Пошук навчальних матеріалів по назві і опису в нашій базі:

Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму




217.36 Kb.
НазваФізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму
Сторінка1/3
Дата конвертації09.12.2012
Розмір217.36 Kb.
ТипДокументы
Зміст
Генератор трифазного змінного струму
А,В,С і нульовою точкою називають фазовими напругами і позначають U
2. Перетворення і передача електричної енергії. Трансформатори
U - напруга на генераторі , U
  1   2   3
Завдання з фізики для 11 класу на час карантину.

§§ 24-31 за підручником “Фізика” Гончаренко С.У.
Фізичні основи електротехніки

1. Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів

Трифазна система змінного струму

Генератор постійного струму виробляє струм постійний за напрямом і значенням (мал.223 ). Це забезпечується тим, що ліва щітка колектора 3 завжди з’єднана із стороною рамки 2, яка піднімається в полі постійного магніту 1, а права – із стороною, яка опускається.

На практиці обмотку якоря виготовляють із секцій, які з’єднують з окремими секторами колектора (мал.224). Така конструкція зменшує пульсації струму, тобто робить його значення сталим.

Індукційний генератор змінного струму.

Електричні машини в яких механічна енергія перетворюється в електричну завдяки явищу електромагнітної індукції, називають індукційними генераторами.

Найпростіший генератор – рамка, яка рівномірно обертається у магнітному полі (мал.225): 1- індуктор, який створює магнітне поле; 2 – якір ( провідник, у якому наводиться е.р.с.), 3 – металеві кільця і 4 – щітки.

Генератор трифазного змінного струму відрізняється від індукційного генератора тим, що на його статорі замість однієї обмотки якоря розміщено три однакові обмотки зміщені одна від одної на 1200 (мал. 226). Початки обмоток позначені буквами А,В,С, а кінці – відповідно Х,Y,Z (мал 226).

Струм, який виникає в обмотках генератора, називають трифазним струмом. Трифазний струм має важливі переваги порівняно із звичайним змінним струмом, тому майже на всіх електростанціях встановлено генератори трифазного струму. Кожну з трьох фаз генератора можна було б приєднати окремими проводами до споживачів і використовувати у вигляді окремих джерел змінного струму. Проте це недоцільно, і фази завжди з’єднують між собою.

На мал.227 показано спосіб з’єднання зіркою: кінці фаз генератора X,Y,Z з’єднують в один вузол О, який називають нейтральною точкою або нейтраллю.

Аналогічно приєднані споживачі, які розбиті на три групи, які називають фазами навантаження. Від генератора до споживачів ідуть чотири проводи АА’, ВВ’, СС’, які називають лінійними, а ОО’ – нейтральним проводом.

Напругу між початком кожної фази А,В,С і нульовою точкою називають фазовими напругами і позначають UА,UВ,UС або в загальному випадку UФ. Напруги між початками обмоток, тобто між лінійними проводами називають лінійними, їх позначають UАВ,UВС, UАС або UЛ. Лінійні напруги дорівнюють різниці відповідних фазових напруг.

Наприклад, UЛ = UАВ = UА - UВ і на малюнку 228, а зображається вектором UАВ, який сполучає кінці векторів UА і UВ ( напрямленим з кінця вектора, який віднімають, до кінця вектора, від якого віднімають). Аналогічно визначають напруги UВС і UАС.

При з’єднанні зіркою лінійна напруга в раз більша від фазової: . Так, якщо фазова напруга дорівнює 127 В, то лінійна становить 127∙=220 В.

Стуми, які течуть у фазах, називають фазовими струмами (позначають ІФ), а струми в лінійних проводах – лінійними струмами (ІЛ). Струми в фазах генератора дорівнюють відповідним лінійним струмам і струмам у фазах навантаження, тобто ІФЛ.

Величина цих струмів визначається фазовими напругами і опорами навантаження. Зазначимо, що тільки при активному навантаженні струми збігаються за фазою з відповідними фазовими напругами; якщо ж навантаження має індуктивний або ємнісний характер, то струми відстають або випереджають напругу на деякий кут φ. Струм у нейтральному проводі І0 дорівнює сумі фазових струмів. При однаковому навантаженні фаз струми ІА, ІВ, ІС є однаковими за величиною і утворюють симетричну зірку векторів (мал.228, б). У цьому випадку струм у нейтральному проводі дорівнює нулю.

Інший спосіб з’єднання - трикутником: початок кожної фази з’єднують з кінцем попередньої фази, так, що фази утворюють замкнений трикутник (мал.229). При такому з’єднанні UЛ = UФ, ІЛФ.

Обмотки генератора можуть бути з’єднані зіркою, а споживачі – трикутником і навпаки. Загальна активна потужність трифазної системи (незалежно від способу з’єднання) Р=РАВС=3РФ=3ІФUФcosφ або Р=ІЛUЛcosφ. З цього співвідношення слідує, що лінія передавання трифазного струму економічніша ніж двопровідна лінія передач.

2. Перетворення і передача електричної енергії. Трансформатори

Ефективне використання електричної енергії можна здійснити, передаючи її на великі відстані з мінімальними втратами. Для цього енергію треба передавати під високою напругою. Пристрої, які дають можливість підвищувати напругу (у разі подачі енергії від генераторів до лінії передачі) і знижувати її (у разі подачі від лінії передачі до споживачів) називаються трансформаторами.

На малюнку 230 показано схему трансформатора та його умовне зображення.




Трансформатор перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. Він складається із замкнутого осердя, виготовленого із спеціальної листової трансформаторної сталі, на якому розміщено дві котушки (їх називають обмотками) з різною кількістю витків з мідного дроту. Одну з обмоток, яку називають первинною, під'єднують до джерела змінної напруги. Прилади, які споживають електроенергію, під'єднують до вторинної обмотки.

Якщо первинну обмотку під'єднати до джерела змінної напруги, а вторинна буде розімкнута (цей режим роботи називають холостим ходом трансформатора), то в первинній обмотці з'явиться слабкий струм, який створює в осерді змінний магнітний потік. Цей потік наводить у кожному витку обмоток однакову ЕРС, тому ЕРС індукції в кожній обмотці буде прямо пропорційна кількості витків у цій обмотці, тобто:

.

Якщо вторинна обмотка буде розімкнута, то напруга на її затискачах U2 дорівнюватиме ЕРС (e2), яка в ній наводиться. У первинній обмотці ЕРС (e1) за числовим значенням мало відрізняється від напруги U1, яка підводиться до цієї обмотки. Практично їх можна вважати однаковими, тому:

,

де k - коефіцієнт трансформації; якщо вторинних обмоток декілька, то коефіцієнт трансформації для кожної з них визначають аналогічно.

Якщо у вторинне коло трансформатора увімкнути навантаження, то у вторинній обмотці з'явиться струм. Цей струм створює магнітний потік, який, за правилом Ленца, повинен зменшити зміну магнітного потоку в осерді, що, своєю чергою, призведе до зменшення ЕРС індукції в первинній обмотці. Але ця ЕРС дорівнює напрузі, прикладеній до первинної обмотки, тому струм у первинній обмотці повинен зрости, відновлюючи початкову зміну магнітного потоку. При цьому збільшується потужність, яку споживає трансформатор від мережі.

Оскільки при роботі трансформатора відбуваються втрати енергії, то потужність, яка споживається первинною обмоткою, більша від потужності у вторинній обмотці. ККД трансформатора буде визначатись відношенням потужності Р2 вторинної обмотки до потужності Р1 первинної обмотки:

або .

ККД сучасних трансформаторів часто перевищує 90% і доходить до 99%. Невеликі втрати електричної енергії під час її передачі з первинної обмотки у вторинну обумовлені виділенням джоулевої теплоти у дротах обмоток і перемагнічуванням осердя.

При навантаженому трансформаторі на первинні обмотці ε1≈U1, напруга на затискачах вторинної обмотки становить , де I2R2 – спад напруги на вторинній обмотці, тоді коефіцієнт трансформації ,

де Uн – спад напруги на навантаженні.

На мал.231 показано електричну схему лінії електропередачі , на якій U - напруга на генераторі , Uвтр – напруга на проводах лінії електропередачі, Uспож – напруга на споживачі. Якщо частина втрат потужності у відносних одиницях становить k, тоді потужність втрат на лінії пов’язана з потужністю, переданою споживачу формулою . Потужність генератора дорівнює сумі потужностей споживача і потужності втрат :




Приклади розв’язування задач

Задача 1. Скільки пар полюсів має ротор гідрогенератора, якщо він виробляє змінний струм стандартної частоти. Частота обертання ротора 120 хв-1.


Дано:

ν = 50 Гц;

n = 120 хв-1=2 с-1

р -?
Розв’язання:

Частота змінного струму ν пов’язання з частотою обертання ротора генератора n залежністю: ν=р n.

; р=25.

Відповідь: р=25
Задача 2. У кожну фазу трьохфазного чотирипровідникового кола з нейтральним провідником включені опори, як показано на мал. 232, а (з’єднання зіркою). Опори усіх фаз однакові та дорівнюють: активні – 8 Ом, індуктивні – 12 Ом, ємнісні – 6 Ом. Лінійна напруга мережі дорівнює 220 В. Для кожної фази навантаження визначити повний опір, коефіцієнт потужності, зсув фаз між струмом та напругою, силу струму в фазах, активну, реактивну та повну потужність. Визначити лінійні струми, струм в нейтральному провіднику, активну, реактивну та повну потужність споживання. Побудувати векторну діаграму.

Дано:

r1=r2=r3=rф = 8 Ом;

==== 12 Ом;

==== 6 Ом;

Uл = 220 В


ZФ, φФ, IФ, -?

PФ, QФ, SФ,-?

Iл, I0, -?

P, Q, S-?
Розв’язання:

Оскільки, за умовою задачі, відповідні опори всіх фаз однакові (симетричне навантаження), достатньо зробити обчислення для однієї. Повний опір фази визначимо за формулою:

ZФ =

Обчислюємо повний опір фази:

ZФ =

Коефіцієнт потужності фази визначаємо за формулою

cos φф = rФ/ZФ.

Далі Визначимо зсув фази φф між струмом та напругою.

Для визначення напрямку зсуву фаз визначимо sin φф: sin φф = ()/ZФ.

Якщо sin φф>0 (навантаження переважно індуктивне), струм відстає від напруги на кут φф; якщо sin φф<0 (навантаження переважно ємнісне), струм випереджає напругу за фазою.

Визначимо коефіцієнт потужності фази: cos φф = =0,8, звідси, φф = 36052΄;

sin φф = = 0,6;

оскільки sin φф>0, то струм відстає за фазою від напруги (на векторній діаграмі струм відстає на 36052΄ (за часовою стрілкою) від напруги). При симетричному навантаженні коефіцієнт потужності повного навантаження дорівнює коефіцієнту потужності фази:

cos φ=cos φф=0,8.

Силу струму в фазах визначимо за законом Ома: IФ = UФ/ZФ. При з’єднанні зіркою з нейтральним провідником напруга на кожній фазі, незалежно від виду і опору фази, завжди однакова і рівна UФ = UФ/, тоді IФ = UЛ/(ZФ). В з’єднанні зіркою сила лінійного струму дорівнює силі фазного струму: IЛ = IФ. Визначимо силу фазного та лінійного струму:

IЛ = IФ = = 12,7 А.

Активну, реактивну та повну потужність фаз визначаємо за формулами

PФ = IrФ = IФUФ cos φф = cos φф,

QФ = IXP,Ф = I(XL – XC) = IФUФ sin φф,

SФ = IФUФ = =.

Підставляючи числові значення, визначаємо активну, реактивну та повну потужність фази:

РФ = (12,7 )2 А2∙ 8 Ом= 1290 Вт = 1,29 кВт,

QФ = (12,7 )2 А2∙ (12 Ом – 6 Ом) = 968 вар,

SФ = =1613 В∙А = 1,61 кВ∙А.

Сила струму в нейтральному провіднику знаходиться з векторної діаграми:

I0 = IA + IB + IC, де IA = , =, =.

При симетричному навантаженні сила струму в нейтральному провіднику I0=0.

Активна потужність повного навантаження дорівнює сумі активних потужностей фаз:

=++.

Для симетричного навантаження == cos φф.

Реактивна потужність навантаження дорівнює алгебраїчній сумі реактивних потужностей фаз:

=++.

(Позитивний знак, якщо переважає індуктивне навантаження, негативний – ємнісне). В даній задачі: === і =3.

Визначимо повну потужність навантаження як

S = .

У цій задачі S = 3SФ. Визначаємо активну, реактивну та повну потужність навантаження:

Р = 3∙1290 Вт = 3870 Вт = 3,87 кВт,

Q = 3∙968 вар = 2904 вар = 2,9 квар,

S = 3∙1,613 кВ∙А = 4,84 кВ∙А.

Побудуємо векторну діаграму (рис. 232, б). Побудову почнемо з фазних напруг, розташовуючи їх під кутом 1200 один від одного. Під кутами φА, φВ, φС (за умовою вони дорівнюють 36052') до відповідних фазних напруг будуємо фазні струми: IФ=12,7 А, UФ=127 В.
  1   2   3

Схожі:

Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconЕлектричні машини постійного струму призначення, принцип дії І класифікація електричних машин
Електричну ж енергію на механічну— за допомогою електричних двигунів. Машини для перетворення змінного струму на постійний і навпаки,...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconЕлектричні машини постійного струму
Електричну ж енергію на механічну— за допомогою електричних двигунів. Машини для перетворення змінного струму на постійний і навпаки,...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconЛекція 27. Елементи та параметри електричних кіл змінного струму. Коло з активним опором
Література: Ф.Є. Євдокимов. Теоретичні основи електротехніки. Київ-Донецьк “Вища школа”. 1983 р
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconМедицинские услуги санатория "Курпаты"
Медикаментозний електрофорез постійного струму, імпульсивними струмами, постійного та змінного напрямку (діадинамічні, синусоїдальні,...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconТехнічне обслуговування та ремонт машин змінного і постійного струмів
Підтеми уроку: Визначення початків та кінців статорної обмотки електричного двигуна
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconПравила улаштування силових трансформаторів для правильної роботи газового захисту Теоретичні основи електротехніки методи розрахунку електричних кіл електричні кола змінного струму
...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconРозділ 5 Регулятори змінної напруги 1 Загальні відомості
Тобто він може виконувати функції регулятора змінного струму та комутовального апарату, який виконує функції вмикання та вимикання...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconТема. Вимірювання постійного і змінного струму та напруги. Схеми підключення приладів в електричне коло. Порядок роботи з приладами Мета
...
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconТипова навчальна програма з предмета "Спецтехнологія" № з/п Тема Кількість годин Всього з них на лабораторно-практичні роботи
Технічне обслуговування і ремонт електричних машин змінного та постійного струмів
Фізичні основи електротехніки Принципи дії генераторів постійного й змінного струмів Трифазна система змінного струму iconТема 8 Електричні машини змінного струму. Асинхронні електричні машини
Трифазні асинхронні машини були розроблені у 1888 р. М. О. Доліво-Добровольським. Асинхронна машина це машина змінного струму, в...
Додайте кнопку на своєму сайті:
ua.convdocs.org


База даних захищена авторським правом ©ua.convdocs.org 2014
звернутися до адміністрації
ua.convdocs.org
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Випадковий документ

опубликовать
Головна сторінка