Однофазные электрические цепи переменного тока

Основные понятия и определения

Широкое применение в электрических цепях находят периодические ЭДС, напряжения и токи.

Периодические величины изменяются во времени по значению и направлению, причем эти изменения повторяются через некоторые промежутки времени Т, называемые периодом.

На практике подавляющее большинство промышленных источников переменного тока (генераторы электростанций) создают ЭДС, изменяющуюся по синусоидальному закону.

Преимущества такого закона:

а) простота получения;

б) напряжение легко трансформируется;

в) синусоидальная функция является единственной, которая в процессе интегрирования и дифференцирования не меняет своей формы и в процессе передачи и преобразования (в процессе трансформации) напряжения временная зависимость остается неизменной, т.е. синусоидальной.

Любая периодическая величина, изменяющаяся по синусоидальному закону, имеет ряд характерных параметров:

1. период — Т [c];

2) частота — f [Гц] .

Величина обратная периоду называется частотой:

.

Частота для всех электроустановок строго нормируется:

— для наземных систем — 50 (60)Гц;

— в авиации — 400Гц;

— космические летательные аппараты — 1000Гц.

Увеличение частоты позволяет уменьшить габариты электроустановок.

3) Циклическая частота — ω=2πf.

Для частоты 50Гц циклическая частота ω=2*3,14*50=314рад/с или 1/с.

4) Мгновенное значение — значение периодически изменяющейся величины в рассматриваемый момент времени.

Мгновенные значения обозначают — e, i, u.

5) Амплитудное значение

Максимальное значение или амплитуду ЭДС, напряжения и тока обозначают — E_m, U

_m, I_m.

6) Действующее значение

Действующее значение ЭДС, напряжения и тока обозначают — E, U, I.

Для количественной оценки синусоидального тока, который в течение времени непрерывно, периодически изменяется, используют значение постоянного тока, эквивалентное значению переменного тока по совершаемой работе. Такое значение будет действующим для синусоидального тока.

Действующим (или эффективным)значением синусоидального тока называют такое значение постоянного тока, при протекании которого в одном и том же резисторе с сопротивлением

R за время одного периода Т выделятся столько же тепла, сколько при прохождении синусоидальнего тока.

При синусоидальном токе:

i=I_msinωt

количество теплоты, выделяемое в резисторе R за время Т равно:

,

а при постоянном токе

.

Согласно определению Q_≈=Q_— , тогда

, .

Таким образом действующее значение синусоидального тока I

является его среднеквадратичным значением за период Т

Действующее значение переменного тока обозначается как постоянный ток и в раз меньше чем его амплитуда.

Аналогично

.

Большинство электроизмерительных приборов работают на тепловом или электродинамическом эффекте, поэтому они всегда показывают действующее значение. Основные расчеты электроцепей синусоидального тока проводятся по действующим значениям. Для несинусоидальных величин эти соотношения будут другими.

7) Среднее значение

Среднее значение синусоидальной величины это ее среднеарифметическое значение. Однако, если определять среднее значение синусоидальной величины за период

Т, то оно будет равно нулю, так как положительная и отрицательная полуволны синусоидальной кривой совпадают по форме. Поэтому среднее значение определяют за полпериода.

За среднее значение синусоидального тока принимают такое значение постоянного тока, при котором за полпериода переносится такой же электрический заряд, что и при синусоидальном токе:

,

,

/

Таким образом, среднее значение меньше действующего.

Изображение синусоидальных величин в прямоугольных координатах

В общем случае синусоидальные величины (рис.1), могут быть записаны:

e=E_msin(ωt+ψ_e)

u=U_msin(ωt+ψ_u),

i=I_msin(ωt+ψ_i),

где e,u,i — мгновенные значения ЭДС, напряжения и тока;

E_m,U_m,I_m — амплитуды ЭДС, напряжения и тока.

(ωt+ψ_e) — фазовый угол;

ψ_e, ψ_u, ψ_i — начальные фазы ЭДС, тока и напряжения.

На практике чаще имеют место случаи, когда электрические величины не совпадают по фазе.

Из рис. 1 видно, что напряжение опережает ток на угол ψ_u-ψ_i . Разность фазовых углов называется разностью или сдвигом фаз.

φ=ψ_u-ψ_i — разность фаз между напряжением и током.

При этом пользуются правилом: начальные фазы расположенные по левую сторону от начала координат имеют положительные значения, а по правую отрицательные.

Если угол φ >0, то ток отстает от напряжения по фазе. Если φ<0, то ток опережает напряжение по фазе.

При сложении двух синусоидальных величин (одинаковой частоты), изображенных в прямоугольных координатах, необходимо сложить ординаты для ряда значений угла ωt и по точкам построить суммарную синусоиду. Получается новая амплитуда, новый фазовый сдвиг, причем:

I_m ≠ I_m1 + I_m2;

φ_i≠ φ_i1+ φ_i2.

Такой расчет является трудоемким и имеет недостаточную точность.

Векторное изображение синусоидальных величин

Рис.2

Наиболее просто складывать синусоидальные величины, представив их вращающимися векторами (рис.3).

Рис.3

В плоскости с осями ОX и ОY рассмотрим вращающийся с постоянной скоростью, равной угловой частоте ω, вектор

ОА, длина которого равна амплитуде синусоидальной ЭДС, т.е. .

Мгновенное значение ЭДС описывается известным соотношением:

e=E_msin(ωt+ψ_e).

За положительное направление вращения принимают направление против часовой стрелки, а угол поворота отсчитывают от оси ОX. В начальном положении (при t=0) вектор ОА повернут по отношению к оси OX на угол ψ_e

Построим проекцию вектора ОА на ось OY, которые изменяются по мере поворота вектора на угол ωt по отношению к начальному положению. В начальном положении (при

t=0) проекция ОА₀= E_msinψ_e=e₀, т.е. равна мгновенному значению ЭДС при t=0.

Через некоторое время (t=t₁) вектор ОА будет повернут на угол ωt₁ и составлять с осью ОX угол (ωt₁+ψ_e). Проекция его на ось OY :

ОА₁= E_msin(ωt₁+ψ_e)=e₁, т.е. равна мгновенному значению ЭДС при t=t₁.

При t=t₂ вектор ОА совпадает с осью OY и его проекция ОА₂= E_m= e₂. При дальнейшем вращении вектора АО его проекции на ось YO начнут уменьшаться, затем станут отрицательными и т.д.

Таким образом, проекции на ось OY вектора, вращающегося с постоянной скоростью ω и имеющего длину, равную амплитуде ЭДС, изменяются по синусоидальному закону, т.е. представляют собой мгновенные значения синусоидальной ЭДС. Следовательно, справедливо и обратное: если имеем синусоидальную величину. то ее можно представить вращающимся вектором.

Правила построения векторных диаграмм

1. Любую синусоидально изменяющуюся во времени величину (ЭДС, напряжение, ток) можно представить в виде вращающегося вектора, длина которого равна амплитуде, а угловая скорость угловой частоте этой синусоидальной величины.

2. Начальное положение вращающегося вектора определяется углом, равным начальной фазе синусоидальной величины и откладываем от положительного направления оси O в сторону, противоположную вращению часовой стрелки.

3. В одних и тех же осях можно представить векторы всех ЭДС, действующих в данной цепи, напряжений на всех участках данной цепи и токов во всех ее ветвях (в заданных масштабах).

4. Так как синусоидальные величины имеют одинаковую частоту, то изображающие их векторы вращаются с одинаковой скоростью. Их взаимное положение на плоскости, относительно друг друга, остается неизменным. Поэтому на практике векторы не вращают, а строят их, соблюдая углы между векторами (углы сдвига фаз).

5. Отказавшись от вращения вектора можно строить векторы не только максимальных, но и действующих значений.

6. Вектора можно складывать, по правилу параллелограмма, получив при этом суммарный вектор (рис. 4).

Рис.4

7. В связи с отсутствием необходимости вращения нас интересует только взаимное расположение векторов, один из которых можно строить по направления оси OX, остальные вектора направляются относительно этого вектора (рис.5).

Например, если к элементам электрической цепи подается переменное напряжение u=U_msin(ωt+ψ_u), то возникнет переменный ток i=I_msin(ωt-ψ_i). В этом случае ток отстает от напряжения по фазе на угол φ=ψ_u-ψ_i. Начальные фазы ψ_u и ψ_i на векторной диаграмме не изображают, так как взаимное положение векторов определяется полностью разностью фаз — φ. Принимаем начальную фазу тока равную нолю (ψ_i=0), тогда начальная фаза напряжения ψ_u равна сдвигу фаз — φ.

Рис.5

Графический метод расчета является грубым неточным. На практике переходят к точным математическим методам расчета на основе теории комплексных чисел.

Понятия о комплексных числах

Комплексная плоскость — прямоугольная системе координат, на которой по одной оси откладываются вещественные числа +1, на другой (перпедикулярной) — мнимые числа +j.

Здесь j= — мнимая единица.

Действия с мнимой единицей:

1) j²=-1; 2)

Любую точку на комплексной плоскости можно охарактеризовать комплексным числом. Известно, что комплексное число С имеет вещественную Re и мнимую Im составляющие.

Алгебраическая форма записи комплексного числа:

С=а+jв,

где а= Аcosα – реальная часть комплексного числа,

в= Аsinα – мнимая часть, γ=arctg — фаза,

с= — модуль комплексного числа.

Тригонометрическая форма записи комплексного числа:

С=с(cosγ+jsinγ).

Показательная форма записи комплексного числа:

, где — оператор поворота (поворотный множитель).

cosγ + jsinγ = — формула Эйлера.

Частные случаи:

Для γ= π/2 ;

γ= -π/2 ;

γ= π .

Тригонометрическая форма записи служит для перехода из алгебраической формы в показательную и наоборот.

ОДНОФАЗНЫЙ ТОК — это… Что такое ОДНОФАЗНЫЙ ТОК?

ОДНОФАЗНЫЙ ТОК

ОДНОФАЗНЫЙ ТОК

(Single phase current) — переменный ток, вырабатываемый однофазным генератором и состоящий из одной только цепи в отличие от многофазного тока, состоящего из нескольких цепей различной фазы.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

• ОДНОТИПНЫЕ КОРАБЛИ
• ОДНОЯКОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Смотреть что такое «ОДНОФАЗНЫЙ ТОК» в других словарях:

• ОДНОФАЗНЫЙ ТОК — ОДНОФАЗНЫЙ ТОК …   Большая политехническая энциклопедия

• однофазный ток — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN single phase current …   Справочник технического переводчика

• однофазный ток — vienfazė srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. single phase current vok. Einphasenstrom, m rus. однофазный ток, m pranc. courant monophasé, m …   Automatikos terminų žodynas

• однофазный ток — vienfazė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. single phase current vok. Einphasenstrom, m rus. однофазный ток, m pranc. courant monophasé, m …   Fizikos terminų žodynas

• однофазный ток (амер.) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN alternating current …   Справочник технического переводчика

• ТОК ОДНОФАЗНЫЙ — переменный ток в системе, представляющей собой одну электрическую цепь, питаемую источником с одной ЭДС …   Большая политехническая энциклопедия

• однофазный коллекторный двигатель с шунтовой характеристикой — однофазный коллекторный двигатель с шунтовой характеристикой; однофазный шунтовой двигатель Однофазный коллекторный двигатель, обмотка статора которого присоединена к источнику электрической энергии, а щетки коллектора замкнуты накоротко… …   Политехнический терминологический толковый словарь

• однофазный шунтовой двигатель — однофазный коллекторный двигатель с шунтовой характеристикой; однофазный шунтовой двигатель Однофазный коллекторный двигатель, обмотка статора которого присоединена к источнику электрической энергии, а щетки коллектора замкнуты накоротко… …   Политехнический терминологический толковый словарь

• Однофазный двигатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока. Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным. Однофазный… …   Википедия

• Электрическая сеть — Высоковольтная линия электропередачи Электрическая сеть совокупность электроустановок предназначенных для передачи и распределения электроэнергии …   Википедия

Электротехника и электроника. Лекция № 4. Основы однофазных электрических цепей переменного тока

Кубанский государственный технологический университет
Кафедра компьютерных технологий и информационной безопасности
Учебная дисциплина
Электротехника и электроника
Лекция № 4
Основы
однофазных электрических цепей
переменного тока
Учебные вопросы:
1. Гармонические колебания. Основные понятия и определения.
2. Интегральные оценки гармонических (синусоидальных)
колебаний
3. Способы представления гармонических колебаний.
4. Особенности символического метода анализа цепей
переменного тока
Литература:
Литература
1. Зевеке Г.В., Ионкин А.В., Нетушил А.В.,Страков С.В. Основы теории цепей:
Учебник для вузов, — М.: Энергоатомиздат, 1999 г, с. 61 –84.
2. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории электрических цепей и
электроники: Учебник для вузов, — М.: Радио и связь, 1999 г, с. 37 –54.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учебник для вузов, М.: Высшая школа, 2003 г, с. 37 –83.
1. Гармонические колебания. Основные понятия и определения
Гармоническим колебанием называют колебания,
изменяющиеся по синусоидальному или косинусоидальному
закону
u (t ) U m cos( t u )
i (t ) I m sin( t i )
u(t)
i(t)
Im
u>0
Um
Т
3Т
2Т
Параметры гармонических колебаний
Im,Um – амплитуда тока или напряжения (Im,Um ) = const
( t+ I),( t+ u) – полная фаза (фазовый угол), фаза, рад
d ( t u )
dt
Угловая частота,
рад/с.
t
2
Т
f
1
, Гц
Т
2 f
При совместном рассмотрении двух гармонических колебаний одинаковой
частоты разность их фаз, равную разности их начальных фаз обычно
называют сдвигом фаз и обозначают или .
u (t ) U m cos( t u )
0
i (t ) I m sin( t i )
u i
2
Колебания синфазные (совпадают по фазе)
Колебания противофазные
Колебания находятся в квадратуре
0, т.е. u i
Напряжение опережает ток
по фазе
Напряжение отстает от
0, т.е. u i
тока по фазе
Для питания различных электроэнергетических установок в России принята
промышленная частота f = 50 Гц. В качестве источников гармонических
колебаний промышленной частоты используются электромашинные генераторы
f p p n / 60
где pp число пар полюсов ротора,
(об.мин) – скорость вращения ротора.
n–
2. Интегральные оценки гармонических (синусоидальных)
колебаний
В практической электротехнике для оценки прежде всего
энергетических возможностей переменного тока вводятся понятия
действующего (среднеквадратического) и среднего значения
переменного тока за период.
Определение 1. Действующим (его также называют
эффективным или среднеквадратическим)
значением
периодического тока i(t) называют такой постоянный ток
I, который в одном и том же сопротивлении R за время
одного периода Т тока i(t) выделяет равное с переменным
током количества тепла
Т
0
I
1
T
T
T
0
0
p (t ) dt R i 2 (t ) dt R i 2 (t ) dt R T I 2
T
Действующее значение
0
переменного тока
(напряжения)
2
i
(t )dt
U
1
T
T
2
u
(t )dt
0
i(t)
Im
I2
I
I2m
t
2Т
Т
0,707IIm
II==0,707
m
Установим связь между действующим значением I и амплитудой Im для
тока i(t)
T
I
1 2
i (t ) dt
T 0
T
1
2
2
I
sin
( t i ) dt
m
T 0
T
T
I m2
dt cos 2( t i ) dt
T 0
0
Im
I
2
I 0,707 I m
I m2
T
T
1
0 2 1 cos 2( t i ) dt
I m2
Im
0,707 I m
2
2
Um
U
U 0,707U m
2
Em
E
2
Пример: Пусть действующее значение напряжения U = 220 В, в этом
случае амплитуда этого напряжения Um = 2·220 = 311 В.
Действующее (или эффективное) значение переменного тока –
это значение переменного тока, эквивалентное постоянному току
по тепловому воздействию
Действующие значения синусоидальных токов, напряжений и
ЭДС
измеряются
приборами
электромагнитной
и
электродинамической систем.
При расчете электрических цепей переменного тока и их
исследованиях чаще всего пользуются действующими
(эффективными) значениями тока, напряжения и ЭДС.
Среднеe значение переменного тока эквивалентно постоянному
току по количеству электричества Q, проходящему через
поперечное значение проводника за определенный промежуток
времени
Определение 2. Средним значением IСР периодического тока i(t)
называют среднее значение тока за положительный полупериод,
совпадающее со средним значением по модулю.
U CР
2
Т
Т /2
0
2
u (t )dt
T
T /2
0
2U m
U m sin( t u )dt
0,637 U m
Средние значения синусоидальных токов, напряжений и ЭДС
измеряются приборами магнитоэлектрической систем
совместно с выпрямительными устройствами.
FСР
1
Т
Т
f (t )dt
0
Для
гармонически
изменяющихся
токов
и
напряжений среднее значение за период равно
нулю, так как площадь за период равна нулю.
I CP 0,637 I m
f(t)
t
U CP 0,637 U m
ECP 0,637 Em
Отклонения кривых периодических токов и напряжений от
синусоидальной формы характеризуется коэффициентом
амплитуды КА и коэффициентом формы КФ
Im Um
KA
I
U
u(t)
KФ
I
I СР
U
U СР
u (t ) I m sin( t i ) 31,4 sin( t i )
Um
U m 31,4
KA
1,41
U
22,2
t
U 0,707 U m 0,707 31,4 22,2 B
U CP 0,637 U m 0,637 31,4 20,0 B
U
22,2
KФ
1,11
U СР
20
Определим мгновенную мощность гармонического колебания в пассивном
линейном двухполюснике.
1
p(t ) u (t ) i (t ) U m sin( t u ) I m sin( t i ) U m I m cos( u i ) cos(2 t u i )
2
U I
m m cos( u i ) cos( 2 t u i ) U I cos( ) U I cos(2 t u i )
2 2
Постоянная
составляющая
Переменная
составляющая
Мгновенная мощность положительна, когда ток и напряжение имеют
одинаковые знаки (энергия поступает от источника в нагрузку), и
отрицательна если знаки напряжения и тока разные (энергия возвращается
источнику).
Определим среднюю мощность гармонических колебаний
1
P
T
T
0
T
1
p (t )dt UI cos( ) UI cos(2 t u i ) dt
T0
T
T
UI
UI
cos( ) dT
cos(2 t u i )dt U I cos( )
T
T 0
0
В пассивных электрических цепях Р > 0, разность фаз — /2
Р Вт

3. Способы представления гармонических колебаний.
Гармонические колебания можно представить различными способами:
функциями времени (временное представление), вращающимися векторами
(векторное представление), комплексными числами, амплитудными и
фазовыми спектрами (спектральное представление).
j
I m3
Im3
I m1 sin 1 I m 2 sin 2
3 arctg
I m1 cos 1 I m 2 cos
Im2
2 3
1
Im1
+1
Наиболее распространенными являются
представление гармонических колебаний с
помощью комплексных чисел
Мнимая часть
i (t ) I m e
I m I me
I m2 1 I m2 2 2 I m1 I m 2 cos( 2 1 ) ;
j ( t i )
j i
j t
Im I m e
I m cos( t i ) jI m sin( t i )
Комплексная амплитуда
тока
Im
1
j t Действительная
Re I m e
часть
Тригонометрическая форма записи комплексных чисел
U x jy r cos( ) j sin( )
x r cos( )
y r sin( )
Показательная (экспоненциальная) форма записи комплексных чисел
U a jb r e
j
r exp( j )
arctg
r a jb 0
2
u (t ) U m cos( t ) jU m sin( t ) U m e
2
j ( t )
U
j t
U me
e
j
b
a
U m e j t
U m U m j
e U e j
2
2
Комплексное действующее
значение
Комплексная форма записи законов Ома и Кирхгофа
Im
Um
Z
;I
U
Z
n
I
k 1
mk
0
n
I
k 1
k
0
n
Z
k 1
k
n
I k Ek
k 1
Пример: Представить комплексный ток,
I ( 4 j 3) A
заданный в алгебраической форме
в тригонометрической и показательной формах записи
Р е ш е н и е.
Действующее значение тока (модуль комплексного тока)
I
4 2 32
16 9
25 5 A
Аргумент комплексного тока
tg i 3
4
0,75
i 36 50 /
i arctg ( 3 4 )
Тригонометрическая форма записи комплексного тока
I (4 j 3) I (cos i j sin i ) 5(cos 36 50 / j sin 36 50 / ) A
Показательная форма записи комплексного тока
I (4 j 3) I exp( j i ) I e
j i
5 exp( j 36 50 ) 5 e
/
j 36 50 /
A
4. Особенности символического метода анализа
цепей переменного тока
При расчетах электрических цепей переменного тока широко
используется метод комплексных амплитуд (составляющий основу
символического метода анализа)
I m Im e
j i
I I e
j i
U m Um e
j u
U U e
j u
При таком подходе методы расчета ЭЦ переменного тока
аналогичны методам расчета ЭЦ постоянного тока.
Записи соответствующих уравнений, составленных по
законам Ома и законам Кирхгофа одинаковы по форме для
ЭЦ однофазного переменного тока и постоянного тока
j u
U e
U
j ( u i )
j
Z
e
Z e
j i
I
I
e
I
U
Рассмотрим пример использования символического
метода анализа для цепи переменного тока
i(t)
u(t)
L
uL(t)
uC(t)
iC(t) R
uR(t)
C
Система уравнений для мгновенных
значений i(t) и u(t)
i iR iC 0
di 1
L
idt u
dt C
1
R iR idt 0
C
jXL
iR(t)
I
UL
U
UR
UC
R
-jXC
Система уравнений для
комплексных действующих
значений токов и напряжений
Переход к
символическому
методу записи
I IR IC 0
jX L I jX C I C U
R I R jX C I C 0
Задание на самостоятельную работу
Литература:
Литература
1. Зевеке Г.В., Ионкин А.В., Нетушил А.В.,Страков С.В. Основы
теории цепей: Учебник для вузов, — М.: Энергоатомиздат, 1999 г, с. 61 –
84.
2. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории
электрических цепей и электроники: Учебник для вузов, — М.: Радио и
связь, 1999 г, с. 37 –54.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учебник для вузов, М.: Высшая школа, 2003 г, с. 37 –83.

Однофазные цени синусоидального тока: основные определения

Основные определения

Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени.

Для периодического переменного тока его значения повторяются через одинаковые промежутки времени, т.е. . Здесь период — наименьший промежуток времени, через который значение переменного тока повторяется или промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание.

Как известно, синусоида является простейшей периодической функцией. Несинусоидальные периодические функции могут быть разложены в бесконечный ряд синусоид кратной частоты. Поэтому при изучении процессов в цепях переменного тока в первую очередь необходимо изучить особенности цепей синусоидального тока.

К синусоидальным функциям можно причислить и косинусоидальные функции, так как косинусоида может рассматриваться как сдвинутая синусоида. Колебания, выражаемые этими функциями, будем называть гармоническими. Рассмотрим основные понятия, характеризующие синусоидальную функцию, например синусоидальный ток.

Электрическая цепь синусоидального тока — электрическая цепь, в которой действуют ЭДС, напряжения и токи, изменяющиеся во времени по синусоидальному закону.

Синусоидальный ток — переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону. Синусоидальные или гармонические величины математически описываются функциями вида:

Здесь — максимальное значение тока или амплитуда, — фаза тока (аргумент синусоидальной функции), — начальная фаза тока (значение фазы в момент времени ), -частота (число колебаний в 1 секунду), — скорость изменения аргумента, называемая угловой частотой (число колебаний, совершаемых за секунд). Фазу и начальную фазу измеряют в градусах или в радианах, частоту — в герцах.

Значение функции в данный момент времени называется мгновенным значением и по соглашению обозначается строчной буквой, амплитуда обозначается прописной буквой с индексом .

При изображении синусоидальных функций на временных диаграммах удобно по горизонтальной оси откладывать не время , а величину в радианах (рис. 2.1). Начальная фаза определяется смещением начала периода синусоиды по горизонтали относительно начала координат. За начало периода считают момент времени, в который синусоида проходит через нулевое значение, после которого она положительна. При смещении начала периода влево начальная фаза , при смещении вправо — . На рис. 2.1 .

Действующее значение синусоидального тока. Действующим (эффективным) значением периодического переменного тока называется такой постоянный ток, при котором в сопротивлении выделяется за период то же количество энергии, что и при переменном токе.

Энергия, выделяющаяся в сопротивлении при переменном токе за бесконечно малый промежуток времени ,

а за время, равное периоду переменного тока,

Приравняв выражение (2.3) количеству тепла , выделяющемуся в том же сопротивлении при постоянном токе за то же время , получим:

Преобразовав выражение (2.4) получим действующее значение тока

Если ток то

С учетом того, что и действующее значение синусоидального тока

Таким образом, действующее значение синусоидального тока меньше его амплитуды в раз, т.е. .

Аналогично определяются действующие значения других синусоидальных величин, например, синусоидальной ЭДС и синусоидального напряжения . Понятие действующего значения очень широко используется в цепях переменного тока. Большинство измерительных приборов градуируются в действующих значениях. Технические данные электротехнических устройств указываются в действующих значениях.

В записи для действующих значений по соглашению используют прописные буквы без индекса, например, действующее значение тока или действующее значение напряжения .

Среднее значение синусоидального тока. Среднее значение периодической функции за период определяется по формуле

Отсюда видно, что среднее за период значение равно высоте прямоугольника с основанием , площадь которого равна площади, ограниченной функцией и осью абсцисс за один период.

В случае гармонического сигнала среднее значение за период равно нулю. Поэтому в электротехнике за средние значения синусоидального тока, напряжения и ЭДС принимают их среднеарифметические значения за положительный полупериод. Если ток , то среднее значение тока

Аналогично определяется среднее значение синусоидального напряжения и среднее значение синусоидальной ЭДС .

Сдвиг фаз. Сдвигом фаз (фазовым сдвигом) называют разность начальных фаз двух синусоидальных колебаний одинаковой частоты . Сдвиг фаз показывает, на какую часть периода или па какой промежуток времени одна синусоидальная величина достигает начала периода раньше другой величины.

Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:

Помощь по электротехнике

Возможно эти страницы вам будут полезны:

ПУЭ, глава 1.7: терминология, часть 1: y_kharechko — LiveJournal

Рассмотрим терминологию главы 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» ПУЭ 7-го изд., которая действует с 1 января 2003 г.

ПУЭ: «1.7.5. Глухозаземленная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.
1.7.6. Изолированная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств».
Определения терминов в п. 1.7.5 и 1.7.6 имеют ошибки и недостатки.
Во-первых, в п. 1.7.5 использовано словосочетание «однофазный переменный ток», что является грубой ошибкой. Согласно ГОСТ Р 52002–2003 «Электротехника. Термины и определения основных понятий» электрический ток может быть переменным, постоянным, пульсирующим, синусоидальным. Однофазными могут быть электрические системы, сети, установки, цепи и электрическое оборудование.
Во-вторых, в определении п. 1.7.5 указаны сети. Однако более правильно говорить об электрических системах (см. https://y-kharechko.livejournal.com/62252.html ).
В-третьих, в первых частях обоих определений сказано о нейтрали. Однако источники питания переменного тока могут быть однофазными. Тогда в соответствии со второй частью определения в п. 1.7.5 речь должна идти об их выводах. То есть глухозаземлённую нейтраль многофазного источника питания неправомерно отождествили с глухозаземлёнными выводами однофазного источника переменного тока и источника постоянного тока.
В-четвёртых, в низковольтных однофазных трёхпроводных системах глухозаземлённой нейтралью является средняя часть однофазного источника переменного тока, находящаяся под напряжением. Однако в п. 1.7.5 указана только средняя точка сети постоянного тока.
В-пятых, при соединении обмоток трёхфазного источника питания переменного тока треугольником у него не будет нейтрали. У такого источника питания заземляют вывод, представляющий собой часть, находящуюся под напряжением. Однако в п. 1.7.5 об этом ничего не сказано.
В-шестых, в стандартах Международной электротехнической комиссии (МЭК) для электрических систем постоянного тока вместо понятия «нейтраль» используют понятие «средняя точка». Поэтому из определения термина «глухозаземлённая нейтраль» следует исключить упоминание об электрических системах постоянного тока.
Указанные ошибки и недостатки обусловлены тем, что в ПУЭ не определён термин «нейтраль». В документах МЭК вместо него используют термин «нейтральная точка», который определён в стандарте МЭК 60050-195 «Международный электротехнический словарь. Часть 195. Заземление и защита от поражения электрическим током» следующим образом: общая точка многофазной системы, соединённой звездой, или заземлённая средняя точка однофазной системы.
Международное определение имеет существенный недостаток, так как в нём указана заземлённая средняя точка. Однако нейтральной точкой является любая средняя точка однофазной электрической системы, в том числе, изолированная от земли. Кроме того, в электрических системах, сетях, установках и цепях заземляют конкретные проводящие части, а не точки. Поэтому в нормативной документации, распространяющейся на указанные объекты, следует применять термин «нейтраль», который можно определить в главе 1.7 так:
нейтраль: Общая часть многофазного источника переменного тока, соединённого звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазного источника переменного тока, находящаяся под напряжением.
В главе 1.7 можно также использовать определение термина из п. 20.33 ГОСТ 30331.1 (см. http://y-kharechko.livejournal.com/4077.html , http://y-kharechko.livejournal.com/7044.html ), сформулированное в общем виде:
«нейтраль: Общая часть многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазной системы переменного тока, находящаяся под напряжением».
Термины «глухозаземлённая нейтраль» и «изолированная нейтраль» в главе 1.7 целесообразно определить следующим образом:
глухозаземлённая нейтраль: Непосредственно заземлённая нейтраль;
изолированная нейтраль: Нейтраль, изолированная от земли или заземлённая через большое сопротивление.
У многофазного источника питания нейтрали может не быть, а в однофазной двухпроводной электрической системе нейтрали нет. Поэтому термины «глухозаземлённая нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение. Низковольтные электрические системы более правильно классифицировать по типам заземления системы (см. https://y-kharechko.livejournal.com/62252.html ).
В стандарте МЭК 60050-195 определён термин «средняя точка»: общая точка между двумя элементами симметричной цепи, противоположные концы которых электрически присоединены к различным линейным проводникам той же цепи.
Согласно этому определению один из элементов электрической цепи, которым обычно является источник питания, может иметь среднюю точку.
Требованиями стандарта МЭК 60364-1 «Низковольтные электрические установки. Часть 1. Основополагающие принципы, оценка основных характеристик, определения» и разработанного на его основе ГОСТ 30331.1 установлено, что в электрической системе постоянного тока к средней точке присоединяют средний проводник. В однофазной электрической системе переменного тока средняя точка является нейтральной точкой, к которой присоединяют нейтральный проводник.
Поскольку в электрических системах, сетях, установках и цепях заземляют конкретные проводящие части, в нормативной документации, распространяющейся на эти объекты, следует применять термин «средняя часть». Для главы 1.7 можно рекомендовать следующее определение этого термина:
средняя часть: Общая проводящая часть между двумя элементами симметричной электрической цепи, противоположные концы которых электрически присоединены к различным линейным проводникам той же самой цепи.

ПУЭ: «1.7.7. Проводящая часть – часть, которая может проводить электрический ток».
Определение термина «проводящая часть» такое же, как в стандарте МЭК 60050-195. Его можно использовать в ПУЭ или заменить определением из п. 20.51 ГОСТ 30331.1:
«проводящая часть: Часть, способная проводить электрический ток».

ПУЭ: «1.7.8. Токоведущая часть − проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник (но не РЕN-проводник)».
Название и определение термина имеет ошибки и недостатки.
Во-первых, в определении термина упомянута проводящая часть электроустановки. Однако проводящая часть является элементом электрооборудования, совокупность которого образует электроустановку.
Во-вторых, в определении сказано о рабочем напряжении, которое не определено в главе 1.7. Поэтому слово «рабочее» из рассматриваемого определения следует исключить. В определении термина также целесообразно говорить не о «процессе ее работы», а о нормальных условиях оперирования электроустановки.
В-третьих, в определении использован устаревший термин «нулевой рабочий проводник», который в современной нормативной документации заменён термином «нейтральный проводник».
В-четвёртых, нулевой рабочий проводник и РЕN-проводник применяют в электрических системах переменного тока. Поэтому определение рассматриваемого термина нельзя использовать для электрических систем постоянного тока.
В-пятых, термин «токоведущая часть» в национальной нормативной документации постепенно заменяют термином «часть, находящаяся под напряжением».
Термин «часть, находящаяся под напряжением» определён в стандарте МЭК 60050-195 следующим образом: проводник или проводящая часть, предназначенная находиться под напряжением при нормальном оперировании, включая нейтральный проводник, но, по соглашению, не PEN-проводник или PEM-проводник, или PEL-проводник. В примечании к определению термина указано, что эта концепция не обязательно подразумевает риск поражения электрическим током.
Международное определение имеет недостатки. В нём упомянуты и проводник, который представляет собой частный случай проводящей части, и сама проводящая часть. Поэтому термин «проводник» нужно исключить из рассматриваемого определения. В определении указан PEM-проводник, который выполняет функции защитного заземляющего проводника и среднего проводника. Поэтому наряду с нейтральным проводником в определении должен быть упомянут средний проводник. В стандарте МЭК 61140 (см. http://y-kharechko.livejournal.com/17247.html ) использован ключевой термин «нормальные условия», которым следует заменить термин «нормальное оперирование».
Эти недостатки устранены в стандарте МЭК 61140. Определение термина «часть, находящаяся под напряжением» в нём приведено в соответствие определением этого термина в п. 20.90 ГОСТ 30331.1, которое следует использовать в главе 1.7:
«часть, находящаяся под напряжением: Проводящая часть, предназначенная находиться под напряжением при нормальных условиях, включая нейтральный проводник и средний проводник, но, как правило, не PEN-проводник, PEM-проводник или PEL-проводник.
Примечание – Данное понятие необязательно подразумевает риск поражения электрическим током».

ПУЭ: «1.7.9. Открытая проводящая часть − доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции».
Определение в п. 1.7.9 отличается от следующего определения рассматриваемого термина в стандарте МЭК 60050‑195: проводящая часть оборудования, которой могут коснуться и которая обычно не находится под напряжением, но которая может оказаться под напряжением, когда повреждается основная изоляция.
Следовательно, открытая проводящая часть является проводящей частью электрооборудования, а не электроустановки.
Оба определения имеют общий недостаток. Вместо термина «нормальные условия» в них использованы слова «нормально» и «обычно».
В главе 1.7 следует использовать определение из п. 20.43 ГОСТ 30331.1, лишённое этих недостатков:
«открытая проводящая часть: Доступная прикосновению проводящая часть электрооборудования, которая при нормальных условиях не находится под напряжением, но может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции».

ПУЭ: «1.7.10. Сторонняя проводящая часть − проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки».
Термин «электроустановка» в п. 1.1.3 ПУЭ определён так: «совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии».
Это определение, неприемлемое для электроустановок зданий, на первый взгляд, хорошо характеризует электроэнергетические установки. Поскольку электроэнергетические установки включают в себя сооружения и помещения со всеми их проводящими частями, в них не может быть сторонних проводящих частей. Таким образом, в ПУЭ имеется терминологический конфликт, устранить который можно только посредством исключения из определения в п. 1.1.3 текста в скобках.
В стандарте МЭК 60050-195 термин «сторонняя проводящая часть» определён следующим образом: проводящая часть, не являющаяся частью электрической установки и обязанная представлять электрический потенциал, обычно электрический потенциал локальной земли. Это определение имеет один недостаток. Сторонние проводящие части находятся под электрическим потенциалом локальной земли только в нормальных условиях. При замыкании на землю их электрический потенциал может существенно отличаться от электрического потенциала локальной земли.
Указанный недостаток устранён в ГОСТ 30331.1. Поэтому в главе 1.7 следует использовать определение рассматриваемого термина из п. 20.74 ГОСТ 30331.1:
«сторонняя проводящая часть: Проводящая часть, которая не является частью электрической установки и в нормальных условиях находится под электрическим потенциалом локальной земли».

Продолжение см. https://y-kharechko.livejournal.com/62764.html , https://y-kharechko.livejournal.com/63208.html , https://y-kharechko.livejournal.com/63382.html , https://y-kharechko.livejournal.com/63605.html .

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Основные понятия и определения

Наиболее широкое применение в электротехнике и радиотехнике получили переменные напряжения и токи, являющиеся периодическими функциями времени. Электрические цепи, в которых ЭДС, напряжения и токи изменяются во времени по синусоидальному закону, называются цепями переменного синусоидального тока.

Основным преимуществом синусоидальных токов является то, что они позволяют наиболее экономично осуществлять производство, передачу, распределение и использование электрической энергии.

Основные понятия и определения

Синусоидальный ток представляет собой ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону.

, график изменения тока показан на рис. 3.1

Рис. 3.1

 

где:

I_m – максимальное значение тока, амплитуда;

Т – период, время за которое совершается одно полное колебание;

— частота колебаний в сек. [сек^-1][Гц];

— угловая частота [рад/сек][сек^-1]

— фаза, характеризует состояние колебания в данный момент времени;

j — начальная фаза, характеризует состояние в начальный момент времени.

На практике все источники переменного тока (генераторы электростанций) создают ЭДС, изменяющуюся по синусоидальному закону.

Действующим значением синусоидального тока называют такое значение постоянного тока, при прохождении которого в одном и том же резисторе R за время одного периода Т выделяется столько же теплоты, сколько и при прохождении синусоидального тока.

 

Т.о. действующее значение синусоидального тока является его среднеквадратичным значением. Вычислим интеграл под корнем:

Все приборы для измерения физических величин регистрируют действующие значения U и I. Аналогично для ЭДС и напряжения: ,

За среднее значение синусоидального тока можно принять такое значение постоянного тока, при котором за полпериода переносится такой же электрический заряд, что и при синусоидальном токе

Учитывая (3.1) получим:

подставим (3.5) ® (3.4), получим:

Аналогично для ЭДС и напряжения

Отношение действующего значения к среднему называется коэффициентом формы периодической кривой:

Коэффициент амплитуды – это отношение амплитуды периодически изменяющейся функции к её действующему значению. .

Для синусоидальной кривой k_ф=1.11, k_а= .

Узнать еще:

Основные понятия и термины Интепс

Автотрансформатор: трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что имеют общую часть.

АПВ: автоматическое повторное включение стабилизатора напряжения переменного тока после нормализации параметров, вызвавших выключение стабилизатора.

Байпас: функция в стабилизаторе напряжения переменного тока, позволяющая выполнить коммутацию входного напряжения механическим или электронным способом непосредственно на выход, минуя все функциональные блоки.

Дискретность установки выходного напряжения: величина изменения (шаг) выходного напряжения стабилизатора при установке конкретной величины выходного напряжения.

Дистанционный мониторинг: система сбора, регистрации, хранения и анализа небольшого количества ключевых параметров работы стабилизатора напряжения переменного тока с помощью проводной линии или мобильной телефонной сети.

Дисплей: устройство, предназначенное для визуального отображения информации о состоянии и параметрах работы стабилизатора напряжения переменного тока.

ДКРМ: динамический компенсатор реактивной мощности, устройство целенаправленное воздействующее на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии.

КЗ: короткое замыкание – режим работы стабилизатора напряжения переменного тока, при котором сопротивление его нагрузки практически равно нулю.

Класс защиты: под классом защиты понимается конструктивное исполнение корпуса стабилизатора, обеспечивающее защиту от доступа к опасным частям (опасным токоведущим и опасным механическим частям), попадания внешних твёрдых предметов и (или) воды внутрь оболочки.

Климатическое исполнение: совокупность значений внешних воздействующих факторов, которые во время эксплуатации стабилизатора напряжения переменного тока могут на него влиять.

Компьютерный интерфейс RS232: широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных применениях.

КПД: коэффициент полезного действия — характеристика эффективности стабилизатора напряжения переменного тока в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному стабилизатором.

КТВ: контроль трехфазного выхода, обеспечивающий подключение нагрузки трехфазных стабилизаторов только при  наличии напряжения на выходах всех трех однофазных стабилизаторов.

Микропроцессорная схема управления: функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор или микроконтроллер; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Микроконтроллер: это микропроцессорное устройство ориентированное не на производство вычислений, а на реализацию заданной функции управления.

Номинальная нагрузка: значение нагрузки стабилизатора напряжения переменного тока, указанное изготовителем, при котором он должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

Номинальное выходное напряжение: значение выходного напряжения стабилизатора напряжения переменного тока, указанное изготовителем, при котором он должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

Номинальное напряжение сети: значение напряжения сети, указанное изготовителем, при котором стабилизатор напряжения переменного тока должен работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

Номинальный диапазон входного напряжения: диапазон значений входного напряжения, указанный изготовителем, при котором стабилизатор напряжения переменного тока должен работать, являющийся исходным для отсчета отклонений.

Отклик на возмущение: время от момента выхода контролируемого параметра работы стабилизатора за пределы допустимого диапазона значений до обнаружения этого выхода системой управления стабилизатором.

Перегрузочная способность: разница между номинальным и максимально допустимым уровнями сигналов на входе или выходе системы.

Рабочий диапазон входного напряжения: диапазон значений входного напряжения, указанный изготовителем, ограничивающий допустимые пределы, при котором стабилизатор напряжения переменного тока должен работать.

Скорость реакции на возмущение сети: скорость реагирования системы управления стабилизатора на изменение входного напряжения (напряжения сети).

Стабилизатор-кондиционер: стабилизатор напряжения переменного тока, выходное напряжение на гальванически развязанном выходе которого снимается с вторичной изолированной и экранированной обмотки автотрансформатора.

Стабилизатор напряжения переменного тока: преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Точность регулирования: предельно допустимое отклонение выходного напряжения  стабилизатора от номинального.

Трансформатор: статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформатор разделительный: трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток с помощью двойной или усиленной изоляции, или между обмотками имеется заземленный металлический защитный экран.

Фильтр сетевой: фильтр, содержащий варисторный фильтр для подавления импульсных помех и LC-фильтр (индуктивно-емкостной) для подавления высокочастотных помех.

Фильтр сетевой трансформаторный: сетевой фильтр, содержащий разделительный трансформатор, обеспечивающий гальваническое разделение первичной и вторичной сети. 

Частота питающей сети: частота сети, указанная изготовителем стабилизатора напряжения переменного тока.

О фазах питания переменного тока

Что такое фазы?

Если вы посмотрите на бытовую электрическую мощность переменного тока через осциллограф, вы бы увидели синусоидальную волну:

Вы увидите, как электроэнергия повторяет свой «цикл». В домашнем хозяйстве мощность это происходит 50 или 60 раз за одну секунду. Если у нас больше, чем одна из этих синусоидальных волн немного смещена, мы называем каждую из них отдельной «фазой».

В простой модели, приведенной выше, это показывает, что электрическая мощность увеличивается до значение «+» 170 вольт, а затем падает обратно до нуля и меняется полярность на «-» 170 вольт.Фактическая мощность, которую мы можем получить от этого, составляет 120 вольт, это потому, что мы используем измерение среднеквадратичной мощности на маршруте (RMS). Узнайте, как рассчитать Мощность RMS здесь>

Эта идеальная форма волны, конечно, теоретически, потому что в действительности что переходные процессы, гармоники, индукторы, все емкостные эффекты делают свое дело, искажая форму волны. Волна приведенная выше форма — это однофазная и та мощность, которая у вас есть в домашнее хозяйство.Мощность увеличивается вверх и обратно до нуля и т. Д., Однако это не лучший вид мощности для передачи на большие расстояния. Инженеры выяснили, что мы можем получить больше энергии от генератора, если он разделен на три фазы. Как вы можете видеть ниже, три фазы создают почти постоянный поток мощности (аналогично мощности постоянного тока). Расчет мощности переменного тока, особенно трехфазное питание переменного тока требует сложных уравнений, поскольку оно описывает продвинутая физика.

Почему мы используем трехфазную систему питания Cегодня?

Лайонел Бартольд, пионер инженерных систем, описывает почему мы используем 3 фазы.Он исследовал другие системы в своей компании. PTI и пришел к выводу, что 3 фазы по-прежнему являются лучшим способом транспортировка переменного тока на короткие расстояния (HVDC лучше для больших расстояний).

Генераторы:

Трехфазные генераторы имеют катушки, расположенные под углом 120 градусов друг к другу, поэтому Для генераторов вполне естественно вырабатывать трехфазную мощность. Перед AC генераторы энергии нуждались в коммутаторе, чтобы исправить реверс мощности и сделать постоянный ток.

История:

Первый переменный ток был однофазным. Ипполит Pixii разработала первый генератор переменного тока, но рано изобретателям было сложно понять, как использовать созданную им силу, потому что мощность меняла бы каждый цикл. Большинство изобретателей считали кондиционер бесполезным для совсем немного времени. В 1870-х годах Отто Блати, Микса Дери и Кароли Зиперновски был пионером в использовании переменного тока в Будапеште, Венгрия.Они сделали циклы так быстро, что появились огни постоянно гореть. Они использовали трансформаторы что может изменить напряжение для передачи на большие расстояния. Уильям Стэнли усовершенствовал полезный трансформатор, когда зажег Грейт-Баррингтон. в 1886 г. Он использовал однофазный генератор Сименса.

Однофазное питание переменного тока оказалось полезным в 1886 году с демонстрацией Стэнли, однако у него была главная проблема, заключающаяся в том, что он не мог приводить в действие двигатели. AC двигатели нужно было «подтолкнуть», чтобы начать работу.Без хорошего мотора AC не мог конкурировать с с системами постоянного тока, которые уже находились в тяжелом состоянии. использование на фабриках, тележках и коммерческих здания.

Полифазная электроэнергия была решением этой проблемы. Происхождение о многофазном питании не ясно, как писали в Европе еще в 1882 году. Николе Тесла сегодня уделяется наибольшее внимание полифазности, однако в то время он был не единственным сторонником многофазных систем.

В 1888 году решение большой проблемы с двигателями появилось, когда Двигатели переменного тока, когда Галилео Феррарис изобрел многофазный асинхронный двигатель. Этот двухфазный электродвигатель может запускаться как двигатель постоянного тока. Тесла придумал свою версию 8 месяцев спустя и быстро заработал на продаже патенты на Westinghouse. С этого начались улучшения за несколько лет. Westinghouse использованные электростанции, такие как Эймс в Теллурайде для проверки 2-х фазных энергосистем.

Первые трехфазные системы:

Мы можем присвоить C.S. Bradley изобретение первых трех фаз. генератора в 1887 году, однако только в 1891 году мир увидел полную Функциональная 3-х фазная система питания. Франкфурт демонстрация, разработанная Добровольским, укрепила полезность Электропитание переменного тока и положило конец Войне токов.

Чарльз Стейнмец и Альберт Халл в исследовательской лаборатории GE экспериментировал с моноциклической мощностью переменного тока в 1908 и 1930-х годах, но пришли к такому же выводу, что 3 фазы были лучше.

С тех пор различные компании пытались экспериментировать с другими вариантами многофазного электроэнергии, однако это не оказывается рентабельным. Единственный система, которая действительно угрожает свергнуть доминирующую трехфазную систему, является HVDC. HVDC эффективно передает мощность на большие расстояния с одним сплошным кабелем вместо 3. Постоянный ток также может питать дома и экономия затрат, поскольку в проводниках используется только часть меди.Поскольку сырье продолжает дорожать, зарождается идея мира постоянного тока. чтобы выглядеть более привлекательно. Читать далее о будущее в DC с этой статьей IEEE>

Назад к основам электричества

Связанные темы:

Трансмиссия

М. Уилан
Фото / Графика:
Технический центр Эдисона

Источники:
Интервью с В.Kornrumpf. Технический центр Эдисона. 2013
Интервью с Томом Блалоком. Технический центр Эдисона. 2014
Интервью с Лайонелом Бартольдом. Технический центр Эдисона. 2011
Школа физики UNSW, Сидней, Австралия
Интервью в San Miguel Power Assc. Технический центр Эдисона. 2014 г.

Учебный курс по основам переменного тока

ОПИСАНИЕ КУРСА

Большая часть используемого сегодня электрического оборудования работает на переменном токе (AC). Целью данного учебного курса является обзор важных терминов, концепций и принципов, связанных с переменным током.

ЦЕЛИ КУРСА

Особое внимание уделяется тому, что такое переменный ток, как он работает и какие факторы влияют на работу и техническое обслуживание оборудования переменного тока, такого как двигатели, освещение и оборудование связи.

ПРЕДМЕТЫ И ЗАДАЧИ

переменного тока

• Объясните разницу между постоянным и переменным током.
• Объясните, как ток и полярность меняются в цепях переменного тока.
• Объясните, что такое частота и как она измеряется.
• Определите пиковое значение, размах напряжения и эффективное значение по отношению к напряжению и току переменного тока.

Индуктивность

• Определите индуктивность и индуктивное сопротивление.
• Объясните, как индуктивное реактивное сопротивление ограничивает ток.
• Различия между синфазными и синфазными токами и напряжениями.

Емкость

• Определите емкость и емкостное реактивное сопротивление.
• Назовите основные компоненты конденсатора.
• Объясните влияние емкости на ток и напряжение.

Питание переменного тока

• Различайте истинную мощность, реактивную мощность и полную мощность.
• Объясните, как коэффициент мощности используется при расчете истинной мощности в цепях переменного тока.

Однофазные и трехфазные системы

• Объясните разницу между однофазными и трехфазными системами переменного тока
• Объясните, как трехпроводная однофазная система переменного тока подает два разных напряжения.
• Различают трехфазные системы переменного тока, соединенные треугольником и звездой.

Интернет-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов. «

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно с учетом того, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на изучение

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения. «

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент для отзыва по курсу

материала до оплаты и

получает викторину. «

Arvin Swanger, P.E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курса.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал во многом оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемые темы »

Майкл Райан, П.Е.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

по «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация. «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и простой для

использовать. Большое спасибо «.

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

Обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

предоставлено фактических случаев »

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании оборудования «очень полезен.Модель

испытание потребовало исследования в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, которая мне нужна

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

приходится путешествовать. «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно »

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, П.Е.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

легче поглотить все

теории »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

Коды

и Нью-Мексико

правила. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

Сертификация

. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким, а

в хорошем состоянии »

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, П.Е.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Строительство курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, П.Е.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на номер

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобный а на моем

собственный график. «

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Dennis Fundzak, P.E.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, П.Е.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об EE для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

Свидетельство

. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по телефону

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Однофазная цепь переменного тока (со схемой)

В этой статье мы обсудим следующее: — 1. Введение в однофазную цепь переменного тока 2. Чисто резистивную схему 3. Чисто индуктивную схему 4. Чисто емкостную схему 5. Последовательную цепь сопротивления — емкости (RC) 6. Полная мощность, истинная мощность , Реактивная мощность и коэффициент мощности.

В комплекте:

1. Введение в однофазную цепь переменного тока
2. чисто резистивная цепь
3. Чисто индуктивная цепь
4. Чисто емкостная цепь
5. Сопротивление — Емкость (R-C) последовательная цепь
6. Полная мощность, истинная мощность, реактивная мощность и коэффициент мощности

---

1.Введение в однофазную цепь переменного тока:

В цепи постоянного тока соотношение между приложенным напряжением V и током, протекающим через цепь I, простое и выражается выражением I = V / R, но в цепи переменного тока это простое соотношение не выполняется. Изменения тока и приложенного напряжения создают магнитные и электростатические эффекты соответственно, и их необходимо учитывать с сопротивлением цепи при определении количественных соотношений между током и приложенным напряжением.

В цепях с относительно низким напряжением и сильным током магнитные эффекты могут быть очень большими, но электростатические эффекты обычно незначительны. С другой стороны, в высоковольтных цепях электростатические эффекты могут иметь значительную величину, также присутствуют магнитные эффекты.

Здесь обсуждалось, как магнитные эффекты из-за изменений тока do и электростатические эффекты из-за изменений приложенного напряжения влияют на соотношение между приложенным напряжением и током.

---

2. Цепь чисто резистивная :

Чисто резистивная или неиндуктивная цепь — это цепь, индуктивность которой настолько мала, что при нормальной частоте ее реактивное сопротивление незначительно по сравнению с ее сопротивлением. Обычные лампы накаливания, водонепроницаемость и т. Д. Являются примерами неиндуктивных сопротивлений. Если цепь является чисто неиндуктивной, реактивная ЭДС (т.е. самоиндуцированная или противоэдс) не создается, и все приложенное напряжение используется для преодоления омического сопротивления цепи.

Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую безиндуктивное сопротивление R Ом, подключенную к синусоидальному напряжению, представленному как v = V sin wt, как показано на рис. 4.1 (a).

Как уже было сказано, когда ток, протекающий через чистое сопротивление, изменяется, обратная ЭДС не устанавливается, поэтому приложенное напряжение должно преодолевать омическое падение только i R:

И мгновенный ток можно выразить как:

i = I _макс sin ωt

Из выражений мгновенного приложенного напряжения и мгновенного тока очевидно, что в чисто резистивной цепи приложенные напряжение и ток находятся в фазе друг с другом, как показано волновыми и векторными диаграммами на рис.4.1 (б) и (в) соответственно.

Питание в чисто резистивной цепи:

Мгновенная мощность, подаваемая в рассматриваемую цепь, является произведением мгновенных значений приложенного напряжения и тока.

Где V и I — действующие значения приложенного напряжения и тока соответственно.

Таким образом, для чисто резистивных цепей выражение для мощности такое же, как для цепей постоянного тока. Из кривой мощности для чисто резистивной цепи, показанной на рис.4.1 (b) очевидно, что мощность, потребляемая в чисто резистивной цепи, непостоянна, она колеблется.

Однако он всегда положительный. Это так, потому что мгновенные значения напряжения и тока всегда либо положительны, либо отрицательны, и, следовательно, произведение всегда положительно. Это означает, что источник напряжения постоянно подает питание на схему, а схема ее потребляет.

---

3. Чисто индуктивная цепь :

Индуктивная цепь — это катушка с железным сердечником или без него, имеющая незначительное сопротивление.Практически чистой индуктивности невозможно добиться, поскольку индукционная катушка всегда имеет небольшое сопротивление. Однако катушка из толстой медной проволоки, намотанная на многослойный железный сердечник, имеет незначительное сопротивление и известна как дроссельная катушка.

Когда переменное напряжение подается на чисто индуктивную катушку, в катушке индуцируется ЭДС, известная как самоиндуцированная ЭДС, которая противодействует приложенному напряжению. Поскольку катушка не имеет сопротивления, в каждый момент приложенное напряжение должно преодолевать только эту самоиндуцированную ЭДС.

Из выражений мгновенного приложенного напряжения и мгновенного тока, протекающего через чисто индуктивную катушку, видно, что ток отстает от приложенного напряжения на π / 2, как показано на Рис. 4.2 (b) по волновой диаграмме и на Рис. 4.2 (c ) по векторной диаграмме.

Индуктивное реактивное сопротивление:

ωL в выражении Imax = V _max / ωL называется индуктивным реактивным сопротивлением и обозначается X _L i.е., X _L = ω L

Если L в генри, а co в радианах в секунду, то X _L будет в омах.

Мощность в чисто индуктивной цепи:

Мгновенная мощность, p = v × i = V _max sin ω t I _max sin (ωt — π / 2)

или p = — V _max I _max sin ω t cos ω t = V _max ^{I _max /2 sin 2 ωt}

Мощность, измеренная ваттметром, представляет собой среднее значение p, которое равно нулю, поскольку среднее значение синусоидальной величины удвоенной частоты за полный цикл равно нулю.Следовательно, в чисто индуктивной цепи потребляемая мощность равна нулю.

Физически вышеуказанный факт можно объяснить следующим образом:

Во второй четверти цикла ток и магнитный поток катушки увеличиваются, и катушка потребляет энергию от источника питания для создания магнитного поля (потребляемая мощность положительна, а энергия, потребляемая катушкой от источника питания представлен областью между кривой p и осью времени). Энергия, запасенная в магнитном поле во время нарастания, определяется как W _max = 1/2 L I ² _max .

В следующем квартале ток уменьшится. Однако ЭДС самоиндукции будет препятствовать ее уменьшению. Катушка действует как генератор электрической энергии, возвращая накопленную энергию в магнитном поле источнику питания (теперь мощность, потребляемая катушкой, является отрицательной, а кривая p лежит ниже оси времени).

Цепочка событий повторяется в течение следующих полупериодов. Таким образом, часть мощности постоянно обменивается между полем и индуктивной цепью, а мощность, потребляемая чисто индуктивной катушкой, равна нулю.

---

4. Чисто емкостная цепь:

Когда на пластины идеального конденсатора подается постоянное напряжение, он почти мгновенно заряжается до полного напряжения. Зарядный ток будет течь только в период «нарастания» и прекратит протекать, как только конденсатор достигнет постоянного напряжения источника. Это означает, что для постоянного тока конденсатор — это разрыв цепи или бесконечно высокое сопротивление.

На рис. 4.4 на конденсатор подается синусоидальное напряжение. В течение первой четверти цикла приложенное напряжение увеличивается до пикового значения, и конденсатор заряжается до этого значения. Ток максимален в начале цикла и становится нулевым при максимальном значении приложенного напряжения, поэтому между приложенным напряжением и током существует разность фаз 90 °. В течение первой четверти цикла ток течет по цепи в нормальном направлении; следовательно, ток положительный.

Во второй четверти цикла напряжение, приложенное к конденсатору, падает, конденсатор теряет заряд, и ток течет через него против приложенного напряжения, потому что конденсатор разряжается в цепи. Таким образом, ток отрицательный в течение второй четверти цикла и достигает максимального значения, когда приложенное напряжение равно нулю.

Третья и четвертая четвертьциклы повторяют события первой и второй соответственно с той разницей, что полярность приложенного напряжения меняется на обратную и происходят соответствующие изменения тока.

Другими словами, в цепи течет переменный ток из-за заряда и разряда конденсатора. Как показано на фиг. 4.4 (b) и (c) ток начинает свой цикл на 90 градусов впереди напряжения, поэтому ток в конденсаторе опережает приложенное напряжение на 90 градусов, что противоположно соотношению индуктивности между током и напряжением.

Пусть переменное напряжение, представленное как v = V _max sin ω t, приложено к конденсатору емкостью C фарад.

Выражение для мгновенного заряда имеет следующий вид:

q = C V _max sin ωt

Поскольку ток конденсатора равен скорости изменения заряда, ток конденсатора может быть получен путем дифференцирования приведенного выше уравнения:

Из уравнений мгновенного приложенного напряжения и мгновенного тока, протекающего через емкость, видно, что ток опережает приложенное напряжение на π / 2, как показано на фиг.4.4 (б) и (в) волновыми и векторными диаграммами соответственно.

Емкостное реактивное сопротивление:

1 / ω C в выражении I _max = V _max /1 / ω C называется емкостным реактивным сопротивлением и обозначается X _C , т.е. XC = 1 / ω C

Если C выражено в фарадах, а ω — в радианах / с, то X _c будет в омах.

Питание в чисто емкостной цепи:

Следовательно, мощность, потребляемая в чисто емкостной цепи, равна нулю.То же самое показано графически на Рис. 4.4 (b). Энергия, взятая из цепи питания, накапливается в конденсаторе в течение первой четверти цикла и возвращается в течение следующей.

Энергия, запасаемая конденсатором при максимальном напряжении на его пластинах, определяется выражением:

Это может быть реализовано, если вспомнить, что во время протекания тока через конденсатор не выделяется тепло и не выполняется никакой работы. Фактически, в промышленных конденсаторах есть небольшая потеря энергии в диэлектрике в дополнение к незначительным потерям I ² R из-за протекания тока по пластинам, имеющим определенное омическое сопротивление.

Кривая мощности представляет собой синусоидальную волну, в два раза превышающую частоту питания. Хотя он увеличивает коэффициент мощности с нуля до 0,002 или даже немного больше, но для обычных целей коэффициент мощности принимается равным нулю. Очевидно, что фазовый угол из-за диэлектрических и омических потерь немного уменьшается.

---

5. Последовательная цепь сопротивления — емкости (R-C):

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из последовательно соединенных сопротивлением R Ом и емкостью C фарад, как показано на рис.4.18 (а).

Пусть частота сети составляет / Гц, а ток, протекающий по цепи, равен I ампер (действующее значение). Падение напряжения на сопротивлении, В _R = I R в фазе с током.

Падение напряжения на емкости, В _C = I X _C , отставание от I на π / 2 радиан или 90 °, как показано на рис. 4.18 (b).

Приложенное напряжение, равное векторной сумме V _R и V _C , определяется по величине как —

.

Приложенное напряжение отстает от тока на угол ɸ:

Если мгновенное напряжение представлено как:

v = V _max sin ω t

Тогда мгновенный ток будет выражен как:

i = I _макс sin (ω t + ɸ)

А мощность, потребляемая цепью, определяется по формуле:

P = VI cos ɸ

Треугольник напряжения и треугольник импеданса Рис.4.19 показаны на рис. 4.19 (а) и 4.19 (б) соответственно.

---

6. Полная мощность, истинная мощность, реактивная мощность и коэффициент мощности:

Произведение среднеквадратичных значений тока и напряжения VI называется полной мощностью и измеряется в вольт-амперах или киловольт-амперах (кВА).

Истинная мощность в цепи переменного тока получается путем умножения полной мощности на коэффициент мощности и выражается в ваттах или киловаттах (кВт).

Произведение полной мощности VI и синуса угла между напряжением и током sin ɸ называется реактивной мощностью.Это также известно как мощность без мощности и выражается в реактивных вольт-амперах или киловольт-амперах реактивных (кВА R).

Приведенные выше соотношения легко проследить, обратившись к диаграмме мощности, показанной на рис. 4.7 (a).

Коэффициент мощности можно определить как:

(i) Косинус фазового угла между напряжением и током,

(ii) Отношение сопротивления к импедансу, или

(iii) Отношение истинной мощности к полной мощности.

Коэффициент мощности не может быть больше единицы. Коэффициент мощности выражается либо в долях, либо в процентах. Обычно к числовому значению коэффициента мощности добавляют слово «отстающий» или «опережающий», чтобы указать, отстает ли ток от напряжения или опережает его.

Активная составляющая тока:

Составляющая тока, которая находится в фазе с напряжением цепи (т. Е. I cos) и вносит вклад в активную или истинную мощность схемы, называется активной (полной или синфазной) составляющей тока.

Реактивная составляющая тока:

Составляющая тока, которая находится в квадратуре (или на 90 ° не совпадает по фазе) с напряжением цепи (т. Е. I sin ɸ) и вносит вклад в реактивную мощность схемы, называется реактивной (или безватной) составляющей тока.

Коэффициент добротности катушки :

Обратный коэффициент мощности известен как добротность катушки. Его также называют добротностью или добротностью катушки.

Мощность дроссельной катушки с железным сердечником:

Мощность, потребляемая дроссельной катушкой, используется для обеспечения потерь в стали в сердечнике в дополнение к мощности, используемой для нагрева катушки.

Мощность, потребляемая дроссельной катушкой, P = потери в железе (гистерезис и потери на вихревые токи), P _i + потери мощности в омическом сопротивлении, т.е. I ² R (R — сопротивление постоянному току или истинное сопротивление катушки) .

---

Устранение неисправностей промышленной электроники — Основные принципы [часть 1]

---

---

Цели обучения:

• Обновить основные электрические концепции

• Определить основные понятия трансформатора

• Обновить концепцию однофазного питания

• Обновить концепции трехфазного питания.

1. Введение

Значительная часть промышленной электроэнергии приходится на однофазную и трехфазные трансформаторы, машины переменного и постоянного тока. В этом контексте мы будем изучить электрические схемы и их конструкцию, проектирование, испытания, эксплуатация и техническое обслуживание.

Для поиска неисправностей электрооборудования и цепей управления важно понять основные принципы работы электрооборудования.В следующих разделах будут описаны основные электрические концепции.

1,1 Основные электрические концепции

На каждом заводе возникает механическое движение различного оборудования. электроприводом (двигателем). Электроэнергия поступает из коммунальные услуги или внутренние генераторы и распределяется через трансформаторы для обеспечения приемлемых уровней напряжения.

Электричество встречается в двух распространенных формах:

• AC (переменный ток)

• DC (постоянный ток).

Электрооборудование может работать на любой из форм переменного / постоянного тока. энергии. Выбор источника энергии для оборудования зависит от его применения. требования. У каждого источника энергии есть свои достоинства и недостатки.

Уровни промышленного переменного тока примерно определяются как LV (низкое напряжение) и HV (высокое напряжение) с частотой 50-60 Гц.

Электрическая схема состоит из следующих трех основных компонентов независимо от формы его электрической энергии:

• Напряжение (вольт)

• Ампер (амперы)

• Сопротивление (Ом).

Напряжение определяется как разность электрических потенциалов, которая вызывает электроны течь.

Ток определяется как поток электронов и измеряется в амперах.

Сопротивление определяется как сопротивление потоку электронов и равно измеряется в омах. Все три связаны между собой законом Ома, который дает следующее соотношение между тремя:

В = ИК

Где,

В = Напряжение

I = текущий

T = Сопротивление.

(a) Мощность В цепях постоянного тока мощность (ватты) — это просто произведение напряжения. и ток.

P = VI

Для цепей переменного тока формула верна для чисто резистивных цепей; однако для следующих типов цепей переменного тока мощность — это не просто продукт напряжения и тока.

Полная мощность — это произведение напряжения на ампер, т. Е. ВА или кВА — это известная как кажущаяся мощность. Полная мощность — это общая мощность, подаваемая в цепь. с учетом истинной и реактивной мощности.Настоящая сила или истинная сила — это мощность, которую можно преобразовать в работу, измеряется в ваттах.

Реактивная мощность Если цепь индуктивного или емкостного типа, то реактивная составляющая потребляет мощность и не может быть преобразована в работу. Это называется реактивной мощностью и обозначается единицей измерения VAR. (б) Родство между мощностями Полная мощность (ВА) = ВА × Истинная мощность (Вт) = ВА cosf × Реактивная мощность (ВАр) = ВА sinf × (c) Коэффициент мощности определяется как отношение реальной мощности к полной мощности.Максимальное значение, которое может перенос составляет либо 1, либо 100 (%), что может быть получено в чисто резистивном схема.

Истинная мощность:

Коэффициент мощности = Полная мощность Вт кВА

(d) Регулирование напряжения в процентах

(напряжение холостого хода, напряжение полной нагрузки)

% Регулировка = 100 Напряжение полной нагрузки

e) Электроэнергия

Рассчитывается как количество электроэнергии, используемой в час. и выражается следующим образом: Киловатт-час = кВт x ч

Где:

кВт =

киловатт

ч = час.

(е) Типы цепей

Есть всего два типа электрических цепей — последовательная и параллельная.

Последовательная цепь определяется как цепь, в которой последовательно соединенные элементы несут одинаковый ток, а падение напряжения на каждом из них может быть разным.

Параллельная цепь определяется как цепь, в которой элементы соединены параллельно. имеют одинаковое напряжение, но токи могут быть разными.

1,2 Трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжение с одного уровня на другой.Они широко используются в энергосистемах. С помощью трансформаторов он можно передавать мощность при экономичном напряжении передачи и для использования энергии при экономически эффективном напряжении.

Основной принцип

Работа трансформатора основана на взаимной индукции ЭДС между двумя катушками, которые связаны магнитным полем.

Когда напряжение переменного тока подается на одну из обмоток (называемую первичной), создает переменный магнитный поток в сердечнике из магнитного материала (обычно из стали).Поток создается небольшим намагничиванием. ток, протекающий по обмотке. Переменный магнитный поток индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке магнитным путем связаны с тем же сердечником и проявляются как напряжение на клеммах этой обмотки. Холоднокатаная сталь с ориентированной зернистостью (CRGO) используется в качестве материал сердечника для обеспечения пути потока с низким сопротивлением и малыми потерями. Сталь имеет форму пластин, покрытых лаком для уменьшения потока вихревых токов и убытки из-за этого.

Обычно катушка, подключенная к источнику, известна как первичная катушка. и катушка, приложенная к нагрузке, является вторичной катушкой.

Принципиальная схема однофазного трансформатора показана на фиг. 1.

Однофазный трансформатор состоит в основном из магнитопровода, на котором намотаны две обмотки, первичная и вторичная. Первичная обмотка поставляется с источником переменного напряжения питания V1. Нынешний я? течет в первичной обмотке создается магнитный поток, который изменяется со временем.Этот поток соединяется с обеими обмотками и создает наведенные ЭДС. ЭДС произведенная в первичной обмотке равно и противоположно приложенному напряжению (без учета убытки). ЭДС также индуцируется во вторичной обмотке из-за этого взаимного поток. Величина наведенной ЭДС зависит от отношения числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

РИС. 1 Принципиальная схема однофазного трансформатора

Потенциально-индуцированный

Существует очень простая и прямая связь между потенциалом через первичную катушку и потенциал, индуцированный во вторичной катушке.

Отношение первичного потенциала к вторичному потенциалу — это отношение количества витков в каждом и представляется следующим образом:

11 22 NV NV

==

Понятия повышающих и понижающих трансформаторов функционируют аналогично связь.

Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение, принимая 21> NN. а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение, принимая

21>.NN

Ток индуцированный

Когда трансформатор нагружен, то ток обратно пропорционален к напряжениям и представляется следующим образом:

12 1 21 2 VI N VIN

==

Уравнение ЭДС трансформатора:

действующее значение наведенной ЭДС в первичной обмотке:

11м 4.44 EfN f = ×××

действующее значение наведенной ЭДС во вторичной обмотке составляет: 22 м 4,44 EfN f = ×××

Где:

N1 = Количество витков в первичной обмотке

N2 = Количество витков вторичной обмотки

м f = максимальный поток в сердечнике и

f = Частота переменного тока на входе в Гц.

1,3 Идеальный трансформатор

В случае идеального трансформатора делаются следующие допущения:

• Нет потери или увеличения энергии.

• Обмотка не имеет омических сопротивлений.

• Производимый магнитный поток ограничивается сердечником трансформатора, который полностью соединяет обе обмотки, т. е. нет утечки магнитного потока.

• Следовательно, отсутствуют потери I 2 R и потери в сердечнике.

• Проницаемость сердечника высока, поэтому ток намагничивания Требуется для создания флюса и установления его в сердечнике пренебрежимо мало.

• Потери на вихревые токи и гистерезис незначительны.

1,4 Типы трансформаторов

1. По типу конструкции (а) Тип сердечника: обмотки окружают значительная часть ядра.

(b) Тип оболочки: сердечник окружает значительную часть обмоток.

2. По типу охлаждения (a) Самоохлаждение с масляным наполнением: малые и средние распределительные трансформаторы.

(b) Масляные с водяным охлаждением: трансформаторы наружной установки для высоковольтных линий электропередачи.

(c) Тип с воздушным охлаждением: используется для низких номиналов и может быть естественным. Тип циркуляции воздуха (AN) или принудительной циркуляции (AF).

3. По заявке

(a) Силовой трансформатор: это большие трансформаторы, используемые для изменения напряжения. уровни и текущие уровни согласно требованию. Силовые трансформаторы обычно используется либо в распределительной линии, либо в линии передачи.

(b) Трансформатор напряжения (PT): это прецизионное понижение напряжения. трансформаторы, используемые вместе с вольтметрами низкого диапазона для измерения высоких напряжений.

(c) Трансформатор тока (CT): Эти трансформаторы используются для измерения тока, где проводник с током рассматривается как первичный трансформатор. Этот трансформатор изолирует прибор от высокого напряжения. линии, а также понижает ток в известном соотношении.

(d) Изолирующий трансформатор: используются для изоляции двух разных цепей. без изменения уровня напряжения или тока.

Несколько важных моментов о трансформаторах:

• Используется для передачи энергии от одной цепи переменного тока к другой

• Частота остается одинаковой в обеих цепях

• Идеального трансформатора не существует

• Также используется в измерительных приложениях (трансформатор тока, т.е.е., CT, потенциал трансформаторы, т.е. ПТ)

• Используется для изоляции двух разных цепей (изолирующие трансформаторы)

• Мощность трансформатора выражается в ВА (вольт-амперах)

• Полярность трансформатора обозначена точками. Если первичный и вторичный обмотки имеют точки вверху и внизу или наоборот на схеме, тогда это означает, что фазы находятся в обратной зависимости.

1,5 Подключение однофазного трансформатора

В зависимости от требований приложения два или более трансформатора имеют для включения в последовательные или параллельные цепи.Такие связи могут предприниматься, как показано на следующих примерах диаграмм: (a) Последовательность подключение двух однофазных трансформаторов

Как показано на фиг. 2, два трансформатора могут быть подключены последовательно связь. Если оба соединены, как на фиг. 2, то напряжение вдвое больше номинального напряжения отдельного трансформатора. Их нынешние номинал должен быть одинаковым и достаточно высоким, чтобы выдерживать ток нагрузки. Меры предосторожности Следует принять меры для подключения обмоток трансформаторов, соблюдая полярность.В приведенном выше примере общее количество оборотов первичной обмотки и общее число оборотов вторичной обмотки равны в соотношении 2: 1, что приводит к половинному напряжению.

сек. сторона (200 витков) (400 витков) Прим. сторона h3 h4 h2 h5 480 В перем. тока (200 витков) Xmer 1 X3 X2 X4 X1 240 В переменного тока (100 витков) (100 витков) (200 витков) Xmer 2

РИС. 2 Последовательное соединение двух однофазных трансформаторов

(b) Параллельное соединение двух однофазных трансформаторов Как показано на фиг. 3, на первичной стороне последовательно соединены два трансформатора, в то время как вторичные стороны соединены параллельно.

X3 X2 h3 h4 X4 X1 120 В переменного тока h2 h5 480 В переменного тока, разд. сторона (100 витков) (400 витков) Pri. сторона (200 витков) Xmer 2 (200 витков) Xmer

РИС. 3 Параллельное соединение двух однофазных

Трансформаторы

На первичной стороне количество витков добавляется, а на вторичной сбоку они остаются такими, какими они были, благодаря их параллельному состоянию.

LVDT (линейный дифференциальный трансформатор напряжения) — лучший практический пример основного трансформатора и его последовательного включения.Использование трансформаторов с такими соединениями могут создавать проблемы безопасности и распределения нагрузки и практически не используются в практических силовых цепях. Можно развернуть эти соединения при проектировании трансформаторов управления, если такое использование будет иметь какое-либо конкретное преимущество. Параллельная работа двух отдельных трансформаторов возможно при определенных условиях для удовлетворения повышенных требований к нагрузке но связанные с этим риски должны быть должным образом оценены.

1,6 Трансформаторы трехфазные

Крупномасштабная выработка электроэнергии обычно бывает трехфазной с напряжения в 11 или 32 кВ.Такая высокая передача трехфазного напряжения и Распределение требует использования трехфазных повышающих и понижающих трансформаторов.

Ранее было принято использовать три однофазных трансформатора. вместо одного трехфазного трансформатора. Однако последующая эволюция трехфазного трансформатора оказались компактными и экономичными.

Тем не менее, с точки зрения конструкции трехфазный трансформатор представляет собой комбинацию три однофазных трансформатора с тремя первичными и тремя вторичными обмотки установлены на сердечнике, имеющем три ножки.

Обычно используются трехфазные:

• Трехфазный трехпроводной (треугольник)

• Трехфазный четырехпроводный (звезда).

1. Соединение треугольником Состоит из трехфазных обмоток (рис. 4), соединенных встык и электрически разнесены на 120 ° друг от друга. В целом, трехпроводная система «треугольник» используется для несимметричной системы нагрузки. В трехфазные напряжения остаются постоянными независимо от дисбаланса нагрузки.

V_L = Vph

Где,

V_L = линейное напряжение

В_ф = фазное напряжение.

Соотношение между линейным и фазным токами:

I_L = _ / 3 I_ph

Где L ф.

I_L = линейный ток

Iph = фазный ток.

2. Трехфазное четырехпроводное соединение звездой

Звездчатый тип строительства (РИС. 5) допускает минимальное количество витков на фазу (поскольку фазное напряжение составляет 1/3 линейного напряжения), но поперечное сечение проводника будет должны быть увеличены, так как ток выше по сравнению с обмоткой треугольником в _ / 3 раза.Каждая обмотка на одном конце соединена с общим концом, вроде нейтральная точка — значит, в целом провода четыре.

РИС. 4 Трехфазный трансформатор, соединенный треугольником на первичной стороне.

Трехпроводной источник, полученный из обмотки треугольником, может вызвать проблемы. при питании звездой подключена несимметричная нагрузка. Из-за дисбаланса нейтраль нагрузки сместится и вызовет изменение напряжения в индивидуальном фазы нагрузки. Лучше использовать четырехпроводной источник с звездой. в таких случаях.Трехпроводные источники лучше всего подходят для симметричных нагрузок, таких как как моторы.

РИС. 5 Трехфазный четырехпроводной трансформатор звездой

Соотношение между линейным и фазным напряжениями:

V_L = _ / 3 полуколебаний в час

Где:

V_L = линейное напряжение

V_ ph = фазное напряжение.

Соотношение между линейным и фазным токами:

I_L = I_ph

Где

I_L = линейный ток

Iph = фазный ток.

Выходная мощность трансформатора в кВт:

Где

V_L = линейное напряжение

I_L = линейный ток

cos Φ = коэффициент мощности.

3. Возможные комбинации звезды и треугольника

Первичная и вторичная обмотки трех однофазных трансформаторов или трехфазный трансформатор можно подключить следующими способами:

• Первичный в дельте — вторичный в дельте

• Первичный треугольник — вторичный звезда

• Первичная в звезде — вторичная в звезде

• Первичный в звезду — вторичный в треугольник.

ИНЖИР. 6 показаны различные типы соединений трехфазных трансформаторов. На первичной стороне V — это линейное напряжение, а I — линейный ток. В вторичные боковые напряжения и токи определяются с учетом соотношение количества витков на фазу (a = N1 / N2) и тип связь. Таблица 1 дает быстрый обзор напряжений в первичной линии и линейных напряжений. токи и напряжения и токи вторичной фазы. Доставленная мощность трансформатором в идеальном состоянии независимо от типа подключения = 1.732 VL, IL при cosf = 1.

1,7 Испытательные трансформаторы

На трансформаторах проводятся следующие испытания:

• Измерение сопротивления обмотки

• Измерение коэффициента напряжения

• Соотношение напряжения тестового вектора

• Измерение импеданса напряжения, сопротивления короткого замыкания и потерь нагрузки

• Измерение потерь холостого хода и тока холостого хода

• Измерение сопротивления изоляции

• Диэлектрические испытания

• Повышение температуры.

РИС. 6 Типы соединений для трехфазных трансформаторов: (а) Дельта-треугольник связь; (b) соединение треугольником; c) соединение звезда-звезда; (d) звезда-дельта соединение

Таблица 1 Преобразование напряжения и тока для различных трехфазных Подключение трансформатора Почему мощность трансформатора определяется в кВА?

Трансформатор, в отличие от двигателя, не имеет механической мощности (выражается в кВт). Ток, протекающий через него, может варьироваться по коэффициенту мощности от нуля PF приводит (чисто емкостная нагрузка) к нулевому запаздыванию коэффициента мощности (чисто индуктивная нагрузка) и определяется нагрузкой, подключенной к вторичной обмотке.

Провод обмотки рассчитан на определенный ток за пределами при которой он превысит температуру, на которую рассчитана его изоляция независимо от коэффициента мощности нагрузки.

Аналогично напряжение, которое может быть приложено к первичной обмотке трансформатора. имеет предел.

Превышение этого номинального значения вызовет магнитное насыщение сердечника. что приводит к искажениям на выходе с более высокими потерями в стали.

Поэтому обычно номинал трансформатора выражается как продукт номинального напряжения и номинального тока (ВА или кВА).Однако это не означает, что вы можете подавать более низкое напряжение и пропускать более высокий ток через трансформатор. Значение ВА индивидуально ограничено номинальным напряжением. и номинальный ток.

Почему мощность передается при более высоком напряжении?

Когда определенное количество мощности должно быть передано через определенное расстояние необходимо учитывать следующие аспекты, чтобы выбрать лучший Напряжение.

При более низком напряжении требуются проводники большего сечения, чтобы выдерживать высокие ток задействован.

Имеется физическое ограничение на размер проводника. Также процент падение напряжения может стать чрезмерным. Более высокое напряжение заставит проводник размер управляемый и уменьшить падение напряжения (% значение), но стоимость линия становится высокой из-за необходимости большего зазора.

Лучшим напряжением будет такое напряжение, при котором общие эксплуатационные расходы сумма годовых капитальных затрат (линии) и текущих затрат из-за потерь мощности в линии самый низкий.На практике установлено, что передача большой мощности на большие расстояния экономична, если выполняется в Диапазон ВН. Фактическое напряжение будет варьироваться в зависимости от расстояния и кванта. власти. Цепи распределения, где обычно количество мощности и задействованные расстояния ниже, наилучшее напряжение находится в диапазоне СН (11, 22 или 33 кВ). По этой же причине встречаются только цепи низкого напряжения. в местных распределительных цепях.

продолжение >>

Системы переменного тока, распределения питания и напряжения

Презентация на тему: «Переменный ток, системы распределения энергии и напряжения» — стенограмма презентации:

ins [data-ad-slot = «4502451947»] {display: none! important;}} @media (max-width: 800px) {# place_14> ins: not ([data-ad-slot = «4502451947»]) {display: none! important;}} @media (max-width: 800px) {# place_14 {width: 250px;}} @media (max-width: 500 пикселей) {# place_14 {width: 120px;}} ]]>

1 Системы переменного тока, распределения энергии и напряжения
Электроэнергия для охлаждения, отопления и кондиционирования воздуха 7-е издание Глава 7 Системы переменного тока, распределения энергии и напряжения

2 Системы переменного тока, распределения питания и напряжения
По завершении этой главы учащийся сможет: Объяснять основные различия между постоянным и переменным током.Кратко объясните, как производится переменный ток. Объясните разницу между однофазными и трехфазными системами распределения электроэнергии. Объясните индуктивность, реактивное сопротивление и импеданс. Объясните основную систему распределения энергии. Объясните общие системы напряжения. Определите общие системы напряжения.

3 Ключевые термины Генератор Емкостное реактивное сопротивление, дельта-система
Эффективное напряжение Частота Импеданс Индуктивность Индуктивное реактивное сопротивление Пиковое напряжение Фаза Коэффициент мощности Реактивное сопротивление Синусоидальная волна Однофазная трехфазная система звезда

4 Вначале для снабжения потребителей электроэнергией использовался постоянный ток.Однако у этого есть много недостатков. Передача на большие расстояния невозможна без использования генераторов для увеличения мощности. Его неспособность повышать и понижать напряжение. Использование крупногабаритного передаточного оборудования

5 Постоянный ток Электроны, протекающие в электрической цепи, называются током. Ток может быть получен в электрической цепи с помощью молнии, статического электричества или потока электронов от генератора.Существует два типа электрического тока: постоянный ток и переменный ток. Постоянный ток течет только в одном направлении. Обычно производится на сухих аккумуляторных батареях.

6 Переменный ток Основные понятия переменного тока
Переменный ток — это поток электронов, который попеременно течет в одном направлении, а затем в противоположном через равные промежутки времени. Переменный ток получается путем разрезания магнитного поля проводником.Переменный ток графически представлен с помощью синусоидальной волны.

7 Синусоидальные волны

8 Циклы и частота Когда проводник совершает полный оборот, он вызывает два чередования или реверсирования потока. Два чередования (смены направления) равны одному циклу. Один цикл возникает, когда ротор или проводник разрезает магнитное поле северного полюса и южного полюса.

9 Частота Частота переменного тока — это количество полных циклов, которые происходят за секунду. Частота известна как герц (Гц), но часто ее называют циклами. В Соединенных Штатах распространенная частота составляет 60 Гц.

10 Эффективное напряжение Поскольку переменный ток начинается с 0, достигает пика, а затем возвращается к 0, всегда есть изменение напряжения, и необходимо определить эффективное значение.Переменный ток достигает пика при 90 электрических градусах, также известного как пиковое напряжение. Эффективное напряжение цепи переменного тока умножается на пиковое напряжение.

11 Фаза Фаза цепи переменного тока — это количество токов, чередующихся в разных интервалах времени в цепи.

12 Однофазный Однофазный ток допускает только один ток
Расположение обмоток однофазного генератора переменного тока

13 Трехфазный Трехфазный ток имеет три отдельных тока.

14 Генератор переменного тока Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток.
Генератор состоит из обмотки или набора обмоток, называемых статором, и вращающегося магнита, называемого ротором. Количество используемых обмоток зависит от желаемых фазовых характеристик тока.

15 Индуктивность и реактивность
Колебания магнитной силы в цепи переменного тока и в проводниках, прорезающих более одного магнитного поля, индуцируют (вызывают) напряжение, которое противодействует исходному напряжению.Этот эффект называется индуктивностью. На цепи переменного тока влияет сопротивление, но на них также влияет реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление — это сопротивление, с которым сталкивается переменный ток при изменении потока. В переменном токе есть два типа реактивного сопротивления; индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление.

16 Индуктивное реактивное сопротивление — это противодействие изменению потока переменного тока, которое вызывает несинфазность между напряжением и силой тока.

17 Емкостное реактивное сопротивление В цепях переменного тока возникает из-за использования конденсаторов.
Когда конденсатор находится в ямке в цепи переменного тока, он сопротивляется изменению напряжения, в результате чего сила тока опережает напряжение.

18 Мощность Отношение истинной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности и обычно выражается в процентах. PF = истинная мощность / полная мощность

19 Индуктивное реактивное сопротивление — это противодействие изменению потока переменного тока, которое вызывает несинфазность между напряжением и силой тока.

20 Производство и передача переменного тока
Когда переменный ток вырабатывается генератором, его обычно повышают примерно до 220 000 вольт для передачи.Обычно это передается на подстанцию, где оно снижается до 4800 вольт. Затем оно подается на трансформатор, где понижается до пригодного для использования напряжения.

21 год Однофазные системы на 240 В, 60 Гц
Однофазный переменный ток присутствует в большинстве жилых домов. Любой бытовой прибор, работающий от 120 вольт, считается однофазным оборудованием. В некоторых старых структурах все еще можно найти однофазную двухпроводную систему.Наиболее распространенными системами напряжения, которые встречаются сегодня, являются однофазные системы на 240 В, 60 Гц.

22 Однофазная система на 240 В, 60 Гц

23 Трехфазные системы напряжения
Трехфазный переменный ток распространен в большинстве коммерческих и промышленных приложений. Трехфазные электрические сети подают три горячих ветви мощности с одним заземлением на распределительное оборудование, а затем на оборудование.Трехфазные источники более универсальны, чем однофазные. Большинство жилых домов не потребляют достаточно электроэнергии, чтобы гарантировать трехфазное электроснабжение.

24 Преимущества трехфазного питания
Трехфазные электродвигатели не требуют специального пускового устройства. Трехфазное питание обеспечивает лучшие пусковые и рабочие характеристики двигателей.

25 Недостатки или трехфазное питание
Трехфазные системы имеют более высокую стоимость, связанную с электрическими панелями и распределительным оборудованием.

26 год Система 240 В, трехфазная, 60 Гц, дельта
Используется в структурах, требующих большого питания двигателей и другого трехфазного оборудования. Дельта-систему обычно подводят к конструкции с четырьмя проводами. Три токоведущих и нейтральный провод.

27 Система Дельта

28 год Трехфазная система на 208 В, 60 Гц, звездочка
Эта система широко используется в зданиях, где требуется большое количество цепей на 120 В, например, в школах, больницах и офисных зданиях.Он предлагает универсальность использования трехфазного переменного тока и возможность питания многих цепей на 120 вольт.

29 208 В, трехфазная, 60 Гц, звездообразная система

30 Системы высокого напряжения Системы высокого напряжения становятся все более популярными из-за множества преимуществ. Системы более высокого напряжения используются в основном в промышленных сооружениях, но в некоторых случаях они используются в коммерческих целях.Доступно несколько высоковольтных систем. Однофазная система на 240/480 В и на 240/416 В на три фазы Однофазная система на 277/480 В

31 год Преимущества Существует небольшая разница в переключателях, реле и других электрических панелях, используемых в системах на 208 и 480 вольт. Сервисное оборудование и проводка могут быть меньше для систем на 480 вольт, чем для систем на 208 вольт.

32 277/480 Вольт система

Генератор переменного тока — обзор

I Начало HVDC

Использование постоянного тока для передачи энергии восходит к 1880-м годам, на заре электричества, когда между Томасом Эдисоном и его сторонниками на стороне колодца разгорелся спор. -проверенная технология постоянного тока и Джордж Вестингауз и его сторонники на стороне новой технологии переменного тока.Последний был основан на многих новаторских идеях, в частности Никола Тесла.

Несмотря на то, что между переменным током и постоянным током в течение короткого периода в течение 1880-х и 1890-х годов велась борьба по принципу «все или ничего», она никогда не сводилась к полному переходу на переменный ток; по той же причине постоянный ток никогда не будет играть доминирующую роль в передаче энергии. Каждый из них имеет свои уникальные преимущества в зависимости от области применения. Изобретения в технологии переменного тока, такой как двигатели переменного тока, генераторы переменного тока и трансформаторы, были поистине революционными.Генераторы и двигатели переменного тока оказались экономичными и более надежными, чем генераторы и двигатели постоянного тока, но изобретением, ответственным за победу переменного тока, стал трансформатор, дешевое и надежное оборудование. Как по волшебству, кусок стали и проволоки, грубо говоря, мог преобразовывать мощность переменного тока с одного уровня напряжения на другой.

В конце концов, переменный ток выиграл, в первую очередь потому, что тогда при низких напряжениях постоянный ток не мог эффективно передаваться на большие расстояния. Незадолго до рубежа веков переменный ток был выбран для использования энергии на Ниагарском водопаде, потому что постоянный ток не мог экономично передаваться в Буффало, находящийся всего в 22 милях от него.Одна из основных причин нынешнего использования постоянного тока, или HVDC, как его еще называют, заключается в том, что теперь его можно передавать более экономично, чем переменный ток на большие расстояния. Чтобы оценить масштабы передачи HVDC, необходимо понять технологические причины этого изменения.

Подумайте о сегодняшней электрической системе. Электроэнергия переменного тока, генерируемая при низком напряжении, скажем, от 20 до 30 кВ, преобразуется в более высокие напряжения (сотни киловольт) для межсоединений и передачи в центры нагрузки; затем он понижается до уровня субпередачи вблизи городов, затем до десятков киловольт в распределительных сетях городских территорий; и, наконец, оно снижается до менее 10 кВ на углах улиц и до 230/110 В для домашнего использования.Это сделано для того, чтобы питание могло быть доставлено пользователю безопасным способом и по низкой цене. Трансформатор позволил дешево передавать электроэнергию по межсетевым соединениям, а также объединять электростанции и передавать их продукцию на значительные расстояния.

Фактом было и остается то, что передача энергии из одного места в другое по линии передачи, независимо от уровня мощности, дешевле и эффективнее для постоянного тока, чем для переменного тока. Если бы мощность могла быть преобразована с высокого напряжения переменного тока в высоковольтный постоянный ток и обратно в переменный ток удобно и экономично, то HVDC можно было бы использовать для передачи энергии.

Многие новаторские шаги были предприняты в начале двадцатого века во Франции, Англии, Германии и США с использованием вращающихся преобразователей, а затем и термоэмиссионных клапанов. В 1926 году между Механиквиллем и Скенектади, штат Нью-Йорк, была проложена 17-мильная линия электропередачи HVDC, передающая 5,25 МВт при 30 кВ, соединяющая системы переменного тока 40 и 60 Гц с помощью электронных клапанов. Важные эксперименты продолжались в Германии, Швейцарии и Швеции до и во время Второй мировой войны с целью улучшения преобразовательной технологии, особенно с использованием ртутных дуговых клапанов.В случае Германии была построена экспериментальная система передачи 15 МВт на 100 кВ; Предполагалось, что это будет прототип системы мощностью 60 МВт, 400 кВ с протяженностью передачи 110 км. Эта деятельность была прервана в конце войны. Затем Швеция под руководством Уно Ламма, считающегося отцом HVDC, положила начало современной эре HVDC, создав первую в мире коммерческую систему передачи HVDC, схему Готланда, для передачи 20 МВт при 100 кВ на расстояние 100 км. подводного кабеля; эта передача не могла быть достигнута с ac.Схема Готланда была основана на высоковольтных ртутных дуговых клапанах с использованием калибровочных электродов, запатентованных Уно Ламмом, и только одного кабеля с обратным током через землю. На основе этой шведской преобразовательной технологии по всему миру было установлено несколько схем HVDC; главным из них был Pacific DC Intertie — 850 миль, протяженность 1440 МВт и работающий при напряжении ± 400 кВ, — который был задействован в 1971 году для передачи гидроэлектроэнергии с тихоокеанского северо-запада на тихоокеанский юго-запад.

На крыльях появилось новое устройство, называемое кремниевым выпрямителем (SCR), теперь известное как тиристор, устройство на твердотельном кремниевом кристалле, изобретенное в Соединенных Штатах.Значительный прогресс в области тиристорного устройства и клапана HVDC за счет использования последовательно соединенных тиристоров привел к последнему и наиболее необходимому направлению в технологии HVDC: снижению затрат и повышению надежности.

Технология HVDC, как она сейчас известна, представляет собой звено, соединяющее две или более подстанции переменного тока через преобразователи и линии постоянного тока (рис. 1). Мощность преобразуется из переменного тока в постоянный или из постоянного в переменный по мере необходимости, при этом мощность передается по линиям постоянного тока. Линия передачи постоянного тока может быть воздушной линией, подземным кабелем или подводным кабелем или любой их комбинацией.Фактически, в некоторых случаях может не быть никакой линии передачи. Такая связь называется связкой «спина к спине»; Цель такой связи, которая включает только преобразователи, состоит в том, чтобы соединить две или более системы переменного тока, которые не могут быть соединены другим способом с помощью переменного тока.

РИСУНОК 1. Концепция передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC). (а) Двухполюсная схема. (б) Трехполюсная схема.

На самом деле, HVDC не заменит полностью передачу переменного тока, но нет сомнений в том, что он будет играть важную роль для коммунальных предприятий, которые постоянно стремятся использовать энергию с наименьшими затратами.

Чтобы прояснить широко используемую технологию преобразователя для систем HVDC: каждый преобразователь имеет возможность передавать мощность от переменного тока к постоянному, в этом случае он работает как выпрямитель, и он также может передавать мощность с постоянного тока на переменный ток, и в этом случае он работает как инвертор. Один и тот же преобразователь с полным регулированием угла открытия заслонок может работать как выпрямитель или как инвертор; рабочий режим просто зависит от угла открытия клапанов преобразователя.