СССР. Законы коммутации в основном процессы коммутации определяются индуктивными и емкостными характеристиками электроцепи

• Название: Законы коммутации в основном процессы коммутации определяются индуктивными и емкостными характеристиками электроцепи
• Дата: 26.06.2022
• Размер: 1.14 Mb.
• Имя файла: 23ц4823852352.docx
• Тип: Закон; #616067
• страница: 2 из 3

X_L — сопротивление, Ом; f — частота, Гц; I — индуктивность, Гн.

Электрическое сопротивление катушки индуктивности — это отношение действующих значений напряжения и тока. Оно прямо пропорционально индуктивности и частоте изменения тока. Фазы кривых тока и напряжения на катушке индуктивности смещены на 90 градусов, при этом ток отстает от напряжения.


12.

1)

2)

13.

1)

2)

14.

1)

2)

15.

1)

2) В разветвленной цепи, состоящей из параллельно соединенных резистора и конденсатора (рисунок 3.11а), напряжение   на обоих элементах схемы одинаково. Это напряжение создает в резисторе активный ток, совпадающий по фазе с напряжением:   . При этом ток в конденсаторе чисто реактивный (не имеет активной составляющей) и опережает напряжение   на угол   :   , где   - реактивная проводимость конденсатора. Векторная диаграмма для параллельного соединения резистора и конденсатора показана на рисунке 3.11,б. За основу диаграммы принят вектор напряжения   , относительно которого строятся векторы токов.

Диаграмма так же имеет вид треугольника токов, из которого могут быть получены треугольники проводимостей и мощностей. В данном случае угол сдвига между током и напряжением   считается отрицательным, так как вектор общего тока цепи   опережает вектор напряжения   .



Рисунок 3.11 - Схема (а) и векторная диаграмма (б) цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора

16.

1) Мощность, по определению — это работа в единицу времени.



Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью.



Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивная мощность определяется, как

Q = U I sinθ

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

P = U I

2) В разветвленной цепи, состоящей из параллельно соединенных резистора и конденсатора (рисунок 3.11а), напряжение   на обоих элементах схемы одинаково. Это напряжение создает в резисторе активный ток, совпадающий по фазе с напряжением:   . При этом ток в конденсаторе чисто реактивный (не имеет активной составляющей) и опережает напряжение   на угол   :   , где   - реактивная проводимость конденсатора. Векторная диаграмма для параллельного соединения резистора и конденсатора показана на рисунке 3.11,б. За основу диаграммы принят вектор напряжения   , относительно которого строятся векторы токов.

Диаграмма так же имеет вид треугольника токов, из которого могут быть получены треугольники проводимостей и мощностей. В данном случае угол сдвига между током и напряжением   считается отрицательным, так как вектор общего тока цепи   опережает вектор напряжения   .



Рисунок 3.11 - Схема (а) и векторная диаграмма (б) цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора

17.

1) Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Коэффициент мощности показывает, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

λ=P/S*100% - то есть, если в %, то это лямбда, P в (Вт), S в (ВА)

Коэффициент мощности практически не влияет на энергопотребление самого устройства, включённого в сеть, но влияет на потери энергии в идущих к нему проводах, а также в местах выработки или преобразования энергии (например, на подстанциях). То есть счётчик электроэнергии в квартире практически не будет реагировать на коэффициент мощности устройств, поскольку оплате подлежит лишь электроэнергия, совершающая работу (активная составляющая нагрузки). В то же время от КПД непосредственно зависит потребляемая электроприбором активная мощность.

Коррекция коэффициента мощности (ККМ), как правило, достигается путём добавления емкостной нагрузки, чтобы компенсировать имеющуюся в системе индуктивную нагрузку. Коэффициент мощности системы энергоснабжения постоянно изменяется из-за изменения мощности и количества двигателей, используемых в данный момент. Это затрудняет достижение постоянного баланса между индуктивными и емкостными нагрузками. Коррекция коэффициента мощности приносит много преимуществ. Для потребителя основным преимуществом является отсутствие платы за низкий коэффициент мощности. Для поставщика электроэнергии преимущества заключаются в увеличении срока службы оборудования и снижении эксплуатационных расходов.

2) Когда к цепи (рис. 6.3.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.



Рис. 6.3.1

Между напряжениями UR, UL и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением XL катушки.

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе UR отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения UL на катушке индуктивности равен 900 (ток отстает от напряжения). При этом сдвиг между полным напряжением U цепи и током определяется соотношением между сопротивлениями XL и R. Разделив все стороны треугольника напряжений на ток, получим треугольник сопротивлений (рис. 6.3.3), в котором Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение напряжений на отдельных элементах как в последовательной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме U = UR +UL. Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника сопротивлений.

18.

1) Условия наступления

Резонансные явления наступают только при наличии следующих условий:

Наличие минимального активного сопротивления на участке электрической цепи.

Равенство реактивных сопротивлений, возникших на цепочке LC.

Совпадение входной частоты источника питания с резонансной частотой колебательного контура.

Особенности

1. 
   Полное сопротивление Z цепи при резонансе равно активному сопротивлению
   
2. 
   Результирующий ток в цепи имеет максимальное значение
   
3. 
   Напряжение на участке с активным сопротивлением R равно напряжению питания U и совпадает с ним по фазе U=U_R.
   
4. 
   Активная мощность при резонансе имеет максимальное значение
   

Признаки

. Ток и напряжение, приложенное к цепи, совпадают по фазе j = 0.

2. Сопротивление контура минимальное и чисто активное Z = R.

3. Ток в цепи максимален, т. к.  → I_max

4. Падение напряжения на активном сопротивлении равно приложенному к контуру напряжению, а именно: U_R= IR = IZ = U.

5. Падения напряжений на индуктивности и ёмкости равны по амплитуде, противоположны по фазе и больше (или значительно больше) приложенного напряжения:

2) Когда к цепи (рис. 6.3.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.



Рис. 6.3.1

Между напряжениями UR, UL и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением XL катушки.

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе UR отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения UL на катушке индуктивности равен 900 (ток отстает от напряжения). При этом сдвиг между полным напряжением U цепи и током определяется соотношением между сопротивлениями XL и R. Разделив все стороны треугольника напряжений на ток, получим треугольник сопротивлений (рис. 6.3.3), в котором Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение напряжений на отдельных элементах как в последовательной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме U = UR +UL. Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника сопротивлений.

19.

1) Резонансом называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний

при приближении частоты вынуждающей силы к частоте, равной или близкой к собственной

частоте колебательной системы (рис. 7.11), что необходимо учитывать при конструировании

машин и строительных конструкций. На рис. 7.12 представлена зависимость фазового

сдвига ф от частоты со.



Рис. 7.11. Резонансные кривые для смещения частицы из положения равновесия

Добротностью называют параметр колебательной системы, который определяет ширину резонанса и характеризует, насколько запасы энергии в системе больше возникающих ее потерь во время изменения фазы на один радиан.

2) Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений

Когда по цепи (рис. 6.5.1) с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности протекает один и тот же синусоидальный ток I, напряжение на конденсаторе UC отстает от тока I на 900, а напряжение на катушке индуктивности UL опережает ток на 900. Эти напряжения находятся в противофазе (повернуты относительно друг друга на 180 градусов).



Рис. 6.5.1

Когда одно из напряжений больше другого, цепь оказывается либо преимущественно индуктивной (рис. 6.5.2), либо преимущественно емкостной (рис. 6.5.3). Если напряжения UL и UС имеют одинаковые значения и компенсируют друг друга, то суммарное напряжение на участке цепи L – C оказывается равным нулю. Остается только небольшая составляющая напряжения на активном сопротивлении катушки и проводов. Такое явление называется резонансом напряжений

При резонансе напряжений реактивное сопротивление цепи

X = XL – XC

оказывается равным нулю.

20.

1) Ниже приведен порядок построения векторной диаграммы разветвленной электрической цепи, приведенной на рисунке 3.34, в котором, на первом этапе строится векторная диаграмма параллельного участка.

1. 
   
   

Произвольно откладываем вектор напряжения U₂₃.

2. 
   Строим векторную диаграмму токов:
   
   1. 
      Откладываем вектор тока I₂. Он опережает напряжение U₂₃ на угол ₂ и режим работы активно-емкостной.
      

2. 
   Откладываем вектор тока I₃. Он имеет активно-индуктивный характер и отстает от напряжения U₂₃ на угол ₃.
   

+

3. 
   Откладываем вектор тока I₄. Он имеет чисто активный характер, поэтому совпадает с направлением напряжения U₂₃.
   
4. 
   Строим вектор I₁. Его величина и направление определяется как векторная сумма токов I₂, I₃, I₄.
   

СОСТАВЛЯЮЩИЕ

Пусть мы имеем векторную диаграмму, изображенную на рис. 159. Проектируя вектор тока I на направление вектора напряжения U, разложим вектор тока на две составляющие.


Рис. 159. Разложение тока на активную и реактивную составляющие

Одна из составляющих совпадает по направлению с вектором напряжений и называется активной составляющей тока. Она обозначается буквой I_а и равна

I_а = I cos φ.

Другая составляющая, перпендикулярная вектору напряжения, называется реактивной составляющей тока. Она обозначается буквой I_р и равна

I_р = I sin φ.

Таким образом, переменный ток I можно рассматривать как геометрическую сумму двух составляющих: активной I_а и реактивной I_р. Применение этого приема позволяет сравнительно просто производить расчеты разветвленных цепей переменного тока.

2) Когда к цепи (рис. 6.6.1) с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение U, одно и то же напряжение приложено к обоим элементам цепи.



Рис. 6.6.1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I _C (емкостная составляющая общего тока) и ток в катушке I_L (индуктивная составляющая общего тока), причем ток I_L отстает от напряжения U на 90⁰, а I_C опережает на 90⁰.

Токи I_CиI_Lимеют противоположные фазы (180⁰) и в зависимости от их величин уравновешивают друг друга полностью или частично. Они могут быть представлены с помощью векторных диаграмм токов.

Когда I_C=I_Lи общий ток цепи равен нулю, имеет место резонанс токов

Когда I_CI_L,т.е. преобладает ток конденсатора, общий ток цепи I является по характеру емкостным и опережает напряжение U на 90⁰ (рис. 6.6.3).

Когда I_CI_L, т.е. преобладает ток катушки, общий ток цепи I является индуктивным и отстает от напряжения U на 90⁰(рис. 6.6.4).

Эти рассуждения проведены в пренебрежении потерями активной мощности в конденсаторе и катушке.

+При резонансе токов реактивная проводимость цепи B = B_L – B_C равна нулю.

21.

1) условия возникновения резонанса токов следующие:

1. 
   Частота питания аналогична резонансной у контура.
   
2. 
   Проводимости у индуктивности и ёмкости по переменному току равны BL=Bc, B=1/X.
   

Входное сопротивление имеет чисто активный характер - раз. Это общий признак резонанса. Ну и как следствие этого - входной ток совпадает по фазе с входным напряжением.
Максимальное входное сопротивление - два. Это признак резонанса именно токов.

Практически вся силовая электротехника использует именно такой колебательный контур, скажем, силовой трансформатор. Также схема необходима для настройки работы телевизора, емкостного генератора, сварочного аппарата, радиоприемника, её применяет технология «согласование» антенн телевещания, где нужно выбрать узкий диапазон частот некоторых используемых волн. Схема RLC может быть использована в качестве полосового, режекторного фильтра, для датчиков для распределения нижних или верхних частот.

Резонанс даже использует эстетическая медицина (микротоковая терапия), и биорезонансная диагностика.

2)        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. 3 изображена трехфазная цепь, соединенная треугольником. Как видно
из рис. 3, в трехфазной цепи, соединенной треугольником, фазные и линейные напряжения одинаковы.

U_л = U_ф

       I_A, I_B, I_C - линейные токи;

       I_ab, I_bc, I_ca- фазные токи.

       Линейные и фазные токи нагрузки связаны между собой первым законом Кирхгофа для узлов а, b, с.