Конспект лекцій з навчальної дисципліни «електротехніка І електроніка» для студентів спеціальності



Сторінка3/11
Дата конвертації27.01.2017
Розмір2.07 Mb.
ТипКонспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Резонанс напруг.


Розглянемо коло:

резонанс напруг

Як відзначалось, при резонансі струм і напруга співпадають за фазою, тобто  = 0 і повний опір кола дорівнює його активному опору 



Ця рівність буде мати місце, коли XL = XC, тобто реактивний опір кола дорівнює 0: Х = XL – XC = 0, де XL = L = 2fL і XC = 1/(С) = 1/(2fC), тобто: 2fL = 1/(2fC). Звідки:



.

Отже, при XL = XC , а це може бути, коли частота підведеної напруги дорівнює частоті, що визначена останньою формулою, в колі виникає резонанс напруг.

З виразу закону Ома для послідовного кола випливає, що струм в колі при резонансі дорівнює напрузі, поділеній на активний опір I=U/R. Отже струм в колі може виявитись значно більшим за струм, який би мав бути при відсутності резонансу.

При резонансі напруга на індуктивності дорівнює напрузі на ємності



IXL = IXC = UL = UC.

При великих значеннях XL і XC відносно R ці напруги можуть в багато разів перевищувати напругу живлення. Підвищення напруги (перенапруга) на окремих ділянках кола, якщо воно заздалегідь не враховане, є небезпечним для цілісності ізоляції електричної установки.

Резонанс в колі при послідовному з’єднані споживачів має назву резонанс напруг.

Напруга на активному опорі при резонансі дорівнює напрузі, що прикладена до кола UR = IR = U.

Векторна діаграма при резонансі (на малюнку діаграма б)) ілюструє той факт, що струм співпадає за фазою з напругою і що напруга на активному опорі дорівнює напрузі живлення.

Реактивна потужність при резонансі дорівнює нулю



Q = QL – QC = ULI – UCI = 0, оскільки UL = UC.

Повна потужність дорівнює активній потужності , оскільки Q = 0.

Коефіцієнт потужності дорівнює одиниці сos  = P/S = R/Z = 1.

Оскільки резонанс напруг виникає, коли індуктивний опір послідовного кола дорівнює ємнісному, а їх значення визначаються відповідно індуктивністю, ємністю кола і частотою живлення (XL = 2fL і XC = 1/(2fC)), то резонанс може бути досягнутий або шляхом підбору параметрів кола при заданій частоті живлення, або шляхом підбору частоти живлення при заданих параметрах кола.

В інтервалі частот f = 0  fрез навантаження має активно–ємнісний характер, струм випереджає за фазою напругу живлення.

В інтервалі частот f = fрез   навантаження має активно–індуктивний характер, струм відстає за фазою від напруги живлення.

Найбільше значення напруги на ємності отримується при частоті трохи меншій за резонансну, а на індуктивності – на частоті трохи більшій за резонансну.

В ряді областей електротехніки резонанс напруг знаходить корисне застосування. Коливальні контури, наприклад, є обов’язковою частиною радіотехнічних пристроїв. Зокрема, настройка радіоприймача полягає в тому, щоб шляхом зміни ємності С або індуктивності L досягнути збігу частоти коливального контуру в приймачі з частотою генераторів радіостанції.




ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: комплексне заняття

Тема: Нерозгалужене коло з двома видами опору.

Мета:

1. Навчальна – вивчити методи розрахунку електричних ланцюгів змінного струму активним опором і індуктивністю, з активним опором і ємністю.

2. Розвиваюча – вміння пов’язувати знання даного матеріалу з знаннями по інших предметах.

3. Виховна – виховування уваги, акуратності в роботі.

Забезпечення заняття:

1. Наочні посібники - задачник

2. Роздавальний матеріал – задачі для самостійного рішення по темі

3. Технічні засоби навчання – плакати

Література

1. Основна – Ф.Є.Євдокимов «Общая электротехника». 2. Т.Ф. Березкина «Задачник по общей электротехнике с основами электроники».

2. Додаткова – Б.С. Гермунский «Общая электротехника с основами электроники».

Зміст заняття




Елементи заняття, навчальні питання

Додатки

(форми та методи навчан-ня, засоби навчання, розподіл часу та інше)

1.

Організаційний момент




2.

Перевірка знань студентів (індивідуальне опитування)

а) особливості кіл змінного струму;

б) коло з активним опором;

в) ланцюг з індуктивністю;








3.

Вивчення нового матеріалу (лекція з елементами бесіди)

1. Коло з активним опором і індуктивністю:

а) напруги;

б) векторна діаграма;

в) опори;





4.

Закріплення: рішення задач № 5.38, № 5.93




5.

Д.З. Вивчити параграф 4.3



Викладач В.В.Хоружий



Лекція
Тема: Нерозгалужене коло з двома видами опору.
План

  1. Активний опір на змінному струмі.

  2. Індуктивність на змінному струмі.

  3. Котушка індуктивності на змінному струмі

  4. Конденсатор на змінному струмі.


Література:

1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для неэлектротехнических специальностей техникумов. — Москва: Высшая школа, 1989. -752с.

2. Евдокимов Ф. Е. Общая электротехника: Учебник для учащихся неэлектро-технических специапьностей техникумов. — Москва: Высшая школа, 1987. - 352 с.

3. Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов. В.А. Гаврилюк, Б.С. Гершунский, А.В. Ковальчук, Ю.А. Куницкий, А.Г. Шаповаленко — Киев: Вища школа, 1980. - 480 с.


Синусоїдальні кола, крім джерел, можуть включати такі елементи:

  • Резистор – активний опір R;

  • Котушка індуктивності – індуктивність L;

  • Конденсатор – ємність C.

Активний опір на змінному струмі.

При підключенні до активного опору напруги u = Um sin t струм, згідно закону Ома: . Як видно, струм і напруга, змінюючись синусоїдально, співпадають за фазою. Векторна діаграма має вид:вект диагр актив сопр



– закон Ома для активного опору.

Потужність в різні моменти часу не є сталою – мощ на актив сопр



p = ui = Um Im·sin (2·t).
Графік зміни миттєвих значень потужності має вигляд:

Значення потужності додатні, тобто в активному навантаженні весь час відбувається необратний процес перетворення електричної енергії в теплову.

Потужність оцінюють за середнім значенням за період. Позначають активну потужність – Р (її миттєве значення – р).

Індуктивність на змінному струмі.

Будь–яка зміна струму і в колі з котушкою індуктивності викликає зміну магнітного потоку Ф, створеного цим струмом. Змінний магнітний потік пронизує всі витки котушки індуктивності і в свою чергу викликає в ній появу ЕРС відповідно закону електромагнітної індукції.

.

ЕРС, обумовлену зміною власного магнітного потоку, називають ЕРС самоіндукції і позначають еL.

Добуток wФ, позначений , прийнято називати потокозчепленням.

При відсутності феромагнітних матеріалів (наприклад, сталевого осердя) потокозчеплення пропорційне протікаючому струму і:  = Li . Коефіцієнт L, значення якого залежить від числа витків, а також від розмірів і конфігурації електричного кола, називають індуктивністю. Одиниця виміру індуктивності – Генрі (Гн).

Враховуючи визначення потокозчеплення через індуктивність, вираз для ЕРС самоіндукції можна записати у вигляді: .

Цей вираз свідчить, що при збільшенні струму еL направлена протилежно струму, а при зменшенні струму ЕРС еL співпадає за напрямком із струмом. Отже ЕРС самоіндукції протидіє як збільшенню, так і зменшенню струму. Ця протидія тим більше, чим більша індуктивність L кола.

Таким чином, індуктивність L характеризує здатність кола протидіяти змінам електричного струму, що протікає в колі.
При проходженні змінного синусоїдального струму ЕРС самоіндукції повинна повністю урівноважувати прикладену напругу, тобто

звідки



[13], де .

Зсув фаз (–90), що з’явився, показує, що струм в котушці індуктивності відстає від прикладеної напруги і зсунутий на –90 або –/2 відносно напруги.

Добуток L має розмірність опору (Ом) і має назву реактивним опором індуктивності, або індуктивним опором (позначається ХL), а вираз є закон Ома для індуктивності. ХL = L = 2fL.

Векторні діаграми ідеальних котушок можуть мати вид:в дигр катушки

Миттєва потужність:

pL = ui = Um·sin t  Im sin (t – 90) =

Отже потужність змінюється за синусоїдальним законом з подвійною частотою 2. Амплітудне значення миттєвої потужності: мощ на индуктивности

В додатний півперіод індуктивність споживає енергію від мережі і накопичує її у вигляді енергії магнітного поля.

У від’ємний півперіод індуктивність стає джерелом електричної енергії і віддає в мережу накопичену енергію магнітного поля.

Отже в ідеальній котушці здійснюється періодичний обмін енергією між зовнішнім джерелом і магнітним полем. Середня (активна) потужність дорівнює нулю.

Для кількісної оцінки інтенсивності обміну електричною енергією між джерелом і індуктивним навантаженням введене поняття реактивної потужності QL = UI = I 2 XL.


Конденсатор на змінному струмі.

Ємність

Основною технічною характеристикою конденсатора є його електроємність С (ще його номінальна (робоча напруга)). Ємність вимірюється в фарадах (Ф) або мікрофарадах (мкФ).

Ємність залежить від розміру, форми, властивостей діелектрика: [Ф], де

 а – абсолютна діелектрична проникливість середовища між пластинами конденсатора [Ф/м];



S  –   площа однієї пластини [м2];

d – відстань між пластинами [м].

Ємність С і напруга U між пластинами визначають величину його заряду – q = CU.

Коли напруга і заряд збільшується конденсатор заряджається, в колі виникає зарядний струм. Коли напруга і заряд зменшуються, в колі відповідно виникає струм розряду. Отже при змінній напрузі в колі з конденсатором проходить струм, рівний швидкості зміни заряду на пластинах конденсатора: I = dq / dt = Cdu / dt.

При підключенні до конденсатора змінної синусоїдальної напруги u = Usin t в колі з конденсатором виникає струм



де .

Останній вираз є виразом закону Ома для кола з ємністю. В аргументі синусу (+90) свідчить, що в колі з ємністю струм випереджає за фазою напругу на 90.

Струм досягає максимального значення в ті моменти часу, коли напруга дорівнює нулю. При максимальній напрузі струм припиняється (=0).

в дигр конденсатора

Можливі векторні діаграми:

Значення 1/(С) має розмірність опору (Ом) і називається реактивним опором ємності або ємнісним опором (позначається ХС) .

Якщо ємність конденсатора виразити в мікрофарадах, то реактивний ємкісний опір . Для постійного струму, коли f = 0, ХС = .

Потужність, що споживає конденсатор, визначається аналогічно потужності індуктивності. Отже в конденсаторі здійснюється періодичний обмін енергією між зовнішнім джерелом і електричним полем. Середня (активна) потужність дорівнює нулю.

Для кількісної оцінки інтенсивності обміну електричною енергією між джерелом і конденсатором введене поняття реактивної потужності QС = UI = I2 XС.




ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: лекція
Тема: Трифазна система.з’єднання обмоток генератора зіркою і трикутником.

Мета:

1. Навчальна – вивчення особливостей і способів одержання трифазного струму, правил з’єднання трифазних ланцюгів і співвідношення між параметрами.

2. Розвиваюча – поглиблення технічних знань студентів.

3. Виховна – виховання економічного мислення студентів при вирішенні виробничих питань.
Методичне та матеріально-технічне забезпечення: плакати «Трифазна система», «Трифазний трансформатор».
Організаційна структура лекції
1. Визначення навчальних цілей і мотивація – найбільш поширена трифазна електрична система, як найекономічніша.

2. Питання лекції

1.) Переваги трифазної системи.

2.) Одержання трифазних е.р.с.

3.) З’єднання обмоток генератора зіркою

4.) Основні співвідношення лінійних і фазних величин при з’єднанні зіркою.
3. Додаткові елементи заняття – 1. Яке з’єднання обмоток генератора частіше застосовується? 2. Як графічно відобразити параметри трифазних систем?

4. Висновки лекції, відповіді на можливі запитання – 1. Трифазна система найбільш економічна. 2. Фази обмоток трифазного генератора можуть бути з’єднанні зіркою і трикутником

Завдання для самопідготовки студентів – вивчити главу 5 «Трифазні електричні ланцюги» за підручником Ф.Є. Євдокимов «Общая электротехника»
Викладач В.В.Хоружий


Лекція

Тема. : Трифазна система з’єднання обмоток генератора зіркою і трикутником.

Мета:


  • вивчення особливості і способів одержання трифазного струму, способів з’єднання трифазних ланцюгів і співвідношення між параметрами ;

  • поглиблення технічних знань студентів;

  • виховання економічного мислення студентів при вирішенні виробничих питань.

Література: вивчити гл.5 «Трифазні електричні ланцюги» з підручника Ф.Е.Євдокимова «Загальна електротехніка».

План лекції



  1. Визначеня трифазного струму.

  2. З’єднання зіркою.

  3. З’єднання трикутником.

Трифазна система- сукупність трьох однофазних електричних ланцюгів (званих фазами), в яких діють три змінних напруги однакової частоти, зрушених по фазі один відносно одного; окремий випадок багатофазної системи. Найбільш поширені симетричні трифазні системи, напруга в яких синусоїдальна, рівні по величині і мають , рівний 120°. Трифазна система називається електрично незв'язаною, якщо окремими фазами є незалежні електричні ланцюги, і електрично зв'язаною, якщо її окремі фази електрично сполучені між собою.

ТРИФАЗНІ КОЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Ключові поняття: фаза трифазної мережі, трифазна система ЕРС, симетрична трифазна система ЕРС, пряма (зворотна) послідовність фаз, нейтраль, фазні ЕРС, лінійні ЕРС, з'єднання «зіркою» («трикутником»), симетричне навантаження, трифазне чотирипровідне коло, активна (реактивна, повна, комплексна) потужність трифазної системи.

Основні поняття і визначення

Об'єднання в одне коло декількох подібних за структурою кіл синусоїдального струму однієї частоти з незалежними джерелами енергії широко застосовується в техніці. Об'єднувані кола синусоїдального струму прийнято називати фазами, а всю об'єднану систему кіл - багатофазною системою. Таким чином, в електротехніці термін "фаза" застосовується у двох різних значеннях: по-перше, це параметр періодичного процесу, а по-друге - найменування складової частини багатофазної системи кіл синусоїдального струму. Найбільше розповсюдження дістала трифазна система
Для позначення фаз трифазної системи застосовують літери латинського алфавіту. Перша фаза має позначення А або а - початок фази, Х або х - кінець фази (прописні букви відносяться до джерела, а рядкові - до навантаження. Всю фазу називають фазою А, дві інші - фаза В і фаза С. Позначення трифазного генератора показане на рис. 6.1.

За початок фази приймають затискач, Позначення трифазного генератора

Кінці фаз джерела можна з'єднати один з одним, тоді в зовнішньому колі буде діяти сумарна ЕРС. Така система називається зв'язаною.

Трифазну систему ЕРС називають симетричною, якщо частоти й амплітуди ЕРС кожної з фаз однакові, синусоїдальні й зміщені відносно одна одної на кут 2π/3, тобто на 120° (рис. 6.2).

через який струм надходить у зовнішнє коло при позитивному його значенні.http://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_m615d0387.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_m701ba840.gif

в

Як видно з рис. 6.2,а, у симетричній трифазній системі сума миттєвих 

значень фазних ЕРС у будь-який момент часу дорівнює нулю:

еа + ев + ес = 0. (6.2)

За аналогією можна записати й для діючих значень векторів:
На векторній діаграмі (рис. 6.2,б) фаза В відстає від фази А, а фаза С - від фази В. Таке чергування фаз АВСназивають прямою послідовністю, а чергування фазАСВ - зворотною послідовністю. Послідовність фаз визначають спеціальним приладом - фазопокажчиком.

Як трифазне джерело електричної енергії в основному використовують трифазні синхронні генератори, що перетворюють механічну енергію на електричну, кожна з трьох обмоток якоря якого є джерелом однофазної синусоїдальної ЕРС.

До трифазних споживачів електричної енергії належать трифазні синхронні й асинхронні двигуни й трансформатори (з навантаженням), електричні печі, прилади електричного освітлення та ін.

Існують різні способи з'єднання фаз трифазних джерел живлення й трифазних споживачів електроенергії. Найпоширенішими є з'єднання «зірка» і «трикутник». При цьому способи з'єднання фаз джерел і фаз споживачів у трифазних системах можуть бути різними. Фази джерела звичайно з'єднані «зіркою», фази споживачів з'єднують або «зіркою», або «трикутником».

^  Схеми з'єднання обмоток трифазного генератора

Фази обмотки трифазного генератора можуть бути з'єднані в «зірку» (рис.6.3,а) або в «трикутник» (рис.6.3,б).

При з'єднанні в «зірку» кінці фаз об'єднують в одну точку N (рис. 6.3,а), що називається нульовою або нейтраллю. Навантаження можна підключати до затискачів N - А, N - В, N - С або А - В, В - С, С - А.

Розрізняють фазні ЕА, ЕВ і ЕС і лінійні ЕАВ, ЕВС і ЕСА ЕРС, які, як видно з рис. 6.3,в, зв'язані між собою виразами:




http://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_5e316a4d.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_mb23b833.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_7f6d1cfa.gif

У симетричній системі система лінійних ЕРС симетрична При цьому співвідношення між фазними і лінійними ЕРС має 


вигляд



http://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_7b0f5b1.gif

При з'єднанні фаз джерела в «трикутник» навантаження підключають до його вершин (рис. 6.3,б). При цьому лінійні й фазні ЕРС і напруги будуть рівhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_120e7f4c.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_31c719d5.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_m780d4a3f.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_7b0f5b1.gif





ними між собою: Еф = Ел; Uф = Uл. Таке з'єднання можливе тільки при симетричному джерелі. У цьому випадку фази утворюють замкнутий контур, струм в якому відсутній.

Практично неможливо виконати всі обмотки однаковими, тобто ЕРС завжди несиметричні. У схемі з'являються зрівнювальні струми, що небажано. Тому практично завжди (за окремим винятком) обмотки генератора з'єднують «зіркою».

Приймачі електричної енергії можуть бути з'єднані в «трикутник» і в «зірку». Для електричних кіл змінного струму стандартом передбачена шкала лінійних напруг: 127, 220, 380, 500, 660 В.

^  З'єднання трифазних споживачів «зіркою»

При з'єднанні фаз трифазного джерела живлення електроенергії «зіркою» (рис. 6.4) кінці його фаз X, В, Z об'єднують в спільну нейтральну точкуN, а початки фаз А, В, С підключають до відповідних лінійних проводів Аа, Вb, Сс. Аналогічно при з'єднанні трифазних споживачів поєднують в нейтральну точку п кінці їхніх фаз х, в, z, при цьому початки фаз а, b, с підключають до лінійних проводів електричної мережі.

Напруги UА, Uв, UС, що діють між початками й кінцями фаз джерела живлення, є його фазними напругами, а напруги, Uа, Ub, Uс , що діють між початками й кінцями фаз споживача є фазними напругами споживача. Напруги UАВ, UвС, UСА, що діють між початками фаз джерела й напругиUаb, Ubс, Uса, що діють між початками фаз споживача, є лінійними напругами.

На схемі рис. 6.4 наведені умовні позитивні напрямки фазних і лінійних напруг. Лінійні струми Іл у лініях живлення (ІА, Ів, ІС) при з'єднанні трифазного джерела живлення й трифазного споживача електроенергії «зіркою», умовний позитивний напрямок яких показаний на схемі рис. 6.4, одночасно є і фазними струмами Іф, що протікають по фазах споживача (ІА, Ів, ІС ). Тому, в розглянутому випадку, при наявності симетричної трифазної системи при з'єднанні фаз споживача «зіркою» лінійні струми дорівнюватимуть фазним струмам:

ХС = ХФ . Значення фазних коефіцієнтів потужності cosφA= соsφB = =cosφC = cosφф також будуть рівними.

Трифазні споживачі електроенергії можуть бути симетричними й несиметричними. Для симетричних споживачів справедливі співвідношення, отримані для трифазних симетричних джерел живлення. При цьому (рис. 6.4) Uа = Ub =Uc = UфUAB = UBC = UCA = UЛZа = Zb = Zc = Zф; Ra =Rb = Rc = Rф;



Ха = Хb = Хс = Хф cosφa = cosφb = cosφc = cosφФ. Співвідношення між фазними й лінійними напругами визначають як

http://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_4a79f9b.gifhttp://zavantag.com/tw_files2/urls_22/48/d-47970/47970_html_m1e9793d4.gif


ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: лекція тематична


Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал