shpory_traktora
.doc
1/1)Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии. Если все три ЭДС равны по значению и сдвинуты по фазе на 120º по отношению друг другу, то такая система ЭДС называется симметричной.. 1/2) Трехфазным называется такой генератор, который имеет обмотку, состоящую из трех частей. Каждая часть этой обмотки называется фазой. Поэтому эти генераторы и получили название трехфазных. В пазах статора расположены три фазных обмотки (они условно представлены единственными витками). Начала и концы обмоток трехфазного генератора принято обозначать буквами и . Первыми буквами латинского алфавита обозначают начала обмоток, последними - концы. Началом обмотки называют зажим, через который ток поступает во внешнюю цепь при положительных его значениях. 1/3) Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной. 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. Если концы всех фаз генератора соединить в общий узел, а начала фаз соединить с нагрузкой, образующей трехлучевую звезду сопротивлений, получится трехфазная цепь, соединенная звездой. При этом три обратных провода сливаются в один, называемый нулевым или нейтральным.
|
2/4) обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0'). Обе точки 0 и 0' соединены проводом, который называется нулевым или нейтральным проводом. Остальные три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырехпроводной системой трехфазного тока. 2/5) Симметричная нагрузка –нагрузка, у которой комплексное сопротивление фаз одинаково.
Несимметричная нагрузка –тинная нагрузка, у которой комплексные сопротивления не равны. При соединении обмотки генератора по схеме треугольник в режиме холостого хода результирующий ток замыкается по фазам генератора и создаёт на них потери мощности, что ведёт к снижению КПД, поэтому фазы генератора соединяются только по схеме звезда. 2/6) Активной мощностью (часто просто мощностью) трехфазной системы называется сумма активных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме активных мощностей всех фаз приемника. В симметричной трехфазной системе, т. е. системе с симметричными генератором и приемником, при любой схеме их соединений для каждой фазы мощности источника энергии и приемника одинаковые Р =3UфIф cos? реактивной мощностью трехфазной системы называется сумма реактивных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме реактивных мощностей всех фаз приемника. Реактивная мощность симметричной трехфазной системы Q = 3Qф = 3UфIфsin Полной мощностью трехфазной системы называется сумма комплексных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме комплексных мощностей всех фаз приемника. Полная мощность симметричной трехфазной системы - S=?3UлIл.
|
3/7) расчет симметричных режимов работы трехфазных систем Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными, если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е. если . В противном случае они являются несимметричными. Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис. 1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: . Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном напряжении и сопротивлениях фаз можно записать , где определяется характером нагрузки . Тогда на основании вышесказанного ;
3.1) Звезда-Звезда Отличие данной системы от предыдущей в том, что всегда соблюдается условие ; следовательно, в несимметричном режиме . В этом случае токи фаз будут равны: , , . Ток, протекающий в нейтральном проводе, найдем по первому закону Кирхгофа: . Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами определяется выражениями: , . Т. е они сохраняются такими же как в предыдущей схеме. Схема с нейтральным проводом применяется на практике, т.к. в ней при произвольной нагрузке отсутствует перекос фаз по напряжению, т.е. все фазные напряжения равны.
|
3,2) Соединение генератора или нагрузки в систему – звезда показано на рисунке. Точка соединения концов фаз генератора или нагрузок называется нейтральной точкой и обозначается буквой N или n. На следующем рисунке показано соединение звезда – звезда без нейтрального провода. Следует заметить, что точка N генератора на практике всегда заземляется. Это значит, что ее потенциал . Будем считать эту точку базовой для расчета всей схемы 3,3) 4,1) Рассмотрим расчёт токов в фазах приёмника Iав, Iвс, Iса и в линейных проводах Iа, Iв, Iс. Заданными являются действующее значение линейного напряжения сети UЛ и сопротивления фаз потребителя Zав, Zвс, Zса. Записываем напряжения в комплексной форме (для треугольника UФ = UЛ) Uав = UЛ, Uвс = UЛ ·е-j120, Uса = UЛ ·еj120, где ψаb = 0°, ψbс = – 120°, ψса = 120°. Определяем токи в фазах Рассчитываем линейные токи согласно первому закону Кирхгофа (составляем уравнения для узлов а, в, с треугольника) Iа = Iав - Iса, Iв = Iвс - Iав, Iс = Iса - Iвс. Построим векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости . Векторная диаграмма построена для случая, когда в фазах ab и bc активно – индуктивная нагрузка, а в фазе ca – активно – ёмкостная.
|
4,2)При нессиметричной нагрузке приходится сначала подсчитать мощность, потребляемую каждой фазой в отдельности, а потом уже можно суммироватиь мощность всех трех фаз 4,3) 5,1) Измерение активной мощности. Для измерения активной мощности трехфазной системы применяют различные способы: 1. Способ одного ваттметра применяют для измерения мощности при симметричной нагрузке в четырехпроводной или трехпроводной линии, если доступна для подключения нейтральная (нулевая) точка нагрузки (рис. 2-42). 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 (рис. 2-43). В этом случае общая мощность равна утроенному показанию ваттметра.
|
5,2) При несимметричной нагрузке в трехфазных трехпроводных системах активную мощность зачастую измеряют методом двух ваттметров. Особенность этого метода состоит в том, что показание двух ваттметров, даже при симметрии нагрузки, не раны между собой, причем показание одного из двух ваттметров может быть отрицательным. Мощность трехфазной системы в этом случае равна алгебраической сумме показаний двух ваттметров P=Pw1+Pw2 показание второго —
Здесь берем напряжение , равное , так как генераторный конец обмотки напряжения подключен к фазе С, а не к В. Сумма показаний ваттметров равна 5,3) Если показание ваттметра умножим на , то получим общую реактивную мощность трехфазной цепи: На практике применяют трехфазные реактивные ваттметры, работающие по схеме двух ваттметров (рис. 2-48). Для включения обмоток напряжения на фазное напряжение здесь создана искусственная нулевая точка О, образованная сопротивлениями двух обмоток напряжения и добавочным сопротивлением z
тогда
Умножив полученный результат на , получим общую реактивную мощность всей трехфазной нагрузки:
|
6,1) Принцип получения вращающегося магнитного поля. В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора. Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле. 6,2) Работа любого асинхронного двигателя построена на принципе вращающегося магнитного поля. Как его можно создать? Например, можно взять постоянный магнит и начать вращать его вокруг своей оси – получится вращающееся магнитное поле. А если крутить магнит возле медного диска, то он станет вращаться вслед за магнитом, пытаясь его догнать. Со стороны наблюдателя кажется, что между магнитом и диском есть невидимая вязкая связь. Их движение не синхронно, диск крутится с некоторым отставанием. Объяснить это явление можно тем, что магнит при вращении возбуждает в структуре диска индукционные токи или токи Фуко. Они всегда движутся по замкнутому кругу — нигде не начинаясь и нигде не заканчиваясь, и являются, по сути, токами короткого замыкания, которые разогревают металл и от которых обычно |
пытаются избавиться. Но в нашем случае они полезны, т.к. порождают во вращаемом диске магнитное поле, которое дальше взаимодействует с полем постоянного магнита. В асинхронных электродвигателях всё происходит по тому же принципу, только чтобы получить вращающееся поле, используют не постоянный магнит, а обмотки статора, в которых создаётся поле вращения. Условия для вращения можно создать только в многофазных системах, где ток сдвинут по фазе на определённый градус. В быту используются двухфазные электродвигатели, где вторая фаза создаётся искусственно с помощью сдвигающего конденсатора, катушки или сопротивления. В промышленности применяют трёхфазные системы 7,1) Метод симметричных составляющих относится к специальным методам расчета трехфазных цепей и широко применяется для анализа несимметричных режимов их работы, в том числе с нестатической нагрузкой. В основе метода лежит представление несимметричной трехфазной системы переменных (ЭДС, токов, напряжений и т.п.) в виде суммы трех симметричных систем, которые называют симметричными составляющими. Различают симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, которые различаются порядком чередования фаз.
|
7,2) симметричные системы, которые в совокупности образуют несимметричную систему величин, называются ее симметричными составляющими. Симметричные составляющие отличаются друг от друга порядком следования фаз, т. е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум, и называются системами прямой, обратной и нулевой последовательностей. Отдельные симметричные системы векторов, на которые раскладывается несимметричная система, называются симметричными составляющими. Вектора симметричных составляющих индексируются цифрами: 1 - для прямой последовательности, 2 - для обратной последовательности и 0 – для нулевой последовательности . 7,3) Под термином “фильтр” в электротехнике принято считать специальные устройства в виде электрических схем, которые выделяют или подавляют из сложной системы компонентов какие-то определенные части из ее состава. Фильтры симметричных составляющих предназначены для извлечения конкретных составляющих векторов тока или напряжения из 3-х фазной несимметричной системы. Выделенные фильтрами из действующей схемы энергоснабжения векторы напряжений либо токов направляют в: - схемы релейных защит энергетического оборудования для предотвращения возникающих несимметричных режимов, появляющихся в результате КЗ, повреждений изоляции; - цепи сигнализации для информирования оперативного персонала. Довольно широко в наше время применяются в УРЗА (устройствах релейной защиты и автоматики) фильтры напряжений нулевой последовательности. В их схему входят 3 одинаковых по конструкции однофазных трансформатора напряжения, подключенные своими первичными обмотками на фазное напряжение UA, UB, UC цепей звезды. Коэффициент трансформации каждого из них определяется соотношением k=W1/W2. При соединении вторичных обмоток в схему треугольника на его выходе выделяется нулевая последовательность.
|
ТЕМА 2 1,1) электрических цепях могут происходить включения и отключения пассивных или активных ветвей, короткие замыкания отдельных участков, различного рода переключения, внезапные изменения параметров и т. д. В результате таких изменений, называемых часто коммутационными или просто коммутациями, которые будем считать происходящими мгновенно, в цепи возникаютпереходные процессы, заканчивающиеся спустя некоторое (теоретически бесконечно большое) время после коммутации. Первый закон коммутации состоит в том, что ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же значение, которое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться. Этот закон, вытекающий из невозможности мгновенного изменения энергии магнитного поля WM = Li2L / 2, запасенной в индуктивном элементе, имеет вид iL(0_) = iL(0) Второй закон коммутации состоит в том, что напряжение на емкостном элементе в начальный момент после коммутации имеет то же значение, которое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться. Второй закон коммутации, вытекающий из невозможности мгновенного изменения энергии электрического поля емкостного элемента WЭ = Сu2C / 2, имеет вид uC(0_) = uC(0). 1,2) рассмотрим сначала некоторые общие вопросы расчета переходных процессов на примере включения неразветвленной цепи с сопротивлением, индуктивностью и емкостью (последовательного контура) к источнику э. д. с. е, которая изменяется во времени непрерывно и задана каким-нибудь аналитическим выражением. Принужденный режим, создаваемый источником произвольной периодически изменяющейся э. д. с. (или тока), называют еще установившимся режимом. После окончания переходного процесса источник э. д. е., изменяющейся, например, по экспоненциальному закону, создает принужденный режим, а источник постоянной э. д. с. или э д. е., изменяющейся по гармоническому закону, создает принужденный или установившийся режим. Свободный ток представляет собой общее решение однородного дифференциального уравнения (9.3), и в его выражении должны быть постоянные интегрирования, число которых равно порядку дифференциального уравнения.
|
1,3) ВКЛЮЧЕНИЕ RL ЦЕПИ НА ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ. R E L Решение: Однородное уравнение: i UL E iL i τ одно и то же UL t 1,4) Короткое замыкание в R-L цепи На рис. 8.1 изображена электрическая цепь, в которой включен источник постоянной ЭДС. В результате коммутации рубильник замыкается и образуется замкнутый на себя R-L контур. До коммутации по индуктивности протекал ток Этот ток создавал постоянное магнитное поле в индуктивной катушке. Определим закон изменения тока в индуктивности после коммутации. В соответствии с классическим методом
Принужденный ток после коммутации замыкается через рубильник, имеющий нулевое сопротивление, и через индуктивность не протекает. Индуктивный ток имеет только свободную составляющую
Магнитное поле, исчезая, индуктирует в индуктивной катушке ЭДС самоиндукции. Свободный ток в R-C контуре существует за счет этой электродвижущей силы. Запишем уравнение для свободного тока в R-L контуре, используя второй закон Кирхгофа.
|
(8.1) Ищем решение этого уравнения в виде экспоненты . Производная . Подставим значения свободного тока и производной тока в уравнение (8.1) (8.2) Уравнение (8.2), полученное из уравнения (8.1), называется характеристическим. - корень характеристического уравнения. - постоянная времени переходного процесса, измеряется в секундах. Постоянная времени τ - это интервал времени, за который переходный ток уменьшается в e раз. . Постоянную интегрирования А определяем с помощью начального условия. В соответствии с первым законом коммутации, . Получим Напряжение на индуктивности .
|
2,1) При включении цепи (рис. 13-5) на синусоидальное напряжение
принужденный ток
где
а свободный ток определяется равенством (13-9), т. е.
Для переходного тока i получим:
В рассматриваемой цепи до включения тока не было. Поэтому при Отсюда
Окончательно получаем:
Напряжение на индуктивности
|
2,2) Разряд конденсатора Рассмотрим теперь процесс разряда конденсатора С, который был заряжен от источника питания до напряжения U через резистор с сопротивлением R В начальный момент, в цепи возникнет ток и конденсатор начнет разряжаться, а напряжение на нем уменьшаться. По мере уменьшения напряжения будет уменьшаться и ток в цепи (рис. 16-7). Через интервал времени напряжение на конденсаторе и ток цепи уменьшатся при мерно до 1% начальных значений и процесс разряда конденсатора можно считать закончившимся. Напряжение на конденсаторе при разряде
т. е. уменьшается по закону показательной функции (рис. 16-7). Разрядный ток конденсатора
т. е. он, так же как и напряжение, уменьшается по тому же закону (рис. 6-7). Вся энергия, запасенная при зарядке конденсатора в его электрическом поле, при разряде выделяется в виде тепла в сопротивлении R. Электрическое поле заряженного конденсатора, отсоединенного от источника питания, не может долго сохраняться неизменным, так как диэлектрик конденсатора и изоляция между его зажимами обладают некоторой проводимостью. Разряд конденсатора, обусловленный несовершенством диэлектрика и изоляции, называется саморазрядом. Постоянная времени при саморазряде конденсатора не зависит от формы обкладок и расстояния между ними. Процессы зарядки и разряда конденсатора называются переходными процессами |
2,3) Включение rС-цепи на постоянное напряжение Рассмотрим переходный процесс при включении rC-цепи на постоянное напряжение U (рис. 14.13). Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа, или с учетом ( 14.19) . Соответствующее однородное уравнение, т. е. уравнение для свободного процесса, совпадает с ( 14.20). Поэтому свободное напряжение на емкости Переходное напряжение на емкости Так как конденсатор не был заряжен, т. е. при t = 0 напряжение , то А = - U и Для тока получим Начальное значение тока i(0+) может быть получено и непосредственно. Так как , то все напряжение источника U при t = 0 равно напряжению . Кривые изменения (рис. 14.14) показывают, что напряжение на емкости и ток в цепи не устанавливаются мгновенно. Напряжение возрастает, и ток спадает тем медленнее, чем больше постоянная времени цепи , т. е. чем медленнее затухает свободное напряжение . Отметим аналогию законов изменения тока в rL-цепи и напряжения в rC-цепи при включении их на постоянное напряжение. Она следует из сравнения равенств ( 14.14) и (14.25) и кривых на рис. 14.6 и 14.14. Аналогично также изменение величин и i в тех же цепях. Аналогия распространяется и на случаи включения rL и rС-цепей на синусоидальное напряжение. К исследованию процессов зарядки и разрядки конденсатора через резистор сводятся многие важные практические задачи, возникающие при расчете переходных процессов в цепях автоматики, телемеханики, электроники и связи. Как будет показано ниже, энергия, переходящая в тепло при включении rC-цепи, не зависит от значения r.
|