резистивный, индуктивный и емкостный. Эти элементы относятся к пассивным схемным элементам. К активным элементам относятся источники энергии.   Резистивным называют такой схемный элемент, в котором происходит только необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло. Сопротивление в схеме замещения:  Индуктивным называют такой схемный элемент, в котором происходит только накопление магнитной энергии или только обмен магнитной энергией с цепью. Изображение индуктивности в схеме замещения.  Емкостным называют такой схемный элемент, в котором происходит только накопление электрической энергии или только обмен электрической энергией с цепью.Изображение емкости в схеме замещения.  При подключении к источнику питания различного количества потребителей или изменения их параметров будут изменяться величины напряжений, токов и мощностей в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. 1.Номинальный режим характеризуется тем, что токи, напряжения, мощности всех элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям Iном, Uном, Pном. Номинальные значения напряжения, тока и мощности берут за основу при расчетах электрических схем. По номинальному напряжению рассчитывают изоляцию проводов и отдельных устройств. По номинальному току определяют допустимый нагрев всех элементов. Нормально работает устройство когда I ≤ Iном . Для источника электроэнергии номинальная мощность Pном – это мощность, которую он отдает потребителю при Uном и Iном. Номинальная мощность приемных устройств - это электрическая мощность, потребляемая при номинальном напряжении, т.е. Pном = UномIном . 2. Режим холостого хода возникает при отключении нагрузки, при обрывах цепи. В этом режиме можно принять сопротивление приемника Rпр бесконечно большим, а ток в цепи Iх = 0. Напряжение на зажимах генерирующего устройства в режиме холостой ход в соответствии с Uх = E. Этот режим используется на практике для измерения Е источника, которую определяют, подключив к его выходным зажимам электроизмерительный прибор – вольтметр.  3. Режим короткого замыкания создается при замыкании накоротко выходных зажимов источника или входных зажимов приемного устройства. В этом режиме можно принять сопротивление приемника Rпр , равным нулю Rпр = 0. При этом напряжение на зажимах генератора также равно нулю Uг = 0. Тогда ток короткого замыкания определяется только небольшим внутренним сопротивлением источника: Iк = E / R0 и значительно превышает номинальный ток. 4. Согласованный режим характеризуется максимально возможной мощностью передача энергии от источника к потребителю. Это возможно только при определенном соотношения сопротивлений приемника и источника. Если пренебречь величиной Rл, то есть принять Rл=0, то ток в цепи  мощность приемника  Мощность приемника максимальна, когда Rпр= R0.. К.п.д. при этом  40)Символический (комплексный) метод расчета цепей со смешанным соединением элементов различного характера нагрузки. Сущность символического (комплексного) метода расчёта цепей синусоидального тока состоит в том, что все известные напряжения и токи, а также элементы цепи заменяются их изображениями в комплексной форме, т. е. напряжения и токи заменяются комплексами их действующих значений, элементы цепи – их комплексными сопротивлениями. Для расчёта применимы все методы, используемые в цепях постоянного тока: метод эквивалентных преобразований, метод непосредственного применения законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора и др., но только в комплексной форме. Алгоритм расчета цепи символическим методом: Переходим от мгновенных или действующих значений I и U к комплексным. Изображаем сопротивления в комплексной форме. Используя любой из известных методов расчета цепей постоянного тока, рассчитываем цепь, оперируя комплексными числами. После окончания расчетов для контроля строим векторную диаграмму. Переходим от найденных комплексов к мгновенным или действующим значениям. Любая синусоидально изменяющаяся величина может быть представлена её изображением в комплексной форме согласно формуле Эйлера:      41)Мощность цепи постоянного тока. Потери мощности. КПД. Баланс мощностей Мощность – это работа, произведенная за единицу времени. Электрическая мощность равна произведению тока на напряжение: P=U∙I, где I- сила постоянного тока, а U — напряжение в цепи постоянного тока. Если рассчитывается мощность в электрической линейной цепи, в которой учитывается Закон Ома, то есть в пассивной цепи, то мощность рассчитывается по формуле:  = . Если электрическая цепь более сложная и содержит источник электродвижущей силы (ЭДС), то получаемая или поглощаемая на данном участке цепи мощность рассчитывается по формуле:  , где E — это коэффициент электродвижущей силы. Единица измерения электрической мощности, равная 1 ВА, называется ватом (Вт). Преобразование электрической энергии в механическую с помощью двигателей и механической в электрическую с помощью генераторов сопровождается потерями энергии, чему соответствуют определенные потери мощности. От значений потерь мощности зависит важнейший энергетический показатель машин постоянного тока – их КПД. Потери мощности в машинах приводят к их нагреванию. В машинах постоянного тока различают следующие основные виды потерь мощности. 1. Потери мощности в сопротивлениях цепи якоря: ΔPx =Ix ∙ rx. Как видно, потери мощности ΔPx зависят от нагрузки машины. Поэтому их называют переменными потерями мощности. 2. Потери мощности в стали ΔPc, вызванные главным образом вихревыми токами и перемагничиванием магнитопровода якоря при его вращении. Частично эти потери возникают из-за вихревых токов в поверхностном слое полюсных наконечников, вызванных пульсацией магнитного потока при вращении якоря. 3. Механические потери мощности ΔPмех, причиной которых является трение в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух. 4. Потери мощности в цепи параллельной или независимой обмотки возбуждения: ΔPв = UвIв = I2в rв. Потери ΔPс, ΔPмех, ΔPх при изменении нагрузки машин меняются незначительно, вследствие чего их называют постоянными потерями мощности. КПД машин постоянного тока: η = P2 / P1, где Р2 – полезная мощность машины (у генератора это электрическая мощность, отдаваемая приемнику, у двигателя – механическая мощность на валу); Р1 – подводимая к машине мощность (у генератора это механическая мощность, сообщаемая ему первичным двигателем, у двигателя – мощность, потребляемая им от источника постоянного тока; если генератор имеет независимое возбуждение, то Р1 включает в себя также мощность, необходимую для питания цепи обмотки возбуждения). Мощность Р1 может быть выражена следующим образом: P1 + P1 + SΔP, где ΔP – сумма перечисленных выше потерь мощности. С учетом последнего выражения η = P2 / (P1 + SΔP). Когда машина работает вхолостую, полезная мощность Р2 равна нулю и η = 0. Характер изменения КПД при увеличении полезной мощности зависит от значения и характера изменения потерь мощности. Зависимость КПД машин постоянного тока от полезной мощности  При увеличении полезной мощности КПД сначала возрастает при некотором значении Р2, достигает наибольшего значения, а затем уменьшается. Последнее объясняется значительным увеличением переменных потерь, пропорциональных квадрату тока. Машины рассчитывают обычно таким образом, чтобы наибольшее значение КПД находилось в области, близкой к номинальной мощности Р2ном. Номинальное значение КПД машин мощностью от 1 до 100 кВт лежит примерно в пределах от 0,74 до 0,92 соответственно.Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии — суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи. Баланс мощностей используют для проверки правильности расчета электрических цепей.  или  42)Соединение источников трехфазного переменного тока «треугольником». Векторные диаграммы. Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями: 1)экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями; 2)возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя; 3)возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.   За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной. Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения: ĖA=Emej0°=Em(1+j0), ĖB=Eme−j120°=Em(−1/2−j  /2),ĖC=Eme+j120°=Em(−1/2+j /2).Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис  43)Последовательное соединение R, L, C элементов в цепи синусоидального тока. Временные графики тока и напряжения, полное сопротивление, векторные диаграммы при различных характерах нагрузки. При прохождении гармонического тока i = Imcosωt через электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных элементов R, L, С(рисунок 2.13), на зажимах этой цепи создается гармоническое напряжение, равное алгебраической сумме гармонических напряжений на отдельных элементах (второй закон Кирхгофа): и = uR + иL + uC.  Напряжение uR на сопротивлении R совпадает по фазе с током i, напряжение uL на индуктивности L опережает, а напряжение иC на емкости С отстает от i на π/2 (рисунок 2.14).  44)Расчет линейных цепей постоянного тока методом свертывания. Этот метод применяется только для электрических цепей содержащих один источник питания. Для расчета, отдельные участки схемы, содержащие последовательные или параллельные ветви, упрощают, заменяя их эквивалентными сопротивлениями. Таким образом, цепь свертывается до одного эквивалентного сопротивления цепи подключенного к источнику питания. Затем определяется ток ветви, содержащий ЭДС, и схема разворачивается в обратном порядке. При этом вычисляются падения напряжений участков и токи ветвей. 45)Соединение трехфазной цепи по схеме треугольник при симметричной и несимметричной нагрузках. Если конец каждой фазы обмотки генератора соединить с началом следующей фазы, образуется соединение в треугольник. К точкам соединений обмоток подключают три линейных провода, ведущие к нагрузке. На рис. 7.3 изображена трехфазная цепь, соединенная треугольником. Как видно из рис. 7.3, в трехфазной цепи, соединенной треугольником, фазные и линейные напряжения одинаковы. Uл = Uф IA, IB, IC - линейные токи; Iab, Ibc, Ica- фазные токи. Линейные и фазные токи нагрузки связаны между собой первым законом Кирхгофа для узлов а, b, с.   Линейный ток равен геометрической разности соответствующих фазных токов. Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20), получим İa + ib + ic = 0, т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке. На рис. 7.4 изображена векторная диаграмма трехфазной цепи, соединенной треугольником при симметричной нагрузке. Нагрузка является симметричной, если сопротивления фаз одинаковы. Векторы фазных токов совпадают по направлению с векторами соответствующих фазных напряжений, так как нагрузка состоит из активных сопротивлений. Симметричная нагрузка При симметричной нагрузке Zab = Zbc = Zca = Zejφ, т.е. Zab = Zbc = Zca = Z, φab = φbc = φca = φ. Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca. Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°. Линейные токи İa = İab - İca; ib = İbc - İab; ic = İca - İbc; образуют также симметричную систему токов (рис.3.13, 3.14). На векторной диаграмме (рис. 3.14) фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в  раз. Линейный ток İA отстает по фазе от фазного тока İab на угол 30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca.Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в раз больше действующего значения фазного тока и UЛ = UФ; IЛ = IФ.При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи соединенной треугольником, можно свести к расчету одной фазы. Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ, линейный ток IЛ = IФ, угол сдвига по фазе φ = arctg (XФ / RФ). Из векторной диаграммы видно, что  ,Iл = √3 Iф при симметричной нагрузке. Трехфазные цепи, соединенные звездой, получили большее распространение, чем трехфазные цепи, соединенные треугольником. Это объясняется тем, что, во-первых, в цепи, соединенной звездой, можно получить два напряжения: линейное и фазное. Во-вторых, если фазы обмотки электрической машины, соединенной треугольником, находятся в неодинаковых условиях, в обмотке появляются дополнительные токи, нагружающие ее. Такие токи отсутствуют в фазах электрической машины, соединенных по схеме "звезда". Поэтому на практике избегают соединять обмотки трехфазных электрических машин в треугольник. Несимметричная нагрузка приемника В общем случае при несимметричной нагрузке Zab ≠ Zbc ≠ Zca. Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников. Например, для нагрузки, рис. 3.15, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные мощности будут в общем случае различными.  Рис. 3.15 |