Соединения звездой
При соединении звездой концы обмоток фаз соединяются вместе в одной точке (в нашем случае показаны как x,y,z), которая носит название нейтральной точки или нуля, и обозначается буквой N. Также нейтральная точка (нейтраль) или ноль может быть соединена с нейтралью источника, а может быть и не соединена. В случае, когда нейтрали источника и приемника электрической энергии соединены, такая система будет называться четырехпроводной, а в случае если не соединены – трехпроводной.
Резонанс токов
На рис. 3 изображена схема замещения параллельно включенных катушки индуктивности (с учетом ее активного сопротивления) и конденсатора.
Рис. 3. Параллельное соединение резистивного, индуктивного и емкостного элементов
Векторная диаграмма токов и напряжений для данной цепи изображена на рис. 4.
Рис. 4. Векторная диаграмма токов и напряжений для параллельной цепи
Ток в цепи катушки Ik может быть представлен в виде двух составляющих: активной Ia, совпадающей по фазе с напряжением U, и реактивной IL, отстающей от напряжения на угол 90º. Ток емкостной цепи Ic, сдвинут по фазе относительно напряжения также на 90º, но в сторону опережения.
Следовательно, ток Ic направлен встречно реактивному току индуктивности IL.
Произведя геометрическое сложение векторов Ia и IL, находим ток катушки Ik, который сдвинут по отношению к напряжению на угол φk; складывая, далее вектор Ik с вектором Ic, получаем ток I в неразветвленной части цепи. Ток I в общем случае смещен по отношению к напряжению на угол φ.
Для практического построения векторной диаграммы параллельной цепи измеряют при включенной емкости ток катушки Ik, который представляет, как сказано ранее, геометрическую сумму токов Ia и IL.
Угол сдвига фаз тока Ik и напряжений U определяются при C=0 по формуле:
,
где
— мощность, измеряемая ваттметром, Вт;
— подводимое напряжение, В;
— ток катушки индуктивности, А.
Ток Ic измеряется амперметром в цепи емкости и откладывается на диаграмме под углом 90º в сторону опережения.
Из диаграммы рис. 4. видно, что включение емкости параллельно приемнику электрической энергии, который обладает, как большинство приемников (асинхронные двигатели, трансформаторы и др.), индуктивностью, компенсирует реактивную составляющую тока приемника IL и, следовательно, улучшает коэффициент мощности цепи.
В частном случае, когда емкостной ток равен току индуктивности Ic=IL, возникает резонанс токов.
На рис. 5. изображена векторная диаграмма для случая резонанса, из которого видно, что геометрическая сумма реактивных токов (Ic и IL) равна нулю, ток в неразветвленной части цепи в этот момент имеет наименьшее значение (равен активному току Ia) и совпадает по фазе с приложенным напряжением (cosφ=0).
Так как IL=UbL
, аIc=Ubc то условием резонанса токов будет равенство реактивных проводимостей bL=bc, где bL — реактивная проводимость индуктивности, а bc — реактивная проводимость емкости.
Для схемы замещения параллельно включенных катушки индуктивности и конденсатора (рис. 3) реактивные проводимости можно определить следующим образом:
, т.е.
, т.е.
Условием резонанса токов для данной схемы будет равенство
Отсюда следует, что резонанс тока, в отличие от резонанса напряжений, можно получить, изменяя любую из 4-х величин: L, C, f, R.
Представляет особый интерес цепь из двух параллельно соединенных идеальных индуктивного и емкостного элементов (рис. 6).
Рис. 5. Векторная диаграмма для резонанса токов.
Рис. 6. Параллельное соединение идеальных индуктивного и емкостного элементов.
Реактивные токи параллельной цепи на основании закона Ома могут быть выражены через напряжение U и соответствующие сопротивления цепей
,
,
Из формул следует, что в момент резонанса, когда IL=Ic , равны реактивные проводимости параллельных цепей
.
Общий ток цепи равен нулю (I=0), хотя в каждой из ветвей проходит ток
.
Подставив в равенство проводимостей значение
, получим
.
Следовательно, резонанс токов в идеальном контуре, как и резонанс напряжений, можно получить изменением одной из трех величин L, C и
.
Резонанс токов, в отличие от резонанса напряжений – явление, безопасное для электрической установки. Более того, резонанс токов дает возможность повысить коэффициент мощности энергетической установки.
Источник
Соединение треугольником
А вот при соединении в треугольник концы обмоток не соединяются в общую точку, а соединяются с началом следующей обмотки. А именно, конец обмотки фазы А (на схеме указан х) соединяется с началом фазы В, а конец фазы (y) соединяется с началом фазы С, и, как вы наверно уже догадались, конец фаз С (z) с началом фазы А. Также следует помнить, что если при соединении в звезду система может быть как трехпроводной, так и четырехпроводной, то при соединении в треугольник система может быть только трехпроводной.
Может сложится впечатление, что при таком соединении в контурах может начать протекать электрический ток даже в случае когда будет отключена нагрузка. Однако это обманчивое впечатление, поскольку при симметричной системе ЭДС будет выполнятся равенство Еа + Еb + Ес = 0.
Какое соединение проводников называется параллельным
Создание электрического тока и его дальнейшая передача потребителям осуществляется с помощью электрической цепи. Данные цепи связаны между собой разными способами, поэтому часто возникает вопрос, какое соединение проводников называется параллельным, а какое – последовательным. Оба варианта имеют принципиальные отличия. Использование таких соединений на различных участках, позволяет выполнять необходимые регулировки таких значений, как сила тока и напряжение. Смешанные типы соединений успешно применяются в электрических и радиоэлектронных схемах.
Какое соединение называется последовательным
Свойства последовательного соединения лучше всего рассматривать в совокупности с резисторами, у которых может быть одинаковое или разное сопротивление. Последовательным называется такой вид соединения, когда все элементы поочередно соединяются между собой. То есть начало одного резистора подключено к концу второго, а начало второго соединяется к концом третьего и т.д. Правильные расчеты последовательного соединения влияют на количество и характеристики приборов, подключаемых к такой цепи.
В качестве примера будет рассматриваться электрическая цепь, состоящая из двух потребителей – ламп, обладающих сопротивлением, а также источника питания и ключа для включения и выключения питания.
На схеме № 1 вместо резисторов были включены две лампочки с собственным сопротивлением. Кроме того, в цепь последовательно с нагрузкой включен амперметр, измеряющий силу тока, а к каждой лампе подключены вольтметры для замеров напряжения или падения напряжения. Источник питания обеспечивает цепь электроэнергией, а ключ служит для замыкания и размыкания цепи.
На обоих схемах амперметр расположен в разных местах. Однако при замыкании ключа, его показания остаются одинаковыми в том и другом случае. Следовательно, сила тока в лампах №№ 1 и 2 будет одинаковой. Точно таким же будет и значение тока, протекающего во всей цепи: I = I1 = I2.
Бестрансформаторный блок питания
После замеров силы тока на каждой лампе измеряется напряжение. Затем этот параметр определяется сразу на двух лампах. В результате измерений общее напряжение, определенное с помощью вольтметра, составит сумму напряжений каждой из ламп: U = U1 + U2. Основным условием данного эксперимента является наличие одинаковых ламп, вольтметров и источников тока.
В завершение остается исследовать характеристики общего сопротивления. На основании полученных результатов измерений силы тока и напряжения, можно сделать следующий вывод: Rобщ = R1 + R2. То есть было фактически было получено эквивалентное сопротивление цепи, в которой все проводники, соединенные последовательно, могут быть заменены аналогичным проводником с таким же сопротивлением. В рассматриваемом случае оно будет равно сопротивлению обеих ламп, имеющихся в цепи.
Формула эквивалентного сопротивления была получена на основании закона Ома: I = U/R. После этого получить нужный результат было уже несложно: R = U/I. Как уже было установлено, общее напряжение представляет собой сумму напряжений каждой лампы. При одинаковой силе тока на всех участках, получается следующее равенство: U/I = U1/I1 + U2/I2. В этой формуле каждая дробь является соответствующим сопротивлением – обеих нагрузок и общего. Значение общего сопротивления всегда превышает сопротивление любой из нагрузок, включенных в последовательную цепь.
Фазные и линейные напряжения и токи
В трехфазных электрических сетях существуют два вида напряжений и токов — линейные и фазные.
Под фазным напряжением понимают напряжение между началом и концом отдельной фазы электроприемника, а под фазным током – ток, протекающий в одной из фаз электроприемника.
При использовании соединения в звезду (см. рисунки выше) фазными напряжениями будут U/a, U/b, U/c, и, соответственно токами Ia, Ib, Ic. При использовании соединения обмоток генератора или же нагрузки треугольником фазными напряжениями, соответственно, будут U/a, U/b, U/c, а токами Iac, Iba, Icb.
Линейными напряжениями будут напряжения между началами фаз или же между линейными проводами. Линейным током будет называться ток, который протекает в проводах линейных между источником питания и соответствующей нагрузкой.
При использовании соединении в звезду токи линейные будут с фазными равны, а линейные напряжения с таким типом соединения будут равны Uab, Ubc, Uca. При использовании соединения в треугольник ситуация противоположна – линейные и фазные напряжения равны, а токи линейные будут равны Ia, Ib, Ic.
При расчете и анализе трехфазных цепей не последнее значение имеет положительное направление ЭДС токов и напряжений, так как от направления этих ЭДС напрямую зависит знак в уравнениях, которые составляются по закону Кирхгофа, и, как следствие, соотношение на векторных диаграммах между векторами.
Соединение приемников электрической энергии
Существуют последовательное и параллельное соединения проводников.
Последовательное соединение — это соединение элементов, при котором конец первого элемента является началом второго, конец второго началом третьего и т.д.
При последовательном соединении приемников ток в цепи не изменяется, а напряжение равно сумме напряжений на каждом элементе, общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений эл. приемников.
I=U/R1+R2+R3=U/R
U=U1+U2+U3
Смешанное соединение приемников — это когда в схеме или в эл, цепи есть последовательное и параллельное соединение. На рис. 1.1,а приемники с сопротивлениями соединены последовательно и подключены к источнику энергии с напряжением U. По всем участкам последовательной цепи проходит один и тот же ток I. По закону Ома, напряжения на отдельных сопротивлениях
U1 = Ir1, U2 = Ir2, U3 = Ir3
При последовательном соединении приемников сумма напряжений на отдельных приемниках равна напряжению на зажимах цепи, т. е.
Параллельное соединение — это соединение, при котором начала всех элементов соединены в одну точку, а концы всех элементов — в другую точку и к обеим точкам приложено напряжение.
При параллельном соединении ток в цепи равен сумме токов в каждой ветви, напряжение не изменяется, а общее сопротивление в цепи находится через обратное сопротивление и равно сумме обратных сопротивлений в каждой ветви.
I=I1+I2+I3=U/R1+U/R2+U/R3=U(1/R1+1/R2+1/R3)=>1/R=1/R1+1/R2+1/R3=>I=U/R
Смешанное соединение приемников — это когда в схеме или в электрической цепи есть последовательное и параллельное соединение.
Недостатком последовательного соединения приемников является зависимость напряжения на каждом из них от сопротивлений других приемников. В том случае, когда из строя выходит один приемник, ток отключается и в остальных приемниках.
Первый закон Кирхгофа. Порядок составления уравнений по 1 закону Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа (закон Кирхгофа для узлов) гласит:
алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю, то есть
.
При составлении уравнений согласно первому закону Кирхгофа необходимо задаться условно-положительными направлениями токов во всех ветвях, обозначив их на схеме стрелками. В приведенном выражении со знаком плюс записываются токи с условными положительными направлениями от узла, а со знаком минус – с условными положительными направлениями к узлу (или наоборот).
Первый закон Кирхгофа может быть сформулирован по другому: сумма токов, направленных от узла, равна сумме токов, направленных к узлу.
Например, для узла цепи на рисунке можно записать
или .
Этот закон является следствием того, что в узлах цепи постоянного тока заряды не могут накапливаться. В противном случае изменялись бы потенциалы узлов и токи в ветвях.
Рисунок
Если в результате расчета электрической цепи будет получено для некоторого тока положительное число, то это значит, что ток имеет действительное направление согласно стрелке. Если же будет получено отрицательное число, то этот ток в действительности направлен против стрелки.
Дата добавления: 2018-04-04 ; ;
Способы соединения источников тока.
Последовательное соединение.
В данной схеме «плюс» одного источника соединяется с «минусом» другого.
При этом ЭДС источников складываются Е0бщ = Е1 + Е2,поэтому данный способ используется для увеличения общего напряжения Uобщ = U1 + U2. Применяется тогда, когда напряжение для потребителя недостаточно, но один источник тока способен выдержать весь ток нагрузки.
2.Параллельное соединение
При параллельном соединении «плюс» одного источника соединяется с «плюсом» другого (соответственно соединяются и «минусы»).
При равенстве ЭДС, ток через потребитель не изменяется, но уменьшается ток через каждый из источников, что позволяет поддержать большой ток нагрузки (если для одного источника потребитель слишком мощный).
Но при этом очень важно чтобы источники имели одинаковые параметры (то есть были одного и того же типа — Е1 = Е2, r1 =r2), иначе между ними будут проходить вредные уравнительные токи, которые могут повредить их.
Параллельное соединение применяется, когда мощный потребитель нужно запитать от маломощных источников.
Смешанное соединение
Выполняется, когда нужно увеличить и напряжение и поддержать большой ток нагрузки. Т.е. когда ЭДС одного источника не хватает для напряжения на потребитель и один источник не способен выдержать весь ток нагрузки
Работа и мощность электрического тока
Работа тока – это энергия, которая выделяется при прохождении тока по проводнику. Работа электрического тока равна произведению напряжения, тока и времени. Работа электрического тока измеряется в Вт· сек, кВт· час ( kW · h )
А = U · I · t , [Вт · сек ]. 1 кВт · ч = 3600000 Вт · сек
Мощность – это работа (энергия), совершенная (выделенная) за единицу времени:
P = А/t ;
Электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. P = U · I , [Вт, W ], (Ватт)
Мощность любой электрической машины определяет:
1) способность машины преодолевать механическую нагрузку на валу;
2) расход электроэнергии;
3) силу тока в цепи.
Прим. При включении в бытовую электрическую сеть напряжением 220В электрического прибора мощностью в 1 кВт в цепи протекает ток около 4,5 А.
Тепловое действие тока.
Количество тепловой энергии, которая выделяется при прохождении тока по проводнику, определяется законом Джоуля – Ленца:
Q = I ² · R · t , [Дж] (Джоуль).
Прим. 1 Дж = 1 Вт · сек, 1л.с.(лошадиная сила)≈760Вт
1.20. Плотность тока.
Плотность тока определяет силу тока, приходящуюся на один квадратный миллиметр площади поперечного сечения проводника.
δ (дельта (греческий)) = I / S, [А/ мм²]
В зависимости от материала проводника, класса изоляции, типа проводки и условий охлаждения определяют номинальную и допустимую (предельную) плотность тока, превышение которой может повредить изоляцию
А А
Пример (для алюминиевых проводов): δ ном ≈ 6 —— , δ доп ≈ 9 ——
мм² мм² ,
при большей плотности тока плавится изоляция. Это значит, что стандартная алюминиевая проводка сечением 2.5 мм² рассчитана на ток 16А (мощность около 3,5кВт). Предельный ток 23 – 24 А (около 5 кВт). Для медного провода данные значения выше на 30-40%.
Упрощенно, для подбора сечения проводов, используется следующее соотношение: для алюминия – 1 мм² сечения на 1кВт. Для меди — 1 мм² на 2 кВт мощности потребителей.
Переходное сопротивление.
Это повышенное сопротивление контактов из–за их подгара, малой площади контакта, силы нажатия, окисления и т.п. Из-за недостаточной эффективной площади контакта увеличивается плотность тока и происходит переброс тока по воздуху в виде искрения. Нагрев контактов ускоряет процесс окисления, качество контакта еще более ухудшается.
Для уменьшения переходного сопротивления контакты зачищают, облуживают, вставляют в наконечники, соединяют клеммами, спаивают, выполняют посеребрение контактных поверхностей
Раздел. Электромагнетизм.
Магнетизм —это свойство некоторых тел притягивать к себе железные предметы. Такие тела называют магнитами. Они бывают естественные и искусственные.
Свойства магнитов.
ü Наибольшей силой притяжения обладают полюса (в магнетизме, в отличие от электричества полюса обозначаются не (+) и (-), а север (N) и юг (S) от английских слов North и South).
ü Одноименные полюса – отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
ü Разделить полюса невозможно (если разрезать магнит — получиться два отдельных магнита со своими парами полюсов).
ü Магниты размагничиваются от нагреваний и ударов (вибрации).
Магнитное поле
Магнитное поле — это особый вид материи, который образуется:
Ø Вокруг магнитов;
Ø Вокруг движущихся электрических зарядов, т.е. проводников с током;
Ø При изменении электрического поля.
Всякое изменение электрического поля образует магнитное поле и, наоборот, изменение магнитного поля порождает электрическое. Такое взаимодействие полей называется — электромагнитные волны.В том числе: радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое, инфра-красное излучение и пр.
Магнитное поле обозначается силовыми линиями, которые (в отличие от электрических силовых линий) всегда замкнуты, располагаются не только снаружи, но и внутри источника и направлены в ту сторону, куда поворачивается северный конец магнитной стрелки компаса,т.е.снаружи источника магнитные силовые линии направлены от севера (N) к югу (S).
Примечание: электрические и магнитные поля распространяются во взаимоперпендику-лярных плоскостях.
Силовые линии магнитного поля проводника с током распространяются в плоскости, перпендикулярной направлению тока. Направление этих силовых линий определяется по правилу буравчика:буравчик мысленно вворачиваем по направлению электрического тока в проводнике, тогда направление вращения его рукоятки будет указывать направление магнитных силовых линий. Направление тока обозначается крестом (ток – от нас) или точкой (ток – к нам).
Прим. Направление тока в проводнике определяется при помощи стрелки. Если стрелка показывает своё оперение, то ток направлен от нас, если свое остриё, то к нам.
