Меню

Треугольник проводимостей в цепи переменного тока

Проводимость при переменном токе

Дата публикации: 14 апреля 2015 .
Категория: Статьи.

Решение вопросов, связанных с параллельным соединением цепей переменного тока, так же как и при постоянном токе, производится при помощи проводимостей.

Разложение тока на активную и реактивную составляющую
Рисунок 1. Разложение тока на активную и реактивную составляющую

Пусть мы имеем векторную диаграмму, изображенную на рисунке 1. Проектируя вектор тока I на направление вектора напряжения U, разложим вектор тока на две составляющие.

Одна из составляющих совпадает по направлению с вектором напряжения и называется активной составляющей тока. Она обозначается буквой Iа и равна:

Другая составляющая, перпендикулярная вектору напряжения, называется реактивной составляющей тока, обозначается Iр и равна:

Итак, активная и реактивная составляющие тока представляют собой компоненты полного тока.

По закону Ома для цепей переменного тока имеем:

Из прямоугольника сопротивлений легко получить:

Используя эти три выражения, получим:

По аналогии с формулой постоянного тока (I = U × g) заменим в ней на g. Полученная формула будет иметь следующий вид:

Величина g называется активной проводимостью.

Соответственно изложенному, получим:

Обозначив через b, получим:

Величина b называется реактивной проводимостью.

Обозначив через y, получим:

Величина y называется полной проводимостью.

Активная проводимость, реактивная проводимость и полная проводимость измеряются в .

На рисунке 1 изображен треугольник токов со сторонами I, Iа, Iр.

По теореме Пифагора имеем:

Разделив все стороны треугольника токов на U:

Получим треугольник проводимостей со сторонами g, b и y .

Из треугольника проводимостей имеем:

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Источник

Треугольники напряжений, токов, сопротивлений, проводимостей, мощностей для приемников переменного тока.

date image2015-07-14
views image8581

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

При расчете электрических цепей переменного тока реальные элементы цепи (при­емники, источники) заменяются эквивалентными схемами замещения, состоящими из ком­бинации идеальных схемных элементов R, L и С.

Пусть некоторый приемник энергии носит в целом активно-индуктив­ный характер (например, электродвигатель). Такой приемник может быть пред­став­лен двумя простей­шими схемами замещения, состоящими из 2-х схемных эле­ментов R и L: а) последовательной (рис. 53а) и б) параллельной (рис. 53б):

Обе схемы будут эквивалентны друг другу при условии равенства пара­метров ре­жима на входе: , .

Для последовательной схемы (рис. 53а) справедливы соотношения:

Для параллельной схемы (рис. 53б) справедливы соотношения:

Сравнивая правые части уравнений для U и I, получим соотношения между пара­метрами эквивалентных схем:

Из анализа полученных уравнений следует сделать вывод, что в общем случае и и соответственно и , как это имеет место для цепей постоян­ного тока.

Математически любой вектор можно представить состоящим из суммы нескольких векторов или составляющих.

Последовательной схеме замещения соответствует представление век­тора напряже­ния в виде суммы двух составляющих: активной составляющей Uа, совпадающей с векто­ром тока I, и реактивной составляющей Uр, перпенди­ку­лярной к вектору тока (рис. 54а):

Из геометрии рис. 54а следуют соотношения:

Треугольник, составленный из векто­ров , , получил назва­ние треугольника напряжений (рис. 54а).

Если стороны треугольника напряжений разделить на ток I, то полу­чится новый треугольник, подобный исходному, но сторонами которого явля­ются полное сопротивление Z, активное сопротивление R и реактивное сопро­тивле­ние X. Треугольник со сторонами Z, R, X называется треугольником со­против­лений (рис. 54б). Из треугольника сопротивлений следуют соотношения: R = Z×cosφ, X = Z×sinφ, , .

Параллельной схеме замещения соответствует представление вектора тока в виде суммы двух составляющих: активной составляющей Iа, совпадаю­щей с вектором напряже­ния U, и реактивной составляющей Iр, перпендикуляр­ной к вектору U (рис. 55а).

Из геометрии рисунка следуют соотношения:

Треугольник, составленный из векторов , , получил название тре­угольника токов (рис. 55а).

Если стороны треугольника токов разделить на напряжение U, то полу­чится новый треугольник, подобный исходному, но сторонами которого явля­ются проводимости: пол­ная – Y, активная —G, реактивная – B (рис. 55б). Тре­угольник со сторонами Y, G, B называется треугольником проводимостей. Из треугольника проводимостей следуют соотношения:

Разложение напряжений и токов на активные и реактивные составляющие является математическим приемом и применяется на практике для расчета сравнительно не­сложных цепей пере­менного тока.

Читайте также:  Как обозначается сила тока в амперах

Источник

Треугольник проводимостей и треугольник мощностей.

Разделив стороны треугольника токов на U, получим прямоугольный треугольник проводимостей, подобный треугольнику напряжений (рисунок 2.21, а, б).

Если каждую сторону треугольника напряжения умножить на один и тот же ток, то получится подобный треугольник, стороны которого пропорциональны мощности.

Р — активная мощность, Вт
Эта мощность, которая выделяется в виде тепла или в виде механической энергии. Активная мощность выделяется на сопротивлении R.
Q — реактивная мощность, измеряется в Вар (Волтампер – реактивный)
Эта мощность, которая выделяется на индуктивности. Реактивная мощность никакой пользы не создаёт.
S — полная мощность цепи, которая равна геометрической сумме активной и реактивной мощностей.
Полная мощность — эта та мощность, которую источник вынужден отдавать цепи. Источник отдает полную мощность, которая больше полезной мощности из-за того, что цепь обладает индуктивностью.

Трехфазные электрические цепи. Основные преимущества трехфазной электрической цепи. Трехфазная ЭДС и ее векторная диаграмма. Получение трехфазной ЭДС. Трехфазный генератор. Несвязанная (шестипроводная) и связанная (четырехпроводная) линии передачи электрической энергии.

Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой ( φ = 120 о ) и создаваемые общим источником энергии.

Основные преимущества трехфазной системы: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода -нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно). Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.

В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.

Получение трехфазного тока

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах.

Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквамиА, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.

Трехфазный синхронный генератор

Для симметричной системы ЭДС справедливо

Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС

На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядкеА, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное — А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.

Шестипроводная схема используется в случае необходимости подключения удаленного моста. При использовании моста появляется проблема зависимости сопротивления резисторов включенных в мост от его нагревания. Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система.

Четырехпроводный метод подключения, позволяет измерять сопротивление удаленного резистора без учета сопротивления соединительных проводов. Как видно из рисунка, измеряемое сопротивление подключается к интерфейсной схеме при помощи четырех проводов. Два провода подсоединяются к источнику тока, а два оставшихся провода — к вольтметру. Источник постоянного тока имеет очень высокое выходное сопротивление, поэтому ток в цепи практически не зависит от сопротивлений r в контуре.

Соединения фаз генератора по схеме звезда. Трехпроводная линия передачи электрической энергии. Трехфазная электрическая цепь с соединением фаз нагрузки по схеме звезда. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами. Симметричная нагрузка. Векторные диаграммы для напряжений и токов.

В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной нагрузке) ток в нем равен нулю.

Схема замещения трехфазной системы, соединенной «звездой»

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать IO = IА+ IВ + IС.

При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов IА,IВ,IС) в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток IO в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.

Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.

В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник



ЛЕКЦИЯ 7. 1. Основные законы цепей переменного тока

АНАЛИЗ ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ПРИЕМНИКОВ

1. Основные законы цепей переменного тока

2. Построение векторной диаграммы

3. Треугольники сопротивлений и мощностей

4. Резонанс напряжений

1. Основные законы цепей переменного тока

В цепях переменного тока закон Ома выполняется для всех значений,

законы Кирхгофа – только для мгновенных и комплексных, которые учиты-

вают фазные соотношения.

Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма мгновенных значений

, либо алгебраическая сумма комплексных значений токов в узле равна нулю:

Второй закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма мгновенных значений напряжений на приемниках в контуре равна алгебраической сумме мгновен-

ных значений ЭДС, действующих в этом же контуре:

, либо алгебраическая сумма комплексных значений напряжений на приемниках в контуре равна алгебраической сумме комплексных значений ЭДС в том же контуре:

Уравнения, составленные по законам Кирхгофа, называют уравнения-

ми электрического состояния.

Схема замещения цепи с последовательным соединением приемников представлена на рис. 7.1.

Для анализа процессов в схеме воспользуемся уравнением на основании второго закона Кирхгофа в комплексной форме:

Подставим в это уравнение значения напряжений, выраженные по закону Ома:

где Ż – комплексное сопротивление цепи.

Очевидно, что Ż = R + j (X L − XC ) = R + j X ,

где R – активное сопротивление, Х – реактивное сопротивление.

Закон Ома в комплексной форме для цепи с последовательным соединением приемников: Ů = Ż Ỉ.

Реактивное сопротивление Х может быть положительным и отрицательным.

Реактивное сопротивление Х > 0, если X L > XC . В этом случае цепь имеет индуктивный характер.

Реактивное сопротивление X XC и X > 0 , приведено на рис. 7.2.

Входное напряжение складывается из напряжений на трех идеальных элементах при учете сдвига фаз. Напряжение на резисторе совпадает с током по фазе. Напряжение на индуктивном элементе опережает ток на 90°, на емкостном – отстает на 90° .

Полученный при построении векторной диаграммы треугольник ОАВ (рис. 7.3.) дает возможность оперировать действующими значениями, для которых законы Киргофа не выполняются:

Угол φ = ψu − ψi – угол сдвига фаз тока и полного напряжения.

3. Треугольники сопротивлений и мощностей.

Читайте также:  Определить магнитную индукцию в центре кольцевого проводника с током

Если разделить все стороны треугольника напряжений на ток I, можно получить подобный ему треугольник сопротивлений (рис. 7.4), где Z – полное со-

противление цепи, R – активное сопротивление, Х – реактивное сопротивле-

ние, X L = L ⋅ω – индуктивное сопротивление, XC =1/Cω – емкостное сопротивление.

Закон Ома для действующих значений при последовательном соедине-

нии приемников имеет вид : U=Z I.НИКОВ

Из свойств треугольника сопротивлений можно получить соотношения:

; R = Z ⋅ cosϕ; X = Z ⋅ sin ϕ.

Угол ϕ зависит от соотношения сопротивлений цепи.

Сравнение формул полного и комплексного сопротивлений позволяет

сделать вывод, что полное сопротивление является модулем комплексного.

Из треугольника сопротивлений видно, что аргументом комплексного сопро-

тивления является угол ϕ. Поэтому можно записать: Z = R + jX = Z e j ϕ .

Полное сопротивление любого количества последовательно соединенных приемников

Умножением всех сторон треугольника напряжений на ток можно получить

треугольник мощностей (рис. 7.5).

Активная мощность P =UR ⋅ I = R ⋅ I 2 =U ⋅ I ⋅ cosϕ

характеризует энергию, которая передается в одном направлении от генера-

тора к приемнику. Она связана с резистивными элементами.

Реактивная мощность Q =│ UL −UC │ ⋅ I = X ⋅ I 2 =U I sinϕ характеризует

часть энергии, непрерывно циркулирующей в цепи и не совершающей по-

лезной работы. Она связана с реактивными элементами.

Полная (кажущаяся) мощность S =U ⋅ I = .

Активную мощность измеряют в ваттах (Вт), реактивную – вольт-амперах реактивных (вар), полную – вольт-амперах (В⋅А ).

4. Резонанс напряжений.

Индуктивная катушка и конденсатор – взаимоподавляющие антиподы.

Когда они полностью компенсируют действие друг друга, в цепи наблюдается резонансный режим. Резонанс напряжений возникает при последовательном соединении индуктивных катушек и конденсаторов. Условие резонанса напряжений: входноереактивное сопротивление Х равно нулю.

Рассмотрим режим резонанса для цепи, схема замещения которой

представлена на рис. 7.1.

При резонансе X = X L − XC = 0. Отсюда X L = XC . Так как XL = Lω, а

XC = 1/Cω, то при резонансе Lω =1/Cω . Тогда LCω 2 =1

Отсюда следует, что добиться резонанса напряжений в схеме на рис. 7.1 можно изменением индуктивности L, емкости С и частоты ω.

Циклическая резонансная частота .

Тогда частота f = .

При резонансе полное сопротивление . Цепь имеет xисто активный характер.

При резонансной частоте ω = ω X = 0 , X L = XC , ,

Цепь имеет чисто активный характер.

Значение резонанса напряжений:

1. В электроэнергетических устройствах в большинстве случаев явление нежелательное, связанное с появлением перенапряжений.

2. В электротехнике связи (радиотехнике, проволочной телефонии), в автоматике явление резонанса напряжений широко используют для настройки цепи на определенную частоту.

АНАЛИЗ ЦЕПИ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ПРИЕМНИКОВ

1. Основные законы

2. Построение векторной диаграммы

3. Треугольники проводимостей и мощностей

4. Резонанс токов

1. Основные законы

Схема замещения цепи с параллельным соединением приемников изображена на рис. 8.1.

Для анализа цепи применим уравнение по первому закону Киргофа для комплексных значений:

Далее подставим в это уравнение значения токов, выраженных по закону

Введем обозначения: – комплексная проводимость; индуктивная проводимость индуктивного элемента;

– емкостная проводимость емкостного элемента;

1/R=G – активная проводимость резистивного элемента.ЛЕКЦИЯ 8. АНА

Используя введенные обозначения, можно записать:

где В – реактивная проводимость.

2. Построение векторной диаграммы

Построение векторной диаграммы начинаем с вектора напряжения, которое является одинаковым для всех элементов схемы. Векторная диаграмма для

случая, когда X L — j ϕ = G − jB .

Полная проводимость любого количества параллельно соединенных приемников

Умножив все стороны треугольника токов на напряжение, можно получить

треугольник мощностей (рис. 8.5 а).

Получим соотношения для активной и реактивной проводимостей ветви. Все

резистивные элементы ветви можно заменить одним эквивалентным сопро-

тивлением. Все реактивные элементы также можно заменить одним эквива-

лентным, индуктивным или емкостным. Схема замещения любой ветви в общем виде приведена на рис. 8.5 b.

Комплексная проводимость – это величина, обратная комплексному сопротивлению: .

Чтобы избавиться от мнимости в знаменателе, домножим числитель и знаменатель на сопряженный знаменателю комплекс:

Источник