- •Розділ 1. Електричні кола постійного струму. Електрична ємність
- •Закон Джоуля Ленца. Робота та потужність електричного кола.
- •Розділ 2. Розрахунок електричних кіл постійного струму.
- •2.1 Правила Кірхгофа (закони).
- •2.2 Розрахунок електричних кіл методом еквівалентних опорів (згортання).
- •2.3 Метод вузлових напруг (метод двох вузлів)
- •2.4. Метод накладання струмів
- •2.5 Метод перетворення схем (перетворення трикутника і зірки опорів).
- •Практична робота № 1
- •Практична робота №2
- •Практична робота №3
- •Практична робота №4
- •Практична робота №5
- •Методичні вказівки для виконання практичних робіт.
- •Розділ 3. Лінійні електричні кола синусоідального струму.
- •3.1 Електричні кола однофазного змінного струму.
- •Коло з активним опором
- •Коло з індуктивним опором
- •Коло з реальною котушкою індуктивності
- •3.2. Розгалужені кола однофазного змінного струму.
- •3.3.Трифазні кола змінного струму.
- •Практична робота № 6 Розрахунок нерозгалуженого кола.
- •Практична робота № 7 Розрахунок розгалуженого кола змінного струму.
- •Практична робота № 8 Розрахунок трифазних кіл.
- •Методичні вказівки для виконання практичних робіт.
3.2. Розгалужені кола однофазного змінного струму.
Для реальної котушки індуктивності можна скласти і другу розрахункову схему – з паралельним з’єднанням двох віток: з активною – G та індуктивною провідностями.
а
б
Рис.35
На рис. 35а показана схема послідовного з’єднання активного та індуктивного опорів. На рис. 35б показана схема паралельного з’єднання активної та індуктивної провідності.
Напруга в даному випадку однакова. Струм в нерозгалуженій частині кола
- струм у вітці з активною провідністю, співпадає за фазою з напругою.
- струм у вітці з індуктивною провідністю, відстає за фазою від напруги на кут 90˚.
Вектор струму І та його складові , утворюють прямокутний трикутник (рис. 36а), тому
Складова струму з активним елементом
Проекція вектора струму на напрямок напруги називається активною складовою вектора струму і позначається . Для котушки
Складова струму в реактивному елементі
Проекція вектора струму на напрям, перпендикулярний вектору напруги, називається реактивною складовою вектора струму і позначається . Для котушки Сторони трикутника струмів виражені в одиницях струму, можна розділити на напругу U і отримати подібний трикутник провідностей, катетами якого являються активна та індуктивна провідності, а гіпотенузою величина , яка називається повною провідністю кола (рис. 36 б).
З трикутника провідностей і з урахуванням раніше отриманих виразів із трикутника опорів отримаємо:
Крім того:
Діючі величини складових струмів:
;
Зв’язок між діючими величинами напруги і струму:
Від трикутника струмів (рис.36а) можливо перейти до трикутника потужностей і для визначення потужностей використовують вже відомі формули:
; ;
3.3.Трифазні кола змінного струму.
Основними приймачами електричної енергії як по кількості, так і за встановленою потужністю є електродвигуни, які використовуються для приведення в рух робочих машин. Трифазні синхронні двигуни – найбільш прості, надійні та дешеві. Повсякденне їх застосування зумовило бурхливий розвиток трифазних систем – виробництво, передачу та розподіл електричної енергії. Для цієї мети застосовують трифазні генератори, трансформатори, лінії електропередач, розподільчі мережі.
Трифазне електричне коло – це сукупність трьох електричних кіл, в яких діють синусоїдні е.р.с. однакової частоти, зсунуті одна відносно одної за фазою і утворені одним джерелом енергії.
В трифазному генераторі, в якому є три самостійні обмотки, зсунуті одна відносно одної в просторі на 120° геометричних градусів, утворюється трифазна симетрична система е.р.с. Початкові фази цих е.р.с. зсунуті одна відносно одної на 120° у відповідності з просторовим розташуванням обмоток.
Трифазна симетрична система е.р.с. – це сукупниісить трьох е.р.с., які мають однакову частоту та амплітуду, зсунуті за фазою відносно одна одної на кут 120°.
При обертанні ротора генератора проти часової стрілки рівняння е.р.с. можна записати:
Цим рівнянням відповідають графіки е.р.с. та векторна діаграма рис.37.
EA
Комплекси діючих величин е.р.с.
Вектори е.р.с., які обертаються проти часової стрілки і повз нерухової вісі +j будуть проходити в такому порядку чередування . Такий порядок чередування називається прямою послідовністю фаз.
З’єднання зіркою при симетричному навантаженні.
Видатний російський вчений М.О.Доліво-Добровольський запропонував дві схеми з’єднань: зіркою та трикутником, які використовуються і до цього часу.
Схеми з’єднань можуть бути симетричними та несиметричними.
Трифазне коло називається симетричним, якщо комплекси всіх її фаз однакові. Якщо в такому колі діють симетричні е.р.с., то струми в фазах рівні за величиною і зсунуті по фазі на кут 120°.
При з’єднання обмоток фаз генератора зіркою всі кінці обмоток з’єднані разом, а від початків обмоток виводяться три проводи, які підводять електричну енергію до приймача.
На рис.38 показана зв’язана система при з’єднанні фаз генератора енергії і споживача зіркою. Початки обмоток генератора позначаються буквами А, В, С, а кінці, відповідно – х, у, z. Кінці обмоток генератора з’єднані в загальну точку N, яка називається нульовою точкою, або нейтраллю. Провода, які з’єднують початки обмоток генератора А, В, С і споживача – лінійні провода. В приймача також утворюється нульова точка N´ (нейтраль). Нульові точки генератора і споживача можуть бути з’єднані проводом, який називається нульовим або нейтральним. При цьому маємо чотирипровідну трифазну систему електричних кіл.
В симетричних трифазних колах можливо відмовитись від нульового провода, так як струм в ньому дорівнює нулю. В цьому випадку зв’язок між джерелом і споживачем, з’єднаними зіркою виконується по три провідній схемі.
Різниця потенціалів між лінійними затискачами і нейтраллю називається фазною напругою (UА, UВ, UС).
Фазні напруги джерела – це напруги між початками та кінцями фаз; вони відрізняються від е.р.с. на величину падіння напруги в обмотках. Якщо опором обмотки можна знехтувати, то фазні напруги джерела будуть дорівнювати відповідним е.р.с. Якщо можна знехтувати опорами проводів, то фазні напруги в споживачі будуть таким ж, як і в джерелі.
Різниця потенціалів між кожною парою лінійних проводів називається лінійною напругою (UАВ, UВС, UСА).
Встановимо співвідношення між лінійними і фазними значеннями напруги при симетричному навантаженні і з’єднанні обмоток генератора зіркою. Так як кінець першої фази Х з’єднаний не з початком другої фази, а з її кінцем Y, то миттєве значення лінійної напруги між проводами А і В дорівнює не сумі, а різниці відповідних фазних напруг:
Лінійні напруги можливо визначити графічно за допомогою векторної діаграми (рис.39).
З векторної діаграми видно, що при прямій послідовності фаз зірка векторів лінійних напруг випереджає на 30° зірку векторів фазних напруг.
Для симетричної системи з’єднання фазних обмоток генератора зіркою, лінійна напруга в √3 раз більше фазної напруги
Uл = √3∙Uф
При з’єднанні зіркою в точках переходу від джерела в лінію і від лінії до споживача відсутні розгалуження, тому фазні і лінійні струми однакові між собою в кожній фазі.
Іл = Іф
З’єднання трикутником при симетричному навантаженні.
При з’єднанні обмоток трифазного генератора трикутником кінець першої обмотки х з’єднується з початком другої обмотки В, кінець другої обмотки у з’єднаний з початком третьої обмотки С і кінець третьої обмотки z – з початком першої А.
При з’єднаний трикутником з трьох обмоток джерела утворюється замкнутий на себе контур (рис.40).
З Рис.40 видно, що для цього випадку з’єднання обмоток, фазні напруги дорівнюють лінійним.
Uл = Uф
Кожна фаза приймача при з’єднанні трикутником знаходиться під лінійною напругою. Цим обумовлена наявність в приймачі фазних струмів ІАВ; ІВС; ІСА.
Точки А´, В´, С´ приймача, так само як і точки А, В, С джерела являються електронними вузлами, тому фазні струми відрізняються від лінійних ІА; ІВ; ІС.
За першим законом Кірхгофа:
При симетричному навантаженні струми у всіх фазах однакові. Зірка векторів лінійних струмів зсунута відносно фазних струмів на 30° проти обертання векторів, якщо послідовність фаз пряма (рис.41)
З векторної діаграми (рис.41) видно, що при рівномірному навантаженні фаз лінійний струм більше фазного в √3 раз.
Іл = √Іф
Потужність трифазного струму.
При симетричній системі напруг та рівномірному навантаженні фаз споживача потужність трьох фаз визначається з рівнянь:
Враховуючи, що при з’єднанні зіркою:
; Іл = Іф
а при з’єднанні трикутником:
; Uл = Uф
потужності можна визначити через лінійні величини напруг і струмів:
Розрахунок кіл трифазного струму з рівномірним навантаженням проводять для однієї фази.
У випадку нерівномірного навантаження необхідно використовувати для розрахунків символічний метод (комплексні числа).