IV. Методические указания по темам и вопросы для самоконтроля

Раздел 3. Электрические цепи переменного тока

В результате изучения раздела студент должен:

иметь представление о символическом методе расчета цепей синусоидального тока; о высших гармониках в трехфазных цепях; о законах коммутации; практическом значении переходных процессов в электрических цепях;

знать методы расчета неразветвленных и разветвленных цепей переменного тока; соотношения фазных и линейных токов и напряжений в трехфазных цепях; режимы работы трехфазных систем, соединенных «звездой» и «треугольником»; условия возникновения и параметры электрических цепей в переходных процессах;

уметь рассчитывать параметры неразветвленных и разветвленных цепей; определять фазные и линейные токи, напряжение, мощность в цепях трехфазного тока в различных режимах работы.

Тема 3.1. Основные понятия о переменном токе

При изучении цепей однофазного переменного синусоидально­го тока следует обратить внимание на правильное обозначение элек­трических параметров.

В цепи переменного тока одна и та же величина может характе­ризоваться несколькими значениями, которые по-разному называ­ются и обозначаются: мгновенное (i, и, р, е), максимальное или ам­плитудное (I_м, U_м, Е_м), действующее или эффективное (U, 1, Е), среднее (I_c,U_c).

Частота — величина, обратная периоду или число периодов в секунду:

F=1/T (T)=c (ƒ)=1/c=Гц (Герц). .

Любая переменная синусоидальная величина характеризуется час­тотой, амплитудой и начальной фазой. I=I_мsin(ωt±φ). Разность начальных фаз называется сдвигом фаз. Чаще всего при измерении приборами электромагнитной (или электродинамической) системы пользуются действующими значениями величин, которые для сину­соидальных величин меньше максимальных в√2 = 1,41 раз

I_м = √2I; U_м=√2U

Графически синусоидальные величины изображаются двумя спо­собами: с помощью вращающихся векторов (диаграмм) и с помощью волновых диаграмм (синусоид). Так как векторные диаграммы про­ще, то чаще пользуются только таким изображением. Следует пом­нить, что в цепях переменного тока сложение и вычитание величин осуществляется не простым арифметическим сложением и вычита­нием, а графически — чаще всего векторно. Важно понять и усвоить построение векторов и векторных диаграмм.

Тема 3.2. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока

Многие параметры цепей переменного тока аналогичны пара­метрам цепей постоянного тока, но это только по форме. Поэтому нельзя механически переносить приемы расчета цепей постоянного тока на расчет цепей переменного тока.

В цепях переменного тока встречаются две основные нагрузки:

активная и реактивная (индуктивная и емкостная).

Одно из основных отличий цепи с активным сопротивлением состоит в следующем: напряжение и ток совпадают по фазе (φ= 0);

активная мощность (Р) измеряется в Ваттах (Вт),

реактивные сопро­тивления (индуктивное и емкостное) зависят от частоты (ω).

X_L = ωL, X_c=1/ωC.

Сдвиг по фазе между напряжением и током в цепи с индуктивным сопротивлением (X_L) равен +90°=π/2 (напря­жение опережает ток); в цепи с емкостным сопротивлением (Х_C) ток опережает напряжение, φ = - 90° = - π/2.

Реактивная мощность (индуктивная Q_L и емкостная Qс) или мощность потерь характеризуют процесс обмена энергией между ге­нератором и потребителем и измеряется в «вар» (вольт-ампер реак­тивный).