Тема программы: Электрические цепи переменного тока.

Электротехника.гр№5 ур№22.

Тема программы: Электрические цепи переменного тока.

Тема урока: Трёхфазная система переменного тока.

Цель урока: Рассмотреть трёхфазную систему переменного тока.

 План.

Трехфазная система переменного тока.

Соединение звезда.

Соединение треугольник.

Содержание темы.

1)Трехфазная система переменного тока. В электротехнике, широкое распространение и практическое применение получила трехфазная система переменного тока. Благодаря свойствам данной системы, передача электроэнергии по проводам на большие расстояния, осуществляется в наиболее оптимальных условиях. Кроме того, принцип действия переменного тока с тремя фазами, дал возможность создавать простые и удобные электрические двигатели.
Понятие трехфазной системы Устройство трехфазной системы переменного тока включает в себя три цепи, в которых действуют электродвижущие силы, имеющие одинаковую частоту. Эти силы сдвигаются между собой по фазе на одну третью часть. Название фазы получила каждая отдельно взятая цепь, являющаяся составной частью системы. Вся система, включающая в себя три переменных тока, и есть не что иное, как трехфазный ток. Все виды генераторов, установленных на электростанциях, являются устройствами трехфазного тока. Они представляют собой общую конструкцию, соединяющую сразу три генератора в одном агрегате. Это устройство состоит из трех отдельных якорей, расположенных на статоре. Между собой они смещены на 120 градусов. По центру генератора происходит вращение индуктора, воздействующего на все три якоря. В каждой из катушек происходит индуцирование переменной электродвижущей силы с одинаковой частотой. Через ноль прохождение этих ЭДС происходит со сдвигом на одну треть.

Каждая обмотка представляет собой самостоятельный источник энергии и генератор тока. Фактически, весь генератор состоит из трех независимых цепей. В классическом варианте, электроэнергия может передаваться с помощью шести проводов. Однако, существуют другие виды соединений, позволяющие сэкономить большое количество провода. Виды соединений трехфазной системы Когда на практике применяется трехфазная система переменного тока, она предполагает два основных вида соединений.

2)При соединении способом звезды, соединение концов всех обмоток осуществляется в одной точке генератора, получившей название нулевой точки. Соединение с потребителями осуществляется при помощи трех линейных проводов, выходящих из начала обмоток и одного нулевого провода, подключенного к нулевой точке генератора.

 3) Способ треугольника предполагает соединение конца предыдущей обмотки с началом последующей. В результате, образуется правильный треугольник. По этой схеме, происходит соединение линейных проводов и вершин треугольника, из-за чего получается совпадение фазного и линейного напряжения. В сравнении с вариантом звезда, треугольник способствует снижению линейного напряжения приблизительно в 1.73 раза. Это допускается при одинаковой нагрузке фаз, в противном случае, увеличение силы тока в обмотках может быть опасным для генератора.

П Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы:

Основные источники:

1. Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электроники. Издание второе, переработанное и дополненное. Москва «Высшая школа», 1985

2. Гольгин А.Ф., Ильяшенко Л.А. Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий, Москва «Высшая школа», 1986

3. Новиков П.Н., Толчеев О.В. Задачник по электротехнике, Москва, издательский центр «Академия», 2008

4. Ломоносов В.Ю., Поливанов К.М., Михайлов О.П. Электротехника, Москва, «Энергоатомиздат», 1990

5. Касаткин А.С. Основы электротехники, Москва «Высшая школа», 1986

Д.З. Изучите конспект и ответьте на вопросы:

Соединение звезда?

Соединение треугольник?

Уважаемый студент сфотографируйте конспект и пришлите на электронный адрес

(dima. levchenko 02@ ramler. ru)

 

 

Электротехника.гр№5 ур№23.

План.

Активная мощность.

Реактивная мощность.

3. Коэффициент мощности cosφ.

Содержание темы.

«Активная, реактивная, и полная мощности в цепи переменного тока»

В общем случае при наличии в цепи активного, индуктивного и емкостного сопротивлений мгновенная мощность выражается формулой

P =iu = I_mU_m(cosφ - cos(2ωt -φ))/2=IUcosφ - IUcos(2ωt -φ), (1)

где I и U – действующие значения тока и напряжения, равные I = , U= .

а) На практике мгновенную мощность вообще не измеряют, да она и не нужна. Практически надо знать не мгновенную мощность, а энергию, которую выделит электрическая цепь за достаточно большой промежуток времени. А для этого во всех случаях надо знать среднюю мощность за этот промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно знать среднюю мощность за один период, поскольку в последующие периоды выделяется такая же энергия. Среднее значение второго слагаемого формулы (1) за период Т изменения тока равно нулю. Поэтому средняя мощность за период Т равна первому слагаемому, не зависящему от времени:

P = IUcosφ (2).

Это величина называется активной мощностью, а сosφ - коэффициентом мощности.

При проектировании электрических цепей переменного тока обязательно добиваются, чтобы значение сosφ было больше 0,85 (сosφ < 0,85 запрещается к использованию).

Величина активной мощности P в цепях с чисто активным сопротивлением будет максимальна, т.к. φ=0, в цепях с чисто индуктивным и емкостным сопротивлением P =0, т.к. φ=90°.

Ранее при рассмотрении векторных диаграмм было установлено, что полное сопротивление цепи Z, реактивное сопротивление хр, активное сопротивление R и сдвиг фаз между током и напряжением φ связаны треугольником сопротивлений (появляется 1-й треугольник),

где гипотенуза выражает полное сопротивление цепи

Z= или Z= .

Из треугольника сопротивлений имеем: cosφ = . (3)

Подставляя (3) и U=I Z в формулу (2) получим для активной мощности P= I²R. (4) Произведение Pt называют активной энергией ω= Pt (5)

и измеряют в (Вт*с) или в (кВт*ч) счетчиками электрической энергии. Активная энергия полностью преобразуется в тепло или механическую энергию на участке с активным сопротивлением.

в) Если величины на сторонах треугольника сопротивлений умножить на I ², то получим треугольник мощностей.

Из треугольника мощностей видно, что катет, прилежащий к углу φ, представляет собой активную мощность P= I²R, противолежащий катет представляет мощность Q= I²x_p (6),

называемую реактивной мощностью. Учитывая, что x_p= Zsinφ и Z= , получим:

Q= I²x_p= I²Zsinφ = IUsinφ, т.е. Q= IUsinφ. (7).

Реактивная мощность измеряется в ВАр (вольт-амперах-реактивных), по формуле (6) вычисляется ее абсолютное значение, а на графике ее значения находятся в отрицательной области кривой, где значения тока и напряжения разные по знаку.

Реактивная мощность характеризует интенсивность обмена энергией между источником с одной стороны и магнитными и электрическими полями – с другой.

Эта энергия равная Qt, бесполезно загружает источник энергии (генератор) и провода линий электропередач, что для энергоэлектрического хозяйства является вредным. Поэтому в серьезных хозяйствах принимают меры по ее сокращению.

с) Гипотенуза треугольника мощностей представляет собой полную мощность

S=I²Z=IU (8) или S = (9). Полная мощность измеряется в ВА (вольт-амперах) или кВА. Произведение St выражает полную энергию цепи переменного тока.

Если рассмотреть произведения значений мгновенной мощности на соответствующие промежутки времени Δt, просуммировать их и взять предел этой суммы при Δt стремящемуся к нулю при стремлении числа этих промежутков к бесконечности, мы получим значение полной энергии в цепи за рассматриваемый промежуток времени.

Это отображается заштрихованной областью графика. Видно, что в цепи с чисто активным сопротивлением полная энергия равна активной энергии, в цепях с индуктивным и емкостным сопротивлением она равна нулю, в общем случае полная энергия вычисляется как площадь прямоугольника 0DАВ

d) И в заключение, необходимо вернуться к коэффициенту мощности, имеющему большое значение при эксплуатации электросетей и решении практических задач.

Из треугольника мощностей и формул (9), (8) получаем, что коэффициент мощности cosφ можно вычислить по формулам:

cosφ = = , (10)

cosφ = ; (11)

На практике cosφ:
- можно вычислить, используя вольтметр, амперметр и ваттметр (формула (11));
- можно измерить специальным прибором – фазометром.

Все введенные нами понятия и формулы для их вычисления будут использоваться при решении задач.

 

 Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы:

Основные источники:

1. Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электроники. Издание второе, переработанное и дополненное. Москва «Высшая школа», 1985

2. Гольгин А.Ф., Ильяшенко Л.А. Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий, Москва «Высшая школа», 1986

3. Новиков П.Н., Толчеев О.В. Задачник по электротехнике, Москва, издательский центр «Академия», 2008

4. Ломоносов В.Ю., Поливанов К.М., Михайлов О.П. Электротехника, Москва, «Энергоатомиздат», 1990

5. Касаткин А.С. Основы электротехники, Москва «Высшая школа», 1986

Д.З. Изучите конспект и ответьте на вопросы:

Электротехника.гр№5 ур№22.

Тема программы: Электрические цепи переменного тока.