Лекции по ТОЭ3 / Лекция №9 01.11.2003

Created by SuhOFFF

Активная, реактивная и полная мощности трёхфазных цепей.

Активная мощность – сумма активных мощностей фаз нагрузки активной мощности в нулевом проводе, если его активное сопротивление не равно нулю: .

Реактивная мощность – сумма реактивных мощностей фаз нагрузки и реактивной мощности в нулевом проводе если его реактивное сопротивление не равно нулю, то есть .

Полезная мощность определяется по формуле: .

Если нагрузка симметричная и равномерная, то активная и реактивная мощности нулевого провода равны нулю, активные мощности фаз нагрузки равны, и определяются с помощью значений фазового тока и фазового напряжения, то есть , реактивные мощности фаз нагрузки также равны, и определяются с помощью значений фазового тока и фазового напряжения: , где угол - угол между фазовыми напряжениями или напряжениями на фазе нагрузки и фазовым током или током, протекающим по фазе нагрузки. Тогда активная мощность нагрузки может быть определена по формуле , а реактивная мощность нагрузки может быть определена по формуле: .

При равномерной нагрузке фаз, независимо от способа соединения, выполняется следующее равенство: , тогда , , следовательно, полную мощность нагрузки можно определить по формуле: .

Измерение активной мощности трёхфазной цепи.

В общем случае, когда нагрузка неравномерная и присутствует нулевой провод, необходимо включить в цепь три ваттметра, при этом активная мощность цепи будет равна сумме показаний трёх этих ваттметров.

При равномерной нагрузке достаточно измерить мощность одной фазы и утроить результат.

Если нулевой провод отсутствует мощность можно измерять с помощью двух ваттметров. Сумма показаний двух ваттметров определяет активную мощность всей цепи независимо от способа присоединения нагрузки.

Первый ваттметр показывает значение величины , второй – значение величины .

Просуммировав показания ваттметров, получим: .

Преимущества трёхфазных цепей.

Передача энергии на дальние расстояния трёхфазным током экономически более выгодна, чем переменным током с другим количеством фаз. Такие элементы трёхфазной цепи, как трёхфазный асинхронный двигатель, трёхфазный трансформатор, просты в производстве и надёжный в работе. Трёхфазная цепь обладает свойством неизменности величины мгновенной мощности за период синусоидального тока, в случае, если нагрузка равномерная или симметричная.

Магнитные цепи.

Трансформатор.

Трансформатор – устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

На замкнутом стальном сердечнике (магнитопроводе) расположены две обмотки. Только для наглядности обмотки показаны на различных стержнях магнитопровода. На самом деле они размещаются концентрически, одна поверх другой на обоих стержнях магнитопровода. Обмотки выполнены из медного провода, и электрически не связаны между собой. Между ними существует только магнитная связь, а магнитопровод служит для усиления этой связи.

Первичная обмотка – обмотка, соединённая с источником электроэнергии.

Все величины, относящиеся к первичной обмотке, принято называть первичными, и снабжать индексом «1»: - число витков в первичной обмотке; - напряжение на зажимах первичной обмотки; - ток, текущий по первичной обмотке.

Вторичная обмотка – обмотка, соединённая с приёмником электроэнергии или с нагрузкой.

Все величины, относящиеся к вторичной обмотке, принято называть вторичными, и снабжать индексом «2»: - число витков во вторичной обмотке; - напряжение на зажимах вторичной обмотки; - ток, текущий по вторичной обмотке.

Понижающий трансформатор – трансформатор, у которого первичное напряжение больше вторичного напряжения .

Повышающий трансформатор – трансформатор, у которого вторичное напряжение больше первичного напряжения .

Обмотка высшего напряжения – обмотка с большим напряжением.

Обмотка низшего напряжения – обмотка с меньшим напряжением.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При включении первичной обмотки на синусоидальное напряжение, в витках этой обмотки протекает переменный ток , который создаёт в магнитопроводе переменный магнитный поток .

Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток индуцирует в обоих обмотках ЭДС, причём в первичной обмотке он индуцирует ЭДС самоиндукции , а во вторичной обмотке поток индуцирует ЭДС взаимоиндукции: . В символической форме: ; ; . Таким образом, и отстают по фазе от магнитного потока на угол .

Амплитудные значения ЭДС: , .

Действительные значения ЭДС: , - уравнения трансформаторных ЭДС.

При подключении нагрузки к зажимам вторичной обмотки, под действием , в ней потечёт ток , а на зажимах вторичной обмотки установится напряжение .

Коэффициент трансформации – отношение мгновенный, амплитудных или действительных значений ЭДС: .

Таким образом, коэффициент трансформации зависит от соотношения числа витков, поэтому, применяя обмотки с необходимым числом витков можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений, кроме того, трансформаторы обладают свойством обратимости, то есть один и тот же трансформатор может быть использован и в качестве повышающего трансформатора и в качестве понижающего трансформатора, но чаще всего трансформатор имеет определённое назначение.

Трансформатор – устройство переменного тока. Если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, магнитный поток в магнитопроводе также будет постоянным, поэтому , то есть в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС, следовательно, энергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную цепь.

Магнитопровод имеет шихтованную структуру, то есть он состоит из тонких стальных пластин, покрытых с двух сторон изолирующей плёнкой, например, лаком. Такая конструкция обусловлена стремлением ослабить вихревые токи, наводимые переменным магнитным потоком, а, следовательно, уменьшить величину потерь энергии в трансформаторе. Кроме того, в стальном магнитопроводе при периодическом перемагничивании возникают потери, обусловленные явлением гистерезиса. Уменьшение этих потерь достигается с помощью применения специальных сортов стали с узкой петлёй гистерезиса. Такая сталь называется электротехнической сталью. Суммарные потери от вихревых токов и гистерезиса называются потерями стали или магнитными потерями .

Обмотки выполняются из медного провода. Между ними существует только магнитная связь. Медные провода изолируются хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Медные обмотки размещаются концентрически, одна поверх другой.

Электротехника и электроника