Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Методические указания

При изучении данной темы нужно твердо усвоить основные понятия переменного тока: период, частота, фаза, сдвиг фаз, мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значения синусоидальной величины. Необходимо приобрести навыки графического изображения синусоидальных величин при помощи волновых и векторных диаграмм, сложения и вычисления векторов.

В теории электротехники положительным направлением вращения векторов принято считать вращение против часовой стрелки. Поэтому на векторной диаграмме (рис. 1) угол, образованный вектором Е₁ и положительной осью Х, считается положительным.

Е₁

φ₁

φ₂ Х

Е₂

Рис. 1. Векторная диаграмма

Мгновенное значение ЭДС - е₁ = Е_m₁ sin (wt + φ₁).

Угол, образованный вектором Е₂ и положительной осью Х, считается отрицательным. Мгновенное значение ЭДС - е₂ = Е_m₂ sin (wt + φ₂).

При изучении темы необходимо помнить, что электрическая цепь переменного тока характеризуется параметрами: активным сопротивлением r, емкостью С, индуктивностью L. Лампы накаливания, бытовые нагревательные приборы и реостаты обладают активным сопротивлением. Цепь ненагруженного трансформатора можно рассматривать как индуктивность L, а кабельную линию без нагрузки – как емкость С. Необходимо изучить идеальные цепи с активным сопротивлением R, индуктивностью L, емкостью С. Эти знания нужны при изучении реальных электрических цепей переменного тока. Нужно запомнить, что в цепи с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе: u = U_msin wt; i = I_msin wt,

а векторы напряжения и тока совпадают по направлению (рис. 2).

Рис. 2. Векторы напряжения и тока для цепи с активным сопротивлением

В цепи с индуктивностью напряжение опережает ток по фазе на 90⁰:

u = U_msin (wt + 90⁰); i = I_msin wt,

и векторы напряжения и тока составляют угол 90⁰(рис. 3).

90⁰

Рис. 3. Векторы напряжения и тока для цепи с индуктивностью

В цепи с емкостью ток опережает напряжение на 90⁰:i = I_msin (wt + 90⁰); u = U_msin wt, и векторы напряжения и тока составляют угол 90⁰(рис. 4).

90⁰ W

Рис. 4. Векторы напряжения и тока для цепи с емкостью

Схема замещения реальной катушки представляет собой последовательное соединение активного сопротивления катушки и индуктивности (рис. 5):

Рис. 5. Схема замещения реальной катушки

При изучении неразветвленной электрической цепи нужно исходить из положения последовательного соединения сопротивлений. При этом один и тот же ток проходит по всем элементам электрической цепи, а напряжение распределяется на активных и реактивных сопротивлениях (рис. 6).

Рис. 6. Ток и напряжение в неразветвленной электрической цепи

Мгновенные значения тока и напряжения запишутся:i = I_msin wt;

u_а = U_а_msin wt; u_L = U_Lmsin (wt + 90⁰); u_C = U_Cmsin (wt - 90⁰).

Для этой цепи можно построить треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей. Векторные диаграммы строятся в масштабе. Последовательность построения векторной диаграммы для цепи (рис. 6) следующая.

1. Вектор тока Ī откладываем по горизонтальной оси.

2. Вектор активного падения напряжения Ū_а совпадает по фазе с вектором тока, поэтому в выбранном масштабе откладываем вектор напряжения Ū_а = Ī ^. r, совпадающий с вектором тока Ī.

3. Вектор индуктивного падения напряжения Ū_L (U_L = IХ_L) опережает на 90⁰ вектор тока Ī, поэтому из конца вектора напряжения Ū_а откладываем в сторону опережения на 90⁰ вектор напряжения U_L.

4. Вектор емкостного падения напряжения Ū_С (U_С = ΙХ_с) отстает на 90⁰ от вектора тока Ι, поэтому из конца вектора Ū_Lв сторону отставания от вектора тока на 90⁰ откладываем вектор напряжения Ū_С.

5. Вектор, соединяющий начало вектора активного падения напряжения Ū_а с концом вектора напряжения Ū_С, дает в том же масштабе вектор приложенного к цепи напряжения Ū (рис. 7).

Ū _C Ū _L

Ū_а

Рис. 7. Векторная диаграмма для неразветвленной электрической цепи

В этой теме вводятся понятия полного сопротивления и полной мощности. Полная мощность, измеряемая в вольт-амперах (ВА), - это мощность, которую мог бы отдать источник, если бы он работал при номинальном напряжении и токе и при cosφ = 1. В цепях с последовательным соединением R, L, C необходимо учитывать появление резонанса напряжения, при котором на реактивных сопротивлениях могут возникнуть опасные напряжения в результате резкого увеличения тока в цепи. Следует обратить внимание на условие возникновения резонанса напряжений и его особенности.

При изучении разветвленных электрических цепей надо исходить из положения параллельного соединения. При параллельном соединении напряжение является общим для всех ветвей, поэтому его необходимо брать за основу при расчете электрической цепи, а ток каждой ветви распределять на активную и реактивную составляющие.

При построении векторных диаграмм необходимо обратить особое внимание на то, что в неразветвленных и разветвленных электрических цепях активная составляющая напряжения, сопротивления, тока, проводимости и мощности всей цепи равна арифметической сумме активных составляющих соответствующих величин ее участков или ветвей.

Реактивная составляющая напряжения, сопротивления, тока, проводимостей и мощности цепи равны алгебраической сумме реактивных составляющих соответствующих величин участков или ветвей цепи. Напряжение, сопротивление, ток, проводимость и мощность всей цепи равны геометрической сумме напряжений, сопротивлений, токов, проводимостей и мощностей отдельных участков или ветвей.

При изучении темы необходимо понять физическую сущность повышения коэффициента мощности, процессов при резонансе токов

Литература: 1, с. 139-183; 2, с. 90-118; 3, с. 116-164; 4, с. 82-108.

Вопросы и задачи для самоконтроля

1. Какой ток называется переменным? Запишите уравнение синусоидального тока в общем виде.

2. Что такое период, частота, амплитуда и начальная фаза переменного тока?

3. Сформулируйте понятия активного, емкостного и индуктивного сопротивлений. Почему и индуктивное и емкостное сопротивления называются реактивными?

4. Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 300 мкФ при частоте тока 50 Гц?

5. Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 3 мГн при частоте тока 500 Гц?

6. Как изменится величина индуктивного, емкостного, активного сопротивлений, если частоту тока в цепи увеличить в 2 раза?

7. Что означает коэффициент мощности cosφ? Каковы способы его повышения и при каких условиях cosφ = 1?

8. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления по 5 Ом каждое соединены параллельно и подключены к сети напряжением 20 В. Найти ток неразветвленной части цепи.

9. Что называется активной, реактивной мощностью, в каких единицах они измеряются?

10. Сформулируйте закон Ома для последовательной цепи переменного тока, обладающей активным, индуктивным и емкостным сопротивлением, постройте векторную диаграмму.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒