Электрический конденсатор

.

2) Трансформирование в трехфазной цепи может быть осуществлено либо группой, состоящей из трех однофазных трансформаторов, либо одним трехфазным трансформатором. В обоих случаях обмотки фаз высшего и низшего напряжений могут соединяться звездой или треугольником. Соединение звездой обозначается знаком Y, а треугольником — .

Если обе обмотки соединены звездой, то такое соединение обозначается Y/Y. В числителе указывается способ соединения обмоток фаз высшего напряжения, а в знаменателе — низшего напряжения. Начала фаз высшего напряжения обозначаются буквами A, В и С, а концы — буквами X, У, Z. Начала фаз низшего напряжения — буквами а, b и с, а их концы — буквами х, у, z. На рис. 2.17 показана схема трех однофазных трансформаторов при соединении , т.е. фазы высшего напряжения соединены звездой, а фазы низшего напряжения — треугольником.

Устройство и особенности трехфазных трансформаторов. Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном трансформаторе, т.е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН— на обмотках низшего напряжения.

На рис. 2.18 показано соединение обмоток трехфазного трансформаторапосхеме (для наглядности обмотки расположены одна над другой).

Для правильного соединения обмоток необходимо разметить начала и концы фаз высшего напряжения (A, В, С и X,У, Z) и низшего напряжения (а, b, с и х, у, z) и придерживаться этой маркировки. Ошибка в маркировке одной из фаз или ошибка в соединении фаз может привести к тому, что ЭДС, наведенные в одноименных фазах, будут не совпадать по фазе, а будут сдвинуты относительно друг друга на 180°.

В трехфазных трансформаторах, кроме гальванической связи фаз, есть и магнитная, так как магнитопроводы отдельных фаз объединены в общую магнитную систему (рис. 2.18). Такое объединение возможно благодаря тому, что магнитные потоки в отдельных фазах сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120°. Если объединить стержни трех фаз (рис. 2.19, а) в один общий стержень (рис. 2.19,б), то сумма трех потоков в нем в любой момент времени равна нулю и, следовательно, стержень не нужен (рис. 2.19, в). Таким образом, магнитная система трехфазного трансформатора из шестистержневой модифицируется в трехстержневую (рис. 2.19, г и 2.18).

Трехфазный трансформатор экономичнее, чем группа из трех однофазных.

Рис. 2.19

Группа соединений обмоток. На рис. 2.20, а, б показаны соединение обмоток Y/Y, т.е. звезда-звезда, и топографическая диаграмма фазных и линейных напряжений.

Напряжения и , и и т.д. совпадают по фазе (считаем, что можно пренебречь активными падениями напряжений и ЭДС рассеяния обмоток). При другой схеме соединения обмоток Y/Y (рис. 2.21, а) напряжения и , и , и т.д. находятся в противофазе (рис. 2.21,б), т.е. сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 180°.

Угол сдвига фаз между линейными одноименными напряжениями определяет так называемую группу соединения обмоток. Этот угол записывается в соответствии с расположением стрелок часов. Если минутную стрелку направить к цифре 12 (0), а часовую к одной из цифр 1, 2, 3, … …, 11, 12 (0), то получим соответствующий угол или группу соединений. На рис. 2.20 ,в часовая стрелка, как и минутная, показывает цифру 12(0) и группа (рис. 2.20, а) записывается так: Y/Y — 0, а на рис. 2.21, в часовая стрелка направлена к цифре 6 и группа (рис. 2.21 ,а) записывается так: Y/Y — 6.

Если обмотки трансформатора соединены по схеме, показанной на рис. 2.22, а, т.е. по схеме (вторичные обмотки соединены треугольником), то, как это видно из рис. 2.22, б и в, угол сдвига фаз между напряжениями и составляет 330°, поэтому группа соединений обмоток записывается так: .

Номинальные данные трехфазных трансформаторов.

Номинальные данные трехфазных трансформаторов указываются в паспорте и на специальном щитке трансформатора. К ним относятся , схема и группа соединений. Здесь — полная мощность трансформатора в номинальном режиме, , т.е. полная мощность трех фаз трансформатора: (см. гл. 3); – номинальные напряжения, т. е. линейные напряжения первичной и вторичной обмоток при любой схеме соединений в режиме холостого хода; — потери в режимах холостого хода и короткого замыкания в ваттах на три фазы; — напряжение короткого замыкания в процентах номинального напряжения; — ток холостого хода в процентах номинального тока; или — схема и группа соединений.

Билет 22.

1) Умножив стороны треугольников напряжений (см. векторные диаграммы рис. 2.9, б, 2.10, б, 2.11, б) на ток I, получим треугольники мощностей.

Стороны треугольников мощностей соответственно означают:

Р = U_rI = I ² r — активная мощность цепи, Вт, кВт (рис 2.9, г, 2.10, г, 2.11, г и ж);

Q_L = U_LI = I ² x_L — реактивная индуктивная мощность цепи, обусловленная энергией магнитного поля, вар, квар (рис. 2.9, г);

Q_С = U_СI = I ² х_С — реактивная емкостная мощность цепи, обусловленная энергией электрического поля, вар, квар (рис. 2.10, г);

Q = Q_L - Q_С = I ² x — реактивная мощность цепи, вар, квар (рис 2.11, г и ж), это та мощность, которой приемник обменивается с сетью;

S = UI = I ² z — полная мощность цепи. В • А, кВ • А (рис. 2.9, г, 2.10, г, 2.11, г и ж);

cos φ = r/z = P/S —коэффициент мощности цепи (рис. 2.9, г, 2.10, г, 2.11, г и ж).

Из треугольников мощностей можно установить следующие связи между Р, Q, S и cos φ:

P = S cos φ = UI cos φ;
Q = S sin φ = UI sin φ;
S = √ P ² + Q ² = UI.

За единицу активной мощности принят ватт (Вт) или киловатт (кВт), реактивной мощности — вольтампер реактивный (вар) или киловольтампер реактивный (квар), полной мощности — вольтампер (ВА) или киловольтампер (кВ•А).

Реактивные (индуктивная, емкостная) мощности, обусловленные соответственно энергией магнитного поля индуктивности и электрического поля емкости, не совершают никакой полезной paботы, однако они оказывают существенное влияние на режим работы электрической цепи. Циркулируя по проводам трансформаторов, генераторов, двигателей, линий передач, они нагревают их. Поэтому расчет проводов и других элементов устройств переменного тока производят, исходя из полной мощности S, которая учитывает активную и реактивную мощности.

Рис. 2.13. Схема включения приборов для измерения активной, реактивной и полной мощностей цепи, а также ее параметров

Коэффициент мощности имеет большое практическое значение: он показывает, какая часть полной мощности является активной мощностью. Полная мощность и коэффициент мощности наряду с другими параметрами являются расчетными величинами и в конечном счете определяют габаритные размеры трансформаторов, генераторов, двигателей и других электротехнических устройств.

Измерение активной, реактивной, полной мощностей и cos φ, а также параметров цепи, например r и L, можно произвести с помощью ваттметра, амперметра и вольтметра, включенных в цепь по схеме, изображенной на рис. 2.13.

Ваттметр измеряет активную мощность Р цепи. Полная мощность цепи равна произведению показаний вольтметра и амперметра.

Реактивную (индуктивную) мощность и коэффициент мощности цепи (рис. 2.13) определяют расчетным путем по формулам

Q = √ S ² - Р ², cos φ = P/S.

Активное сопротивление находят из формулы

Р = I ² r,

откуда

r = P/I ².

Полное сопротивление цепи

z = U/I.

Индуктивное сопротивление

x_L = √ z ² - r ².

Индуктивность L определяют из формулы

x_L = 2π fL,

откуда

L=	xL	.
2π f

Пример 2.1. Приборы, включенные в цепь рис 2.13, показывают Р = 500 Вт, I = 5 А, U = 400 В.
Определить активное сопротивление r и индуктивность цепи L, если частота сети f = 50Гц.

Решение. Активное сопротивление цепи

r = P/I ² = 500/5² = 20 Ом.

Индуктивное сопротивление цепи

x_L = √ z ² - r ² = √(U/I)² - r ² = √(400/5)² - 20² = 77,5 Ом.

Индуктивность цепи

L =	xL	=	77,5	= 0,247 Гн.
2π f	2 • 3,14 • 50

Пример 2.2. Определить ток, полную, активную и реактивную мощности, а также напряжения на отдельных участках цепи, изображенной на рис. 2.11, а. если r = 40 Ом. L = 0,382 Гн, С = 35,5 мкФ, U = 220 В, частота сети f = 50 Гц.

Решение. Индуктивное сопротивление цепи

x_L = 2π fL = 2 • 3,14 • 50 • 0,382 = 120 Ом.

Емкостное сопротивление цепи

xC =		=	10^6	= 90 Ом
2π fC	2 • 3,14 • 50 • 35,5

Полное сопротивление цепи

z = √ r ² + (x_L - x_С)² = √40² + (120 - 90)² = 50 Ом

Ток в цепи

I = U/z = 220/50 = 4,4 А.

Коэффициент мощности цепи

cos φ = r/z = 40/50 = 0,8.

Полная, активная и реактивная мощности:

S = UI = I ² z = 220•4,4 = 4,4² • 50 = 970 В • А.
Р = S cos φ = I ² r = 970•0,8 = 4,4²• 40 = 775 Вт;
Q = S sin φ = I ²(x_L - x_С) = 970 • 0,56 = 4,4²(120 - 90) = 580 вар.

Напряжения на отдельных участках цепи;

U_r = Ir = 4,4 • 40 = 176 В,
U_L = Ix_L = 4,4 • 120 = 528 В;
U_C = Iх_C = 4,4 • 90 = 396 В.

Пример 2.3. Определить характер нагрузки, полную, активную и реактивную мощности цепи, в которой мгновенные значения напряжения и тока составляют

u = 282 sin (ω t + 60°),
i = 141 sin (ω t + 30°).

Решение. Угол начальной фазы напряжения (ψ₁ =60°) больше, чем тока (ψ₂ = 30°), поэтому напряжение опережает по фазе ток на угол φ = ψ₁ - ψ₂ = 60 - 30 = 30° и нагрузка имеет активно-индуктивный характер.

Полная мощность цепи

S = UI =	Um	Im	=	282 • 141	= 20 000 В•A.
√2	√2	1,41 • 1,41

Активная мощность цепи

Р = S cos φ = 20 000 cos 30°= 20 000 (√3/2) - 17 300 Вт

Реактивная мощность цепи

Q = S sin φ = 20 000 sin 30° = 20000 • 0,5 = 10 000 вар.

2) Измерение напряжения - самый распространенный тип измерений в радиолюбительской практике. Зная напряжения в контрольных точках любого устройства (от простейшего блока питания до телевизора) можно судить о его работоспособности или правильном функционировании. При наличии принципиальной схемы, мультиметра для измерений и понимании принципов работы транзисторов, микросхем и прочих элементов, поиск неисправностей в любом устройстве не составит труда. Кроме того, при создании любительских устройств без измерения напряжения практически не обойтись.

Рассмотрим основные принципы измерения напряжения. Для этого понадобится собрать простейшую схему (рисунок 1).

Рисунок 1.

Во-первых, для измерения напряжения в цепях постоянного тока следует учитывать полярность напряжения. Для вольтметров стрелочного типа при неправильном подключении стрелка отклонится в сторону нуля. Для цифровых мультиметров это не столь критично, поскольку для «отрицательного» напряжения перед значением будет указан «-».

Во-вторых, перед началом измерения напряжения стоит определить диапазон возможного изменения величины напряжения. В большинстве устройств измеряемое напряжение находится на уровне от 10мВ до 220В. Стоит отметить, что при установке диапазона мультиметра на 600В для измерения 200мВ будет трудно достичь требуемой точности показаний прибора. При измерениях напряжения стрелочными приборами диапазон измеряемых величин должен находиться в середине шкалы вольтметра. Если же измеряемая величина напряжения не известна, то мультиметр следует включать на максимально возможный уровень (чаще всего до 1000В), что убережет его от возможного выхода из строя.

Показания мультиметра (вольтметра)

Вернемся к рисунку 1. Определим по Закону Ома показания вольтметров для двух случаев. Суммарное сопротивление цепи составит 250 Ом (при последовательном соединении резисторов сопротивления складываются). Ток в цепи будет равен:

I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (А) = 180 (мА)

Падение напряжения на каждом из резисторов:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (В),
U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (В),

Именно такие показания напряжения и должен показать наш измерительный прибор.

Входное сопротивление мультиметра (вольтметра)

Для большинства современных мультиметров входное сопротивление составляет 10 кОм/В или 20 кОм/В. Влияние этого параметра на показания при измерении напряжения в цепи рассмотрим ниже. Для этого рассмотрим схему делителя напряжения (рисунок 2).

Рисунок 2

Сопротивления резисторов одинаковы и равны по 1кОм, напряжение питания равно 3В. Предположим, что измерения в цепи производятся вольтметром ТЛ4 с входным сопротивлением 10 кОм/В (или 30 кОм при Uвх=3В). Таким образом, при измерении напряжения, параллельно резистору подключен еще один резистор с сопротивлением 30кОм, а общее сопротивление при этом окажется 999,999 Ом. Благодаря этому на резисторе будет присутствовать незначительное искажение напряжения. Однако, если сопротивление резисторов будет не 1 кОм, а к примеру 1 МОм, то эквивалентное сопротивление при измерении напряжения вольтметром уже будет 29,1 кОм. При этом вольтметр покажет вместо ожидаемых 1,5В значение на уровне 0,085В.

Стоит отметить, что такие элементы в делителях напряжения практически не применяются, однако они явно указывают на недостатки вольтметров с малым значением входного сопротивления. Большинство мультиметров имеют входное сопротивление в несколько МОм, поэтому их влияние на измеряемые цепи практически нивелировано.

Дата добавления: 2015-08-13