28) Последовательное соединение активного, индуктивного и емкостного r.

=

U_r = rI U_L=x_LI U_c= x_cI

Построение начинают с определение масштабов U и I. Затем произвольно в масштабе откладывают вектор силы тока, а к нему строят векторы напряжений на элементах схемы прикладывая к концу первого начало второго, построенное таким образом векторная диаграмма называется топографической.

1) - цепь имеет активно-индуктивный характер.

2) - цепь имеет активно-емкостный характер.

3) - цепь имеет активный характер.

U=

X = X_L-X_C

U= I*z

Z= – полное сопротивление цепи

29) Резонанс напряжений.

Если подключить цепь с последовательным соединением резистора катушки конденсатора в сеть переменного тока то в цепи могут возникнуть электрические колебания. При малом активном сопротивлении и равенстве угловых частот возникает резкое увеличение амплитуды колебания тока – электрический резонанс.

В режиме резонанса полное сопротивление цепи принимают минимальное значение и являются чисто активными:

z=r cos = = 1

Ток в цепи в режиме резонанса максимальный.

При максимальных значениях тока в цепи падает напряжение на индуктивном и емкостном элементах.

Из выражения видно, что резонанса можно добиться 2 путями, изменением частоты подведенного напряжения при постоянном L и C, и изменением L и С при неизменной частоте. Резонанс напряжения явление опасное может возникнуть неожиданно, в таких ситуациях может быть повреждена изоляция.

30) Мощность в цепях переменного тока.

Для цепей переменного тока различают активную полную и реактивную мощность.

Активная - представляет собой действительную мощность переменного тока, аналогичную мощности развиваемой постоянным током. Она производит полезную работу, может быть преобразована с помощью электрических двигателей в механическую мощность.

P = IU cos [Вт]

Полная P – max возможная величина активной мощности, развиваемая переменным током при заданных значениях напряжения и силы тока и при наиболее благоприятных условиях.

S = IU [В*А] при cos = 1

Полной мощностью принято измерять S генератора переменного тока.

Активная P зависит от коэффициента cos , который, в свою очередь, зависит от соотношения величин активного и реактивного сопротивления.

Реактивная мощность – характеризует собой ту энергию, которая идет на создание магнитного поля, индуктивности или электрического поля конденсатора.

Q = UI sin [Вар]

31) Технико экономическое значение реактивной мощности в эл.Системе.

Реактивная мощность – мощность составляющая часть потерь. Характеризуется интенсивностью обмена энергии между приемником и источником, при котором электроэнергия не на приемнике не преобразуется в другие виды энергии. Протекание рекактивной энергии в эл. сети сказывается на ухудшении технических показателей работы эл.системы. при передачи мощности потери активной мощности:

Данные потери активной мощности вызваны наличием в сети реактивной мощности пропорциональной ее квадрату.

Возросшая полная передаваемая мощность обуславливается появлением дополнительных потерь напряжения в сетях с активным и реактивным сопротивлением.

- потери напряжения, обусловленные передачей мощности.

32) Использование конденсаторов для компенсации реактивной мощности

Уменьшение реактивной мощности и реактивного тока в генераторах и сетях называется компенсацией реактивной мощности. Одним из технических средств с помощью которых осуществляется компинсация реактивной мощности является подключение статических конденсаторов. Входное сопротивление большинства потребителей имеет активно индуктивный характер.

При отсутствии конденсатора общий ток I=I₁

С подключением конденсатора реактивная составляющая токов катушки и конденсатора находятся в противофазе и дают результирующий реактивный ток что в целом уменьшает ток в неразветвленной части цепи.

Если необходима частичная компенсация сдвига фаз то емкостный ток:

Емкость батареи конденсаторов:

При полной компенсации:

U_k=0 tg0=0

В общем случае ток компенсации батарее:

Низкий коэффициент мощности cos с одной стороны не позволяет полностью использовать установленную мощность генератора, а с другой стороны увеличение потерь энергии влечет получение cos установеи по возможности близким к 1.

Различают естественный и искусственный метод повышения cos естественный - способ повышения связан с правильным выбором оборудования и его эксплуатацией . у электродвигателей и трансформаторов не допускается работа в холостую.

Искусственный - применение специального оборудования , статический конденсатор, синхронный компенсатор.

Компенсация реактивной мощности дает значительный эффект заключающийся в снижении потерь мощность и в лучшем использовании оборудования.

33) Понятие о трехфазном токе и его получение

Трехфазной системой называют совокупность трех однофазных сетей в которых действует 3 ЭДС одинаковой частоты сдвинутые по фазе одна относительно другой.

Независимая трехфазная система:

Трехфазные системы получили наиболее широкое распространение так как они позволяют при передачи одной и той же мощности получили экономию метала в проводах, уменьшение потерь энергии и создание простоты и удобства в эксплуатации.

Получение 3 фазного ЭДС с помощью 3 фазного генератора в котором имеются 3 самостоятельных обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 120 градусов.

Каждую из однородной цепи входящих в 3 фазную цепь, называют фазной. В генераторе обмотка переменного тока неподвижна и находится на статоре 1. И магнитные полюса вращающиеся на роторе 2. При вращении ротора в обмотках индуцируется ЭДС с одинаковыми амплитудами сдвинуты по фазе на 120 градусов. Такая система называется симметричной.

ЭДС в каждой обмотке:

Векторная форма трехфазных величин:

Уловное изображение обмотки генератора. Начало обмотки статора генератора маркируется АВС концы хуz. За условное положительного направления ЭДС в каждой фазе принимаем направление от конца к началу.

Нагрузки подключаются к обмоткам генератора линейными и нулевыми проводами, если нагрузка равномерная то нулевой провод не нужен. Напряжения между линейными проводами - линейное. Обмотки генератора могут включаться в звезду и треугольник линейным проводом.

Линейное напряжение при соединение звездой в раз больше фазного а линейные и фазные токи одинаковы. U_л= U_ф

При соединении треугольник линейное и фазное напряжение равны, а линейный ток в раза больше фазного. I_л= I_ф

Мощность трехфазной системы складывается из мощности каждой фазы .

P=P_a+P_b+P_c

Если система симметричная то мощность:

P= Iл Uл cos

34) Основные понятия и принципы анализа переходных процессов.

U=U_msin t

i=I_msin( t- )

Такие токи устанавливаются лишь через некоторое время после включения цепи или после изменения ее параметров и могут существовать все время пока к ней приложены напряжение. Эти токи называются установившимися, а соответствующие напряжения на отдельных участках тоже установившиеся.

Каждому установившемуся энергетическому режиму соответствует определенное состояние.

Любое изменение состояния эл.цепи называют коммутацией.

Энергетическое состояние цепи не может изменяться мгновенно.

Первый закон коммутации: ток в цепи с индуктивностью не может изменяться скачками.

Второй закон коммутации: напряжения на зажимах конденсатора не может изменяться скачками.

Индуктивные и емкостные элементы являются инерционными, вследствие чего, для изменения энергетического состояния требуется некоторое время в течении которого происходит переходный процесс.

Токи и напряжения во время переходного процесса могут достигать больших значений иногда опасных для электрической установки.

Переходный процесс описывается дифференциальным уравнением:

U=U_msin t

U=U_r+U_c+U_L

Полное решение такого уравнения находится в виде:

- частное решение данного неоднородного уравнения

- общее решение однородного уравнения

Ток поддерживается в цепи напряжением источника питания и является установившимся током.

Ток подходит при решении уравнений без свободного члена ( свободный ток)

Физически это означает что приложенное к цепи напряжение равно 0.

35. Переходные процессы в цепи с последовательным элементом с R и L при подключении ее к источнику постоянного напряжения

Все катушки и обмотки эл. аппарата и машин имеют сопротивление R и индуктивность L . Поэтому исследовать эл. цепь можно эквивалентной схемой обмотки включаемой на постоянное напряжение.

В цепи имеет место переходный процесс . По второму закону Кирхгофа, рассмотренная цепь после замыкания будет U_R+U_L=U выразим величины:

iR + L = U - линейное квадратичное дифференциальное уравнение 1 порядка

L = iR =U

i = i’ + i”

i= i_у + i_св

i_у =I =

L + iR” = 0

i” = Ae ^pt

p – корень характер. уравнения

Lp +R=0

P= -

Постоянную интегрирования А , определяют с учетом 1 закона коммутации из начальных условий

При t=0 i(0) =0

i_L(0-) = i_L (0+) =i(0)

i_L(0-) =0

0= - A = -

i=

i= )

τ =

τ – постоянная времени цепи, характеризует скорость протекания переходного процесса . Чем больше τ ( чем больше L), тем дальше существует тока i_св и тем длительнее переходный процесс.

В реальных эл. цепях уже при t от (3 до 5) ток в цепи отличается от установленного значения менее, чем на 5 % , поэтому его считают установившимся. Свободный ток i” при t=0 ,равен по значению установившемуся току i ,но имеет обратное направление. С течением времени этот ток , уменьшается до 0 . Общий ток в цепи измеряется от 0 до установившегося значения по экспоненциальному закону. Постоянная времени цепи равна такому промежутку времени, в течении которого свободный ток уменьшается в е раз.

П адение напряжения на индуктивной катушке убывает с течением времени от значения источника питания до 0

36. Электроизмерительные приборы

Электроизмерительными приборами называются приборы служащие для измерения эл. величин

Классифицируются по следующим признакам:

1. По роду измеряемой величины :

- Амперметры

- Вольтметры

- Омметры

- Ваттметры

- Комбинированные приборы

2) По роду тока

- Постоянного тока

- Переменного тока

- Комбинированные

3) По принципу действия

- Магнитоэлектрические

- Электродинамические

- Индукционные

- Термоэлектрические

- Электростатические

- Электронные

4) По погрешности измерений

- 0,05 -0,1 - 0,2 - 0,5 -1 -1,5 - 2,5 -4

Цифры показывают максимальную погрешность в % , которая возможна у прибора данного класса

Существует 2 основных метода измерения:

А) Метод непосредственной оценки

Б) Метод сравнения

Кроме обычных показывающих приборов существуют самопищущие , регистрирующие приборы.

37. Основные условные обозначения , выносимые на шкалу электроизмерительных приборов

38. Электрические машины

Электрические машины действие которых основано на эл. магнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии в электрическую называются эл. машинными генераторами, а преобразователи электрической энергии в механическую – эл. двигателями.

Применяют так же эл. машины для преобразования эл. энергии одних параметров в другие я, которые называют преобразователями

Преобразовываться могут род тока, частота, напряжение, число фаз и др. параметры эл. энергии

Эл. генераторы приводятся в обращение турбинами, двигателями внутреннего сгорания и другими первичными двигателями.

Эл. двигатели служат для приведения в действие станков различных машин , транспортного оборудования и др.

К Эл. машинам относятся трансформаторы, статические аппараты не имеющие движущих частей, но по своему устройству и принципу действия имеющие много общего с эл. машинами

Эл. машины обладают свойствами оборотной эл. машины подразделяют на машины переменного и постоянного тока

39. Трансформаторы

Т рансформатором называется устройство предназначенное для преобразования напряжения переменного тока одной величины в напряжение переменного тока другой величины.

Простейший трансформатор состоит из замкнутого сердечника (1) , набранных из отдельных изолированных друг от друга листов трансформаторной стали( для предотвращения появления токов Фукко)

На сердечнике размещаются обмотки, обмотка, которая подключается к источнику переменного тока называется первичной (2), обмотка, к которой присоединяется нагрузка, называется вторичной(3).

Принцип действия:

Переменный ток протекает по первичной обмотке создает в сердечнике магнитный ток (Ф) . Он пронизывает все обмотки одновременно и в каждой из них индуктирует переменную ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков в обмотке. E₁ W₁ ; E₂ W₂

Для однофазного трансформатора всегда выполняется соотношения:

Е₁ – ЭДС первичной обмотки( ЭДС самоиндукции)

Е₂ – ЭДС вторичной обмотки( ЭДС взаимоиндукции)

W₁ W₂ – число витков в первичной и вторичной обмотке Обмотка из медных проводов.

Пренебрегая падениям напряжения внутри обмоток, можно считать, что при отключении нагрузки (холостом ходе) , индукция ЭДС в обмотке равна напряжению

Е₁ = U₁

Е₂ = U₂

– поэтому напряжение на второй обмотке тем больше, чем больше она имеет число витков

Отношение напряжения на зажимах первичной обмотки к напряжению на вторичной обмотке, называется коэффициентом трансформации

K- Коэффициент трансформации

Трансформатор называется понижающим, если напряжение на вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной обмотке K

Трансформатор называется повышающим, если напряжение на вторичной обмотке больше, чем на первичной обмотке К

Если не учитывать потери на обмотках трансформатора, то можно считать мощности первичной и вторичной обмоток одинаковыми

U₁ I₁ = U₂ I₂

– это означает, что в повышающих трансформаторах, увеличение напряжения во вторичной обмотке, происходит за счет уменьшения силы тока в ней. В понижающем трансформаторе уменьшение напряжения происходит за счет увеличения силы тока вторичной обмотке

КПД трансформатора находится в пределах. Иногда вместо трансформатора применяют автотрансформатор

В условиях строительства трансформаторы применяются для передачи эл.энергии ,сварочных работ , питание эл. инструментов , эл. прогрева бетона и грунта для измерительных целей.

40.Асинхронные двигателя

-называется машина преобразующая электрическую энергию переменного тока в механическую, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки.

Асинхронные двигатели(АД) бывают 3-х фазные, 2-х фазные и 1-0 фазные и состоят из статора и ротора.

У статора с внутренней стороны сделаны пазы, в которую укладывается фазная обмотка.

По обмоткам протекает 3-х фазный ток, который создает магнитное поле вращаясь с частотой n. ( )

f- частота переменно тока, 50 Гц.

Ротор может быть коротко замкнутым и фазным.

В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка выполнена в виде медных или литых алюминиевых стержней замкнутых по торцам между собой.

Обмотки соединены в звезду.

С фазным ротором имеются имеются фазные обмотки, которые выполнены по типу обмоток статора имеют такое же число фаз.

Для уменьшения потерь на вихревые токи статоры и роторы выполняют из отдельных изолированных друг от друга листов изолированной стали.

41.Синхронные машины.

Чаще всего применяют в качестве генераторов.

Синхронные эл.двиг. применяют реже и только в тех случаях, если при данной мощности и режимах работы они оказываются экономичней.

Машина синхронная, потому что ротор вращается с той же скоростью, что и вращается магнитный поток созданный током обмотки статора.

Состоит машина из неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор не отличается от статора 3-х фазного асинхр.двигателя.

Ротор представляет собой вращение электромагнитной катушки, которая питается постоянным током.

В условиях строительства синхронные генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания прим. для передвижения электрических станций.

42. Гидрогенераторы.

-это синхронные машины 3-х фазного переменного тока и предназначаются для преобразования механической энергии соединенной с ним турбины, в электрическую энергию.

Может работать в качестве синхронного компенсатора, вращаясь в холостую в режиме двигателя и потребляют энергию от сети.

По расположению вала могут быть горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные применяют в компановке с горизонтальными ковшовыми турб. с крупной СК на ГАЭС и капсульные агрегаты с ПЛ турбинами.

Сейчас применяются вертикальные генераторы, так это упрощает конструкцию, повышает надёжность и улучшает условия эксплуатации ГА.

Основные параметры:

Мощность, номинальное напряжение, коэффициент мощности, скорость вращения, частота тока, КПД и маховый момент . (G-масса генератора, D-диаметры инерции массы ротора относительно оси вращения.)

Мощность и скорость вращения генератора должны соответствовать мощности и скорости вращения турбины, а масса ротора должна иметь такой маховый момент, чтобы в случаях колебаний нагрузки изменить скорость вращения, удерживая её в дополнительных пределах при заданном времени закрытия НА турбины.

-активная мощность генератора.

43. Системы возбуждения генераторов.

Для превращения механической энергии в электрическую необходимо вращающееся магнитное поле чередующейся полярности и формы для получения в трехфазной схеме обмотке статора синусоидального электрического тока.

Вращающееся поле создается системой электромагнитных полюсов насаженных на обод ротора. В обмотку полюсов подается постоянный ток от источника системы возбуждения. Возбуждение является наиболее ответственной частью генератора, т.к от её работы зависит устойчивость работы генераторов и станции в энергетической системе, а также надежность электроснабжения собственных нужд ГЭС, применительно для систем возбуждения:

1)Электромашиннные системы, когда источник постоянного тока это электрическая машина постоян. тока-возбудитель, устанавливаемый на валу главного агрегата.

Это система независимого вентильного возбуждения.

2)Вентильные системы, когда источником постоянного тока является ртутные(ионные или полупроводниковые вентели-выпрямители.) Выпрямители питаются трехфазным током или от вспомогательного синхронного генератора установленном на одном валу.

Система вентильного самовозбуждения.

3) Наиболее совершенная полупроводниковой система возбуждения с применением управляемых терристорных вентилей.

Перспективной является бесконтактная система возбуждения.

Предусматривается выполнение обмотки возбуждения высокочастотного генератора возбудителя на неподвижном статоре, а трехфазная обмотка с роторе. 3-х фазный ток выпрямителя обращается вместе с роторными вентилями и соединены по валу ротора с обмоткой возбуждения полюсов. Без применения щеток и контактных колец.

Эта система разрабатывается для крупных машин с большими токами возбуждения.

44. Параллельная работа синхронного генератора с сетью.

На электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть, это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции, повышая надежность станции и позволяя лучше организовывать обслуживание агрегатов.

Электрические станции объединяются для параллельной работы в мощные энергосистемы, позволяя распределять электрическую энергию.

Для Синхронных машин на станции типичным является режим работы на сеть с большей мощностью по сравнению с которой собственная мощность генератора является очень малой.

С большой степенью точности прин., что генератор работает параллельно с сетью бесконечной мощности. , .

45. Включение генератора на параллельную работу с сетью.

В данном режиме необходимо обеспечить возможно меньший бросок тока в момент присоединения генератора к сети. В противном случае возможно срабатывание защиты, поломка генератора или ГА.

Ток в момент подключения генератора к сети будет=0, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжения сети и генератора.

sin ( ωt-α_c) =U_rm sin (ω_r t - α_r)

На практике выполнение условий сводится к выполнению 3-х равенств:

1. Значение напряжения сети и генератора

U_ct = U_rm ; U_c = U_r

2. Частот w_c = w_r (f _c=f _r)

3. Их начальных фаз α_c = α_r

Совокупность операций проводимых при подключении генератора к сети называется синхронизацией.

а) не равно

Пуск генератора без его синхронизации может привести к тяжелым последствиям. Если напряжении у сети и генератора не совпадает по фазе, но их значения равны, то возникающий в обмотке ток практически имеет только активную составляющую, поэтому он является для ротора синхронной машины только вращательными или тормозным.

б) При неравенстве частот значения напряжений на контактах изменяются во времени от нуля до двойного напряжения сети, что создает аварийный режим.

Практически при синхронизации генератора сначала устанав. Номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот, а затем регулируется ток возбуждения, добивающийся равенству напряжений . Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора контролируется специальными приборами.

Ламповые синхроноскопы прим. для синхронизации генераторов малой мощности, этот прибор представляет собой 3 лампы включенные между собой фазами генератора и сети. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты его вращения происходит автоматически.

Генераторы большой мощности синхронизируется с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих, работающих по принципу вращения магнитного поля.

46.Пуск и остановка ГА.

Нормальный автоматический пуск агрегата производится по команде с ЦПУ ключом, либо от реле частотно пуска.

После подачи команды на автоматический пуск ГА выполняется:

Нормальная автоматическая остановка ГА производится подачей команды ключом с ЦПУ, операция остановки выполняется:

47. Электрические системы диагностики работы ГА.

Силы возникающие в ГА и действующие на отдельные элементы конструкции агрегата могут быть постоянными и переменными во времени.

Действие этих сил проявляется в виде деформаций, биений и вибраций отдельных элементов элементов агрегатов и в целом агрегата.

Надежность эксплуатации ГА ГЭС опред. рядом факторов 1-м является характер и величина вибрации в целом и отдельных узлов.

Вибрация характеризует состояние агрегата после пуска в эксплуатацию, по характеру и величине вибрации могут быть выявлены некоторые неисправности в агрегате и предаварийное его состояние.

Вибрация может вызывать вибрацию другого оборудования в здании ГЭС и отдельных элементов здания.

ГА может быть проверен только в собранном виде на месте установки, поэтому все динамические свойства агрегата выявляются только после пуска.

Для выявления вибрации прим. высококачественные аппараты позволяющие с минимальной погрешностью записать изменение величины.

Величина биения вала замеряется индикатором, который устанавливается на неподвижных опорах(брусья, балки), а шкифт упирается в вал агрегата.

Индикатор измеряет биения в 3-х местах, по высоте вала агр. у каждого подшипника генератора и турбины.

В 2-х вертикальных плоскостях расположены под углом 90 градусов друг к другу.

Датчик представляет собой тероидальную катушку с разомкнутым магнитопроводом. Изменение зазора между магнитом и валом приводит к изменению ЭДС в обмотке датчика.

Чувствительность датчика 0,5 МВ/МкМ, даипозон измерения частот 5-200 Гц.

48. Главные схемы электростанций.

- это совокупность основного электрического оборудования, (генераторы, трансформаторы, линии) основного оборудования, сборных шин, коммутации и другой первичной аппаратуры.

Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части эл.станций, так как она определяет полный состав элементов и связей между ними.

Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем.

На чертеже главные схемы изображаются в одноименном исполнении, при отключенном положении всех элементов установки.

В условиях эксплуатации на ряду с принципиальной главной схемой применяется упрощённая оперативная схема, в которой указывается только основное оборудование.

Дежурный персонал каждой схемы заполняет оперативную схему и вносит в нее необходимые положения в части выключения и разъединения в происходящем дежурстве.

При проектировании электрической установки до разрабатывания главной схемы составляется структурная схема выдачи эл.энергии, на которой показываются основные функции, части электроустановки.

49. Структурные схемы электростанций.

Структурная схема зависит от состава оборудования(числа генераторов и трансформаторов) Распределение генераторов при нагрузке между распред.устройствами разного напряжения и связи между этими распределяющими устройствами(РУ).

Структурные схемы электрических станций с приемущественным распределением электрической энергии на повышенном напряжении:

Все генераторы соединены в блоки с повышенными трансформаторами, параллельная работа блоков осуществляется на высоком напряжении, где предусматривается распределяющее устройство(а)

Если эл.энергия выдается на высшем и среднем напряжении, то связь между РУ осуществляется авто трансф.связи(АТ) (б)

Либо АТ установленном в блоке с генератором (в).