РАЗДЕЛ I . Поурочные разработки по физике к учебнику С. В. Громова

Урок 36. Переменный электрический ток

Цель: дать понятие переменного тока.

I. Анализ контрольной работы

II. Изучение нового материала

Переменный ток в обычной квартире, применяемый на заводах и фабриках, представляет собой вынужденные электрические колебания. Эти колебания легко обнаружить с помощью осциллографа. Тогда временная развертка будет представлять собой синусоиду. Частота колебаний напряжения в цепи равна 50 Гц. На протяжении 1 с ток 50 резко поменяет свое направление.

ε — мгновенное значение ЭДС. BS Ф — амплитуда ЭДС.

φ_о — начальная фаза;

Если Δφ = 0,2 п. (3 п., 5 п., и т. д.), об этом говорят соответствующие колебания в противофазе, максимум одних колебаний приходится на минимум других.

Если Δφ = 0,2 п. (4 п. и т. д.), колебания происходят в одной фазе, они одновременно будут достигать максимума и одновременно будут проходить через нуль.

Колебания силы тока и напряжения в цепи с переменным током не совпадают по фазе.

Так как сила тока и напряжение непрерывно меняются, тогда

Эта мощность в некоторый момент времени оказывается положительной, а в некоторый момент — отрицательной (электрическая цель не потребляет энергии, а, наоборот, отдает запасенную обратно генератору).

Это — действующие или эффективные значения силы тока.

III. Закрепление изученного

1. Что называется действующим значением переменного тока?

2. Какие значения силы переменного тока называют мгновенными? амплитудными?

3. Какие формулы выражают связь действующих значений ЭДС, напряжения и силы переменного тока с их амплитудными значениями?

4. Начертите график переменного тока и раскройте суть определения переменного тока.

IV. Решение задач

1. Рамка, по которой проходит ток, равномерно вращается в однородном магнитном поле, индукция которого 4 мТл, с частотой 20 с -1 . Площадь рамки 20 см 2 . Ось вращения рамки лежит в ее плоскости и перпендикулярна вектору индукции поля. Найти максимальный магнитный поток сквозь плоскость рамки и ЭДС индукции, возникающей в рамке при ее вращении. Написать уравнение. (Ответ:

2. Напряжение на концах участка цепи, по которому течет переменный ток изменяется с течением времени по закону В момент времени Т/12 мгновенное значение равно 10 В. Найти амплитуду напряжения. (Ответ: U _м = 11,5 В.)

3. Электродвижущая сила в цепи переменного тока выражается: ε = 120 sin 628 t , где t выражено в секундах, ЭДС — в вольтах. Определите ее действующее значение ЭДС и период ее изменения. (Ответ: Т = 0,01 с, ε = 85 В.)

4. Значение силы тока, измеренное в амперах, задано уравнением: I = 8,5 sin (314 t + 0,651). Определить действующее значение тока, его начальную фазу и частоту. Найти ток при t ₁ = 0,08 с. (Ответ: I = 6 А; х = 50 Гц; Р₀ = 0,651; I = 5,1 А)

www.compendium.su

Электродвижущая сила в цепи переменного тока меняется со временем по закону

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ЕЕ ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

При передаче и распределении электрической энергии возникает необходим ость в применении различных напряжений: высокого – для передачи энергии на большие расстояния и низкого – для питания я приемников энергии. Такое преобразование напряжений легко осуществляется лишь при переменном токе.

Для этого используют электромагнитные аппараты — трансформаторы, имеющие простое устройство и высокий КПД. Поэтому современная энергетика построена на использовании переменного тока, который получают на электрических станциях с помощью синхронных генераторов.

Наиболее распространен синусоидальный ток ί= I _m sin ω t , график которого см. на рисунке.

Электрический ток, изменяющийся с течением времени, называют переменным токо м.

Если его мгновенные значения и направления через равные промежутки времени (периодически) повторяются, то его называют периодически повторяющимся.

Электрические цепи периодического переменного тока классифицируются в зависимости от формы кривой тока и его частоты, характера параметров, сложности электрических схем замещения, назначения.

Электрические цепи переменного тока классифицируются:

Синусоидальный переменный ток получил наиболее широкое применение в электроэнергетике. Генераторы всех электростанций мира генерируют электрический ток синусоидальной формы, без скачков и резких перепадов, что благоприятно сказывается на работе электрических машин и аппаратов.

Однофазной электрической цепью синусоидального тока называют цепь, содержащую один или несколько источников электрической энергии переменного тока, имеющих одинаковую частоту и начальную фазу.

Интервал времени , через который повторяются значения электрической величины называют периодом (Т).

Величину, обратную периоду называют частотой переменного тока f . Частота переменного тока измеряются в Герцах (Гц).

Величину ω= 2π/Т= 2πƒ- называют угловой частотой и выражают в рад,с

Угол ψ₁ называют начальной фазой переменного тока. Начальная фаза определяет мгновенное значение тока в момент времени t =0

Величину ω t + ψ₁ называют фазой.

ƒ = р n /60 – частота

р- число пар полюсов

n – число оборотов ротора в минуту

Переменный ток во всех участках электрической цепи с резистором R , индуктивной катушкой L и конденсатором С может существовать длительно и как ток проводим ости, и как ток смещения.

Все элементы электрической цепи обладают одновременно индуктивностью L , емкостью С и электрическим сопротивлением R .

В элементах L и С энергия магнитного и электрических полей периодически с частотой тока изменяется. Поэтому элементы L и С электрической цепи переменного тока называют реактивными, а их способность противодействовать переменному току называют реактивным сопротивлением элементов.

Для элемента L это сопротивление называют индуктивным и обозначают Х _L , для элемента С – емкостным сопротивлением и обозначают Х_с

Электрическая цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами:

Они влияют на величину и начальную фазу переменного тока, возникающего в цепи при переменном напряжении. В элементах цепи, имеющих сопротивление, электрическая энергия преобразуется в тепло.

В элементах же цепи с индуктивностью и емкостью энергия в виде тепла не выделяется, а периодически накапливается а магнитном и электрических полях, а затем возвращается к источнику электроэнергии. Такие элементы цепи называют реактивными. Влияние этих элементов на величину переменного тока учитывается реактивными сопротивлениями.

Обычно цепь имеет три параметра r , L и С, но некоторым из них в ряде случаев можно пренебречь. Например, лампы накаливания, резисторы, нагревательные приборы обычно характеризуются только активным сопротивлением, ненагруженные трансформаторы – индуктивностью, а кабельные линии без нагрузки – емкостью.

Пусть цепь с некоторым сопротивлением r подключена к источнику питания с синусоидальным изменяющимся напряжением

u – мгновенное значение напряжения

U _m – амплитудное значение напряжения

ωt – фаза напряжений

По закону Ома, мгновенное значение тока в этой цепи

Синусоидальное напряжение и ток рассматриваемой цепи имеют одинаковые фазы. Следовательно, напряжение и ток в цепи с активным сопротивлением совпадают по фазе. Векторная диаграмма показана на рисунке

Если обе части уравнения I m = U _m /r разделить на √ 2 , то получим

U_m / ( √ 2 r )= I_m √ 2 или I = U / r — это является математическим выражением закона Ома

По цепи с сопротивлением r =10 Ом проходят синусоидальный ток

ί= 14,1 sin ω t . Определить действующее напряжение на сопротивлении

Действующее значение переменного тока I= I _m √ 2 = 14,1 √ 2= 10А

По закону Ома I = U / r

Действующее значение выражения U= Ir = 10 х 10 = 100В

Мгновенная мощность равна произведению мгновенного значения напряжения на мгновенное значение тока: р= uί = UI- UI cos 2 ωŧ

На рисунке показан график мгновенной мощности р. При ŧ=0 ί=0

u=0 р=0 В первую половину периода с увеличением напряжения и тока увеличивается и мощность р. Достигнув амплитудного значения

U _m I_m мгновенная мощность уменьшается до нуля. Во вторую половину пери ода напряжение и ток отрицательны, но мощность попрежнему положительна, так как перемножение двух отрицательных величин дает положительную: р= uί

Положительное значение мощности указывает на то, что цепь всегда потребляет энергию от источника, преобразуя ее в тепло. Среднюю за период мощность называют активной и обозначают буквой Р.

Р= UI = I 2 r= U 2 /,r

Активное напряжение U_а = ίr

Ζ= √ r 2 + Х _L 2 – полное сопротивление цепи

r = U_а / I – активное сопротивление

Х _L = U _L / I – индуктивное сопротивление

u = I √ r 2 + Х _L 2 – напряжение на зажимах катушки

Расчет цепей переменного тока облегчается, если изображать синусоидально изменяющиеся токи, напряжения, эдс вращающимися векторами.

Пусть требуется изобразить вращающимся вектором синусоидальный ток ί= I _m sin (ω t + ψ)

Для этого возьмем прямоугольную систему координат хО у . Из начала координат под углом \|/ проведем вектор 1 _m , длина которого в выбранном масштабе равна амплитудному значению тока 1 _m Если вектор 1 _m вращать против движения стрелки часов с угловой скоростью ω= 2π/Т= 2πƒ , то его проекция на ось координат будет изменяться по синусоидальному закону. Предположим, что за время ŧ вектор повернулся на угол ω t /

Тогда проекция вектора на ось координат Оа=АВ= I _m sin (ω t + ψ) Значит, отрезок Оа соответствует мгновенному значению переменного тока. Причем одному обороту вектора I _m будет соответствовать полный цикл изменений синусоидального тока.

Совокупность векторов, изображающих на одном чертеже несколько синусоидальных величин одной частоты, называется векторной диаграммой.

Векторы, изображенные на такой диаграмме, имеют одинаковую угловую скорость со. Поэтому их взаимное расположение на чертеже не меняется. Следовательно, при построении векторных диаграмм один вектор можно направить произвольно, а остальные расположить по отношению по отношению к первому под углами, равными соответствующим углам сдвига фаз и оси координат на четверть.

В большинстве случаев векторные диаграммы цепей переменного тока служат для определения соотношений между действующими значениями напряжений и токов

Построить векторную диаграмму синусоидальных токов: I₁ = 10 sin ω t 1₂=5 sin (ω t — 120°) 1₃= 5 sin (ω t +120°)

Начальная фаза тока I₁ = 10 sin ω t равна нулю. На векторной диаграмме этот ток изображается вектором I _{1 m} , совпадающим с положительным направлением оси абсцисс. Ток 1₂=5 sin (ω t — 120°) отстает по фазе от тока ί₁ на 120° и начальная фаза его отрицатель ная (-120°). Поэтому вектор I _{2 m} повернут относительно вектора I _{1 m} по ходу часовой стрелки на 120°.

Ток 1₃= 5 sin (ω t +120°) опережает по фазе ток ί₁ на 120°, его начальная фаза равна +120 .. Длины векторов I _{1 m} , I _{2 m} I _{3 m} в выбранном масштабе выражают максимальное знач

ИНДУКТИВНОЕ И ЕМКОСТНОЕ С ОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В электрической цепи катушки индуктивности L (рис. а), подключенной к источнику синусоидального напряжения, возникает синусоидальный ток ί= I _m sin ω t

Синусоидальный ток ί в витках катушки с индуктивностью L возбуждает магнитное поле; эта связь характеризуется потокосцеплением ψ= ωФ= L ί= L I _m sin ω t , откуда следует что Ф= Ф _m sin ω t

Ф _{m –} амплитуда магнитного потока

Таким образом при синусоидальном токе на участке цепи с индуктивностью L магнитный поток Ф также синусоидальный и совпадает по фазе с током ί

Совпадают по фазе также векторы тока I _m и магнитного потока Ф _m , показанные на векторной диаграмме (рис. б)

Кроме того, графики изменения во времени тока и магнитного потока Ф( рис. в) имеют в любой момент времени одинаковые фазы. В свою очередь, возбуждаемый током магнитный поток индуцирует в витках этой же катушки электродвижущую силу самоиндукции е _L ,

которая изменяется пропорционально скорости изменения тока в цепи и зависит от индукции катушки, т.е.

Запишем выражение для напряжения на зажимах катушки с индуктивностью u _L = ω LI_m sin (ω t – π /2) т.е. на участке с индуктивностью напряжение опережает ток на четверть периода

В электрической цепи конденсатор С подключен к источнику синусоидального напряжения (рис. а)

При изменении напряжения на зажимах конденсатора между его обкладками возбуждается электрическое поле, которое изменяется во времени , как и напряжение, по синусоидальному закону. По воздействием сил поля ток в цепи изменяется пропорционально скорости изменения зарядов на пластинах конденсатора.

Выражение для тока через емкость примет вид

ί = ωСU sin (ω t + π /2)

Таким образом, мгновенное значение тока в цепи на участке с емкостью, изменяясь во времени, опережает напряжение на четверть периода, т.е. фазовый угол между током и напряжением составляет φ = π /2

Х_с = 1/ ωС – емкостное сопротивление

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

Цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью представляют собой общий случай соединения активных и реактивных сопротивлений и является последовательным колебательным контуром (см. схему)

Принимаем фазу тока нулевой: ί= I _m sin ω t

Тогда напряжение на активном сопротивлении

напряжение на индуктивности u _L =U _Lm sin (ω t + π /2)

напряжение на емкости u_С=U _{С m} sin (ω t — π /2)

Построим векторную диаграмму при условии Х _L > X _С

Вектор результатирующего напряжения замыкает многоугольник векторов U _R U _L U _С

Вектор U _L + U _С определяет напряжение на индуктивности и емкости.Как видно из диаграммы, это напряжение может быть меньше напряжения на каждом из участков в отдельности. Это объясняется процессом обмена энергией между индуктивностью и емкостью.

Ζ= √ R 2 + ( Х_L – Х_С) – полное сопротивление цепи

Разность между индуктивным и емкостным сопротивлением

Х_L – Х_С = Х называют реактивным сопротивлением цепи.

Учитывая это получим треугольник сопротивлений для цепи с R L и С.

При Х _L 2 + Q 2 – полная мощность

РЕЗОНАНСНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЦЕПИ

Пусть электрическая цепь содержит одну или несколько индуктивностей или емкостей (рис. 5.25).

Под резонансным режимом работы цепи принимаю режим, при котором сопротивление является чисто активным. По отношение к источнику питания элементы цепи ведут себя в резонансном режиме как активное сопротивление, поэтому ток и напряжение в неразветвленной части совпадают по фазе. Реактивная мощность цепи при этом равна нулю.

Различают два основных режима:

Резонансом напряжений называют явление в цепи с последовательным контуром, когда ток в цепи совпадает по фазе с напряжением источника.

Для того чтобы ток цепи совпадал по фазе с напряжением, реактивное сопротивление должно быть равно нулю.

Условием резонанса напряжений является Х=0 или Х _L = X _С

ƒ — частота источника питания

При резонансе напряжений частота источника равна собственной частоте колебаний контура

ƒ =1/2π √ LС= ƒ ₀ – формула Томсона, определяющая зависимость собственной частоты колебаний контура ƒ ₀ от параметров L и С.

Если конденсатор контура зарядить от источника постоянного тока, а затем замкнуть его на индуктивную катушку, то в контуре возникает переменный ток частоты ƒ ₀.

Признаки резонанса напряжения:

· сопротивление цепи Ζ= R минимальное и чисто активное

· ток цепи совпадает по фазе с напряжением источника и достигает максимального значения

· напряжение на индуктивной катушке равно напряжению на конденсаторе и каждое в отдельности может во м ного раз превышать напряжение на зажимах цепи

Физически это объясняется тем, что напряжение источника при резонансе идет только на покрытие потерь в контуре. Напряжение на катушке и конденсаторе обусловлено накопленной в них энергией значение которой тем больше, чем меньше потери в цепи.

Количественно указанное явление характеризуется добротностью контура Q , которая представляет собой отношение напряжения на катушке или конденсаторе к напряжению на зажимах цепи при резонансе :

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОС ТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из двух приемников, подключенных параллельно к зажимам источника синусоидального напряжения (рис.а)

В первом приемнике включены последовательно элементы R₁ и L, во втором соответственно R₂ и С. Оба приемника находятся под действием одного общего напряжения.

Действующее значение тока и косинус угла φ определяются:

для первой ветви:

для второй ветви

Резонансом токов называют такое явление в цепи с параллельным колебательным контуром, когда ток в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением источника.

Условием резонанса токов является равенство нулю реактивной проводимости контура

Признаки резонанса токов:

· сопротивление контура Ζ_к максимальное и чисто активное

· ток в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением источника и достигает практически минимального значения

· реактивная составляющая тока в катушке равна емкостному току, причем эти токи могут во много раз превышать ток источника

Физически это объясняется тем, что при малых потерях в контуре ток источника требуется только для покрытия этих потерь. Ток в конуре обусловлен обменом энергией между катушкой и конденсатором.

. АКТИВНАЯ, РЕАКТИВНАЯ И ПОЛНАЯ МОЩНОСТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

Мгновенная мощность равна произведению мгновенного значения напряжения на мгновенное значение тока:

р= UI- UI cos 2 ωt

На рисунке показан график мгновенной мощности р.

При t = 0 ί=0 u=0 р=0

В первую половину периода с увеличением напряжения и тока увеличивается и мощность. Достигнув амплитудного значения

U _m I _m мгновенная мощность уменьшится до нуля. Во вторую половину периода напряжение и ток отрицательны, но мощность по-прежнему положительна, так как перемножение двух отрицательных величин дает положительную.

Положительное значение мощности указывает на то, что цепь всегда потребляет энергию от источника, преобразуя ее в тепло.

Среднюю за период мощность называют активной и обозначают буквой Р

Ток в катушке индуктивности отстает по фазе от напряжения на 90 0 (рис.а)

При t = 0 напряжение u=U _m , а ток ί=0 . Поэтому мгновенная мощность р=0.

В конце первой четверти периода ток ί =I _m , но u=0 и мощность р=0. В начале и конце каждой четверти периода ток или напряжение,а значит, и мгновенная мощность, равны нулю. В промежутках между этими моментами мощность будет положительной или отрицательной.

Мгновенная мощность цепи с индуктивностью изменяется по синусоиде с двойной частотой: два раза в течение периода тока, достигая положительного максимума, и два раза — такого же по величине отрицательного.

Цепь с индуктивностью, то потребляет энергию, то отдает ее в таком же количестве источнику. Среднее значение мощности за один период переменного тока равна нулю. Через катушку протекает переменный ток, называемый реактивным.

Максимальное значение мощности в цепи с индуктивностью называется реактивной мощностью Q_L = I 2 Х _L

Чем больше реактивная мощность, тем большее количество энергии передается в единицу времени от источника электрической энергии к катушке и обратно.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар)

Полную мощность можно найти по формуле

Отношение активной мощности Р к полной S называют коэффициентом мощности cosφ . Он показывает какую долю всей вырабатываемой источником мощности составляет активная мощность.

Р = S cosφ = UI cosφ

Разработка трехфазной системы электроснабжения

Д.Ф.Араго еще в начале Х1Х века провел опыт по вращению медного диска в поле вращающегося постоянного магнита. Между тем в Европе 1887-1889 гг. разрабатывались многофазные системы. При этом наибольших успехов добился М.О.Доливо-Добровольский, явившейся основоположником техники трехфазного тока.

Доливо-Добровольский предложил выполнять ротор в виде цилиндра, а в просверленные по переферии каналы заложить медные стержни, которые на торцах ротора соединить между собой медными кольцами. Такую обмотку автор назвал «беличья клетка»

Весной 1889г. Доливо-Добровольский стал строить трехфазные асинхронные генераторы с соединением обмоток статора в звезду и треугольник.

В этом же году он изобрел трехфазный трансформатор.

После демонстрации работы трехфазной системы она быстро стала вытеснять системы электроснабжения постоянного тока и однофазного переменного тока.

Трехфазные цепи представляют собой частный случай многофазных систем переменного тока.

Многофазными системами называется совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и индуктированные в одном источнике энергии.

Каждую из однофазной цепей, входящую в многофазную систему, называют фазой.

Цепи в зависимости от числа фаз называются:

Наибольшее распространение получила трехфазная система как наиболее простая и экономичная для передачи и использования электрической энергии переменного тока.

Они обладают рядом преимуществ:

· экономичность производства и передачи энергии

· возможность простого получения вращающегося магнитного поля

· возможность получения в одной установке двух направлений – фазного и линейного

Трехфазная цепь состоит из трех основных частей:

· трехфазного генератора (механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС)

· линии передачи со всем необходимым оборудованием

· приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными ( электродвигатели), так и однофазными (лампы накаливания)

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА «ЗВЕЗДОЙ»

Фазы обмоток трехфазного генератора могут быть соединены в звезду Y (рис. а) и треугольник ∆ (рис.б)

При соединении в звезду концы фаз объединяют в одну точку Ν (рис.а), которая называется нулевой или нейтральной. Нагрузку можно подключить к зажимам: Ν – А, Ν- В, Ν – С

U_АВ = U_А — U_В

Векторную диаграмму начинаем строить с изображения звезды фазных напряжений U_А U_В U_С. Затем строим вектор U_АВ – как геометрическую сумму векторов U_А и -U_В, вектор U_ВС – как геометрическую сумму векторов U_В и — U_С, вектор U_СА – как геометрическую сумму векторов U_С и — U_А.

На построенной векторной диаграмме начала всех векторов совмещены в одной точке (полюсе), поэтому ее называют полярной.

В симметричной звезде фазные и линейные токи и напряжения связаны соотношениями: I_Л = I_ф

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЦЕПИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Треугольником могут быть соединены как обмотки генератора, так и фазы нагрузки. В этом случае нагрузку подключают к вершинам треугольника. При соединении треугольником фазные и линейные напряжения равны : U_Л = U_ф

Векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА: СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ «ЗВЕЗДОЙ» И «ТРЕУГОЛЬНИКОМ»

Если объединить концы фаз генератора и концы фаз нагрузки в общую точку, то получим трехфазную четырехпроводную систему (рис.а)

Провода, соединяющие генератор с нагрузкой, называются линейными. Провод, соединяющий нейтральные точки источника и нагрузки, называется нейтральным.

В каждом линейном проводе проходит свой линейный ток.

Нагрузка в трехфазной цепи может быть:

· неоднородной и неравномерной, если сопротивления фаз нагрузки различны по характеру и значению (модулю)

· равномерной, если сопротивления фаз равны по м одулю, но отличаются по характеру

· однородной, если сопротивления фаз нагрузки одинаковы по характеру, но отличаются по значению

· симметричной, если сопротивления фаз одинаковы по значению и модулю

Трехфазная трехпроводная система представлена на (рис. б) . В этом случае сопротивление Ζ _N = ∞

Рассмотрим аварийные ситуации в трехпроводной сети.

При обрыве одной из фаз нагрузки, например фазы а, образуется однофазная цепь (Ζ _А= ∞), в которой сопротивления фаз b и с нагрузки включены последовательно, а токи в линейных проводах b и c

При коротком замыкании фазы нагрузки , например фазы а, Ζ _А=0. Потенциал нейтрали нагрузки переместился в точку а, а фазы нагрузки b и c находятся под соответствующими линейными напряжениями.

При соединении фаз нагрузки в треугольник (рис. а) объединяют

зажимы х – b , y — c , z — a .

Рассмотрим аварийные ситуации при соединении нагрузки в треугольник.

При обрыве фазы нагрузки, например фазы ab , Ζ _ab = Ζ _bC = Ζ _ca =R

Напряжения на фазах нагрузки ab и ca уменьшаются в два раза.

На практике в трехфазную цепь наиболее часто включают несколько приемников, которые могут быть соединены как в звезду так в треугольник. При расчетах схем со смешенным соединением нагрузки сопротивление каждой фазы определяют, преобразуя треугольники сопротивления в звезду и обратно.

Последовательность преобразования схемы (см. рис.) следующая:

· звезду Y₁ преобразуют в треугольник ∆₁

· сопротивления треугольников ∆₁ и ∆₂ объединяют в эквивалентный треугольник ∆₁₂

· эквивалентный треугольник ∆₁₂ преобразуют в эквивалентную звезду Y₁₂

· сопротивление эквивалентной звезды Y₁₂ складывают с сопротивлением соответствующих линейных проводов Y₁₂ + Y_Л

· определяют смещение нейтрали эквивалентной нагрузки и рассчитывают линейные токи

· определяют напряжение и токи в нагрузках

Выбор схем соединения при включении их в трехфазную сеть

При выборе схемы соединения нагрузки (звезда, треугольник, звезда с нулевым проводом) необходимо учитывать три основных фактора:

· номинальное напряжение сети

· номинальное напряжение потребителей

а) Определить схему соединения осветительной нагрузки, ес ли U_сети =380В, U_лампы = 220В

Прежде всего устанавливаем, что лампы должны быть включены на фазное напряжение U_Ф = U_Л / √ 3 = 380 / √ 3 = 220В. Поэтому выбираем схему соединением звездой. Поскольку нагрузка осветительная, нужно для обеспечения с имметрии фазных напряжений включить нулевой провод. Следовательно, заданным условиям удовлетворяет схема соединения «звезда с нулевым проводом».

б) Определить схему соединения осветительной нагрузки, если

В рассматриваемом случае лампы должны быть включены непос редственно на линейное напряжение. Выбираем схему соединения треугольником. Симметрия линейных напряжений обеспечивается генераторами, питающую сеть.

в) Выбрать схему соединения обмоток (фаз) трехфазного двигателя, если U_обм = 220В U_сети =380В

Обмотки трехфазного двигателя образуют симметричную нагрузку; следовательно, в нулевом проводе нет необходимости. Если обмотки двигателя соединить треугольником, то каждая из них окажется под линейным напряжением 380В и будет перегреваться. Таким образом, обмотки двигателя следует соединить звездой. Тогда к каждой обмотке будет приложено напряжение, на которое оно рассчитана: U_ф =220В

МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей ее фаз:

Реактивная мощность трехфазной цепи равна сумме реактивных мощностей ее фаз:

В симметричной трехфазной цепи:

РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Определим значения тока по закону Ома:

Действующее значение любой гармоники тока равно ее амплитудному значению, деленному на √ 2

Зная действующие значения токов, можно подсчитать .и активные мощности: Р₁ = I₁ 2 r; Р₃ = I₃ 2 r; Р₅ = I₅ 2 r;

Токи I₁ I₃ I₅ являются составляющими несинусондального тока в цепи. Активная мощность Р= I 2 r

Эта же мощность равна сумме актив­ ных мощностей отдельных гармоник:

Аналогично определяем действующее значение приложенного несинусоидалыюго напряжения:

Активная мощность цепи при несинусоидальном токе в общем виде выражается формулой

где ф_1э ф.₂, ф₃ — углы сдвига фаз между одноименными гармони­ ками напряжения и тока.

В сложных электрических цепях при расчете гармоник тока обычно пользуются символическим методом, в котором. электротех­ нические величины изображаются комплексными числами,

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ: НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОС НОВЕНИЯ, ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАНУЛЕНИЕ

Электрические установки при неправильной их эксплуатации и несоблюдении правил безопасности могут представлять большую опасность для здоровья и даже для жизни человека.

Электрический ток, проходящий через тело человека, в зависимости от его значения, сопровождается болезненными ощущениями, судорогами, сильными болями или паралича отдельных органов.

Электрическая дуга может вызвать существенные ожоги и металлизацию кожи человека. Наиболее опасным является ток промышленной частоты, который даже при значении 0,005А может вызвать смертельный исход.

Наиболее опасное поражение возникает, когда ток проходит через мозг и сердце. Значение тока, проходящего через тело человека, попавшего под напряжение, определяется значением напряжения и сопротивлением тела человека.

Сопротивление человека изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч до нескольких сотен Ом. Наименьшее сопротивление человек имеет в сырой, запыленной среде, при высокой температуре окружающей среды, когда все тело покрыто обильным потом и сильно загрязнено.

Практика показывает, что в наиболее тяжелых условиях можно считать безопасным напряжение ниже 12 В, в сухих мало загрязненных помещениях – ниже 36В.

Токопроводящими считаются грязные или сырые деревянные, бетонные или сырые железобетонные полы или полы из металлических плит.

К нетокопроводящим относятся сухие и чистые деревянные, асфальтированные и бетонные полы.

Безопасные условия эксплуатации обеспечивается рядом мероприятий:

8 защита с помощью ограждений

8 сооружение защитного заземления и зануления элементов оборудования

8 применение изолирующих подставок, резиновых рукавиц и бот

Защитное заземление и зануление предназначены для того, чтобы снизить значение тока, проходящего через тело человека, ес ли он окажется под напряжением.

Оказание помощи пострадавшему начинается с момента освобождения его от действующего травмирующего фактора:

8 отключение электроустановки

8 снятие напряжения с токоведущих частей или отделение от ни х пострадавшего

8 выноса его из зоны напряжения шага

8 выноса из опасной зоны ( загазованной, запыленной, повышенной или пониженной температуры воздуха)

8 остановки производственного оборудования, движущихся машин и механизмов

8 тушение горящей одежды

При этом оказывающий помощь должен защищать себя от воздействия того же травмирующего фактора, применяя соответствующие средства защиты.

Переносить пострадавшего в другое место следует только в тех ситуациях когда ему, или лицу оказывающему помощь, продолжает угрожать опасность или когда оказывание помощи на месте невозможно, например проведение наружного массажа сердца на опоре, мачте, люльке и т.д.

ОСВОБОЖДЕНИЕ ОТ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

При поражении электрическим током необходимо как м ожно быстрее освободить пострадавшего от действия тока, так как от продолжительности его действия на организм зависит тяжесть электротравмы.

Прикосновение к токоведущим час тям, находящихся под напряжением, вызывает непроизвольное судорожное сокращение мышц и общее возбуждение, которое может привести к нарушению и даже полному прекращению деятельности органов дыхания и кровообращения.

Если пострадавший держит провод руками, его пальцы сжимаются так сильно, что высвободить провод из его рук становится невозможным. Поэтому первым действием оказывающего помощь должно быть быстрое отключение той части электроустановки, которой касается пострадавший.

Отключить электроустановку можно с помощью выключателя, рубильника или другого отключающего аппарата, а также путем снятия предохранителя, разъема штепсельного соединения.

Если пострадавший находится на высоте, то отключение установки и тем самым освобождение пострадавшего от действия тока может вызвать его падение с высоты. В этом случае необходимо принять меры для предотвращения дополнительных травм.

При отключении установки может одновременно погаснуть электрический свет, поэтому при отсутствии дневного освещения необходимо обеспечить освещение от другого источника, не задерживая при этом отключения установки и оказание помощи пострадавшему.

Если отсутствует возможность быстрого отключения электроустановки, то необходимо принять меры к отделению пострадавшего от токоведущих частей, к которым он прикасается. При этом во всех случаях оказывающий помощь не должен прикасаться к пострадавшему без применения мер предосторожности, так как это опас но для жизни. Он должен так же следить за тем, чтобы сам ому не оказаться в контакте с токоведущей частью или под напряжением шага, находясь в зоне растекания тока замыкания на землю.

При напряжении до 1000В для отделения пострадавшего от токоведущих частей или провода следует воспользоваться канатом, палкой, доской или каким-либо другим сухим предметом, не проводящим электрический ток.

Можно оттянуть пострадавшего от токоведущих частей за одежду (если она сухая и отстает от тела), например за полы пиджака или пальто, за воротник, не трогая при этом окружающие металлические предметы и части тела пострадавшего, не прикрытым одеждой.

Можно оттащить пострадавшего за ноги, при этом оказывающий помощь не должен касаться его обуви или одежды без хорошей изоляции своих рук, так как обувь или одежда могут быть сырыми и являться проводникам и электрического тока.

Для изоляции рук оказывающий помощь, особенно если ему необходимо коснуться тела пострадавшего, не прикрытого одеждой, должен иметь диэлектрические перчатки или обмотать руку шарфом, натянуть на руку рукав пиджака или пальто, накинуть на пострадавшего резиновый ковер, прорезиновую материю или просто сухую материю. Можно изолировать себя вс тав на резиновый коврик, сухую доску или непроводящую электрический ток подставку, сверток сухой одежды и т.д.

При отделении пострадавшего от токоведущих частей следует действовать одной рукой.

Если электрический ток проходит в землю через пострадавшего и он судорожно сжимает в руке токоведущий элемент (провод), проще прервать действие тока, отделив пострадавшего от земли (подсунув под него сухую доску или оттянув ноги от земли веревкой или одеждой).

Можно также перерубить провод топором с сухой деревянной рукояткой. Перерубать провод нужно пофазно, т.е. разрубать провод каждой фазы отдельно, при этом следует изолировать себя от земли (стоять на сухих досках, деревянной лестнице и т.д.)

При напряжении выше 1000В для отделения пострадавшего от токоведущих частей необходимо ис пользовать средства защиты:

8 надеть ди электрические перчатки и боты

8 действовать штангой

Оказывающему помощь следует помнить об опасности напряжения шага, если токоведущая часть (провод) лежит на земле. Перемещаться в этой зоне нужно с особой осторожностью, используя средства защиты для изоляции от земли (диэлектрические галоши, боты, коврик, изолирующие подставки) или ( сухие доски, бревна и т.д.) Без средств защиты перемещаться в зоне растекания тока замыкания не следует, передвигая ступни ног по земле и не отрывая их одну от другой. После отделения пострадавшего от токоведущих частей следует вынести его из этой зоны на расстояние не менее 8 метров от токоведущей части (провода).

Вызвать врачей и оказать первую помощь пострадавшему.

sites.google.com