Тема 1.10. Електропривод і апаратура уловлення

Програма

Поняття про електропривод. Режим роботи електродвигунів. Вибір потужності електродвигуна.

Пускорегулююча та захисна апаратура. Релейно-контактна система управління.

Лабораторна робота 11

Збирання і перевірка роботи схеми релейно-контакторного керування трифазним асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором.

Література

[1], §§ 11.1 – 11.18; [2], § § 13.1 - 13.4

[4] (задачі 11-1, 11-5, 11-6)

Питання для самоперевірки

1. Що називається електроприводом?

2. Який режим роботи називається тривалим?

3. Як вибрати потужність двигуна при тривалому режимі роботи при постійному навантаженні?

4. Перерахуйте пускорегулювальні апарати для керування двигунами.

5. Поясніть призначення і роботу контактора.

6. Чим відрізняється магнітний пускач від контактора?

Тема 1.11 Передача і розподіл електричної енергії

Програма

Сучасні схеми електропостачання промислових підприємств від енергетичної системи. Призначення і будова трансформаторної підстанції і розподільних пунктів. Електричні мережі промислових підприємств, повітряні, кабельні, внутрішні мережі та розподільчі пункти. Найбільш поширені марки проводів і кабелів. Захисне заземлення, його призначення і будова.

Література

[1], § § 12-1 - 12-4; [2] § § 13.1-13.4

Питання для самоперевірки

1. Що називається енергетичною системою?

2. Накресліть схему передачі електроенергії від електростанції до споживача.

3. Як виконується і для чого захисне заземлення?

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ

КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ I

Методичні вказівки до вирішення задач 1 ... 5

Ці завдання ВІДНОСЯТЬСЯ до теми 1.2 "Електричні кола постійного струму". Розв’язок їх вимагає знання закону Ома, формул потужності, першого закона Кірхгофа, властивостей послідовного і паралельного з'єднання резисторів.

Короткі відомості про перераховані вище поняттях.

Закон Ома для ділянки кола

Рисунок 1

На рис. 1 зображений резистор, представляє ділянку електричного кола, де U - електрична напруга на резисторі (ділянці кола); R - електричний опір резистора (ділянки кола); I - сила струму на резисторі (ділянці кола).

Між цими електричними величинами існує чітко встановлений зв'язок. Вона встановлюється законом Ома:

Сила струму I на ділянці електричного кола прямо пропорційна ¬ напрузі U на його затискачах і обернено пропорційна опору R цієї ділянки кола, тобто

Одиниці виміру:

струму І- А (ампер), напруги U - В (вольт), опору R - Ом (ом).

Примітка:

Одиниці вимірювання всіх електричних величин, які отримали назву на честь учених, пишуться з великої (заголовної) літери, тому А, В, Ом.

Потужність, споживана колом

Потужність - це швидкість, з якою відбувається перетворення енергії. Для ділянки кола, зображеного на рисунку 1, електрична потужність може бути визначена за формулами:

Одиниця вимірювання потужності Р - Вт (ват).

Перший закон Кірхгофа

Рисунок 2

На рисунку 2 показана частина електричної схеми з електричним вузлом або точкою розгалуження (див. точку А). Це така точка електричної схеми, де з'єднані три або більше проводів (на рис.2 таких проводів 5).

Перший закон Кірхгофа встановлює співвідношення між струмами у вузлі. Він формулюється так:

сума струмів, спрямованих до вузла, дорівнює сумі струмів, напрямлених від нього. Для вузла А можна написати:

І₁+І₂=І₃+І₄+І₅

або так: І₁+І₂+(-І₃)+(-І₄)+(-І₅)=0

а в загальному вигляді = 0, тобто . Алгебраїчна сума струмів в електричному вузлі дорівнює нулю. При цьому струми, які направлені від вузла, рахуються від’ємними.

Послідовне з’єднання резисторів

Рисунок 3

Властивості даного виду з’єднання:

1. На всіх резисторах (ділянках) цього кола протікає один і той же струм:

І₁=І₂=І₃=І

2. Загальний опір кола дорівнює сумі опорів її резисторів (ділянок):

R=R₁+R₂+R₃

3. Напруга на затискачах кола дорівнює сумі падінь напруг на її окремих резисторах (ділянках):

U=U₁+U₂+U₃

4. Потужність яка споживається колом, дорівнює сумі потужностей, споживаних кожним з резисторів (ділянок):

Р=Р₁+Р₂+Р₃

При вирішенні завдань на послідовне з'єднання елементів, слід враховувати не тільки перераховані вище властивості, але і правильно застосовувати закон Ома і формули потужності, необхідність використання яких може виникнути як на окремій ділянці, так для всього ланцюга в цілому. Для схеми, зображеної на рис. 3, вони повинні бути записані у вигляді:

Паралельне з’єднання резисторів

Рисунок 4

Властивості даного виду з’єднання:

1. На всіх резисторах (ділянках) такого кола діє одна і таж напруга

U₁=U₂=U₃=U

2. Струм в нерозгалужене частини кола дорівнює сумі струмів на її вітках:

І=І₁+І₂+І₃

(це випливає з I закону Кірхгофа).

3. Повна (еквівалентна) провідність кола дорівнює сумі провідностей її резисторів (ділянок):

G=G₁+G₂+G₃

або

4. Потужність, споживана ланцюгом, дорівнює сумі потужностей, споживаною кожним з резисторів (ділянок):

P=P₁+P₂+P₃

Примітка:

При визначенні еквівалентного опору трьох і більшого числа резисторів рекомендується спочатку знайти провідність ланцюга, а потім її опір.

При визначенні загального опору двох резисторів рекомендується застосовувати формулу:

При вирішенні завдань, що містять паралельне з'єднання елементів, слід враховувати не тільки перераховані вище властивості, але і правильно застосовувати закон Ома і формули потужності, необхідність використання яких може виникнути як на окремій ділянці, так і для всього кола в цілому. Для схеми, зображеної на рис. 4 вони повинні бути записані у вигляді:

Зверніться до подібних формулами послідовного з’єднання. Проаналізуйте їх, розберіться що в них спільного і чим вони відрізняються один від одного.

ПРИКЛАД 1

Рисунок 5

На схемі, наведеної на рисунку 5 зображено змішане з'єднання опорів, відомо що U=250B, R₁ = 14 Ом, R₂=20 Ом, R₃=50 Ом, R₄=200 Ом, R₅=40 Ом, R₆=15 Ом, R₇=60 Ом. Визначити загальний опір R цього кола, струм I і потужність Р, споживані колом, а також струми І₁, І₂, І₃, І₄, І₅, І₆, І₇, напруги U₁, U₂, U₃, U₄, U₅, U₆, U₇, і потужності P₁, P₂, P₃, P₄, P₅, P₆, P₇ на кожному резисторі. Перевірити рішення задачі методом балансу потужностей.

Перед розв’язком приклада 1 необхідно уважно прочитати загальні методичні вказівки до вирішення задач 1 ... 5 і тільки після цього приступити до розв’язку.

У цьому прикладі і в завданнях 1 ... 5 індекс струму, що протікає через резистор, індекс напруги на ньому і індекс потужності, споживаною резистором, відповідають індексу резистора. Наприклад рис. 5 резистор R₃ характеризується струмом I₃, напругою U₃, потужністю Р₃ і т.д.

Схема електричного кола, зображена на рис. 5, представляє собою мішане з'єднання резисторів (воно складається з послідовних і паралельних з'єднань елементів схеми), загальний опір такого ланцюга знаходиться шляхом поступового спрощення схеми і "згортання" її так, щоб отримати один опір. При розрахунку струмів в окремих гілках схему «розгортають» у зворотному порядку.

Розв’язок

1. Резистори R₃ і R₄ з'єднані паралельно, тому їх загальний опір дорівнює

Тепер схема приймає вигляд, показаний на рис. 6 На цій схемі виділені літерами три ділянки (АВ, ВС, СД), які з’єднані один з одним послідовно.

Рисунок 6

2. Резистори R₂ і R_3,4(рис. 6) з'єднані послідовно, їх загальний опір:

R_{2,3, 4}= R₂+R_3,4= 20 + 40 = 60 Ом.

Відповідна схема наведена на рис. 7

Рисунок 7

2. Резистори R_2,3,4 i R₅ з'єднані паралельно, тому їх загальний опір дорівнює

Тепер схема кола буде мати вигляд, наведений на рис. 8

Рисунок 8

2. Резистори R₆ i R₇ з’єднані паралельно, тому їх загальний опір дорівнює

Схема приймає вигляд, зображений на рис.9

Рисунок 9

2. Знаходимо загальний опір кола, рис.10:

Рисунок 10

R=R_AД=R_AB+R_ВС+R_СД=14+24+12=50 Ом

R_AB=R₁=14 Ом

2. Для схеми зображеної на рис.10, неважко знайти струм який споживає коло, який одночасно являється струмом нерозгалуженої частини кола.

На основі закона Ома:

Переходячи від схеми до схеми у зворотному порядку, найдемо всі струми. Так як схема, зображена на рис.9 представляє собою послідовне з’єднання ділянок АВ, ВС, СД, то на основі першої властивості для даного виду з’єднання виходить:

І=І_АВ=І_ВС=І_СД=5 А

(І_АВ=І₁)

2. Використовуючи закон Ома, знайдемо падіння напруги на ділянках АВ, ВС і СД

U_АВ=U₁=I·R₁=5·14=70 B

U_BC=I·R_BC=5·24=120 B

U_СД=І·R_СД=5·12=60 B

В ході розв’язку задачі, можна перевіряти правильність її розв’язку. Так на основі третьої властивості послідовного з’єднання резисторів:

U=U_АД=U_AB+U_BC+U_СД=70+120+60=250 В

Підставивши значення напруг, ми бачимо, що напруга відповідає заданому значенню. Знаючи напругу на ділянках ВС і СД, визначимо струми у вітках (див. рис.7).

2. На ділянці ВС резистори R_2,3,4 i R₅ з'єднані паралельно. На основі першої властивості даного з’єднання, отримаємо:

U_BC=U_2,3,4=U₅=120 B

Застосувавши закон Ома, знайдемо струми віток ділянки ВС:

2. На ділянці СД резистори R₆ i R₇ з’єднані паралельно, тому

U_СД=U₆=U₇=60 B

На основі другої властивості паралельного з’єднання можна впевнитись на цьому етапі в правильності розрахунків , застосувавши перший закон Кірхгофа. Із схеми (рис.7) виходить:

І=І₁=І_2,3,4+І₅=2+3=5 А

І

І₁=І₆+І₇=4+1=5 А

2. На рис.6 видно, що на ділянці ВС верхня вітка представляє собою послідовне з’єднання R₂ і R_3,4, тому:

І_2,3,4=І₂=І_3,4=2А

2. Для визначення струмів резисторів R₃ і R₄, попередньо знайдемо напругу на R_3,4(рис.6)

U_3,4=I_3,4· R_3,4=2·40=80 B

Оскільки резистори R₃ і R₄ на реальній схемі (рис.5) з'єднані паралельно і

U_3,4=U₃=U₄,

то

Перевірка:

І₂=І₃+І₄=1,6+0,4=2 А (згідно першого закона Кірхгофа)

2. При визначені струмів резисторів на кожному із них, окрім R₂, було визначено напруги, що потрібно також по умовам завдання. Залишилося знайти напругу на резисторі R_2.

Це можна зробити двома способами, на підставі закону Ома

U₂=I₂·R₂=2·20=40 В

або на підставі третьої властивості послідовного з’єднання. На ділянці ВС верхня гілка представляє собою послідовне з'єднання резисторів R₂ і R_3,4 (див. рис. 6), тому

U_BC= U₂ + U_3,4,

звідси

U₂=U_BC-U_3,4= 120 - 80 = 40В

Переходимо до визначення потужності, споживаної колом і кожним резистором окремо.

2. Потужність, споживана колом

Р=U·I=250·5=1250 Вт

2. Потужності, споживані кожним резистором:

Р₁=U₁·I₁=70·5=350 Вт

Р₂=U₂·I₂=40·2=80 Вт

Р₃=U₃·I₃=80·1,6=128 Вт

Р₄=U₄·I₄=80·0,4=32 Вт

Р₅=U₅·I₅=120·3=360 Вт

Р₆=U₆·I₆=60·4=240 Вт

Р₇=U₇·I₇=60·1=60 Вт

15. Перевіримо розв’язок задачі на основі балансу потужностей, а означає, що:

Р=Р₁+Р₂+Р₃+Р₄+Р₅+Р₆+Р₇=350+80+128+32+360+240+60=1250 Вт

Висновок

Визначення потужності ланцюгів на підставі балансу потужностей підтверджує значення потужності, отриманої за формулою Р=U·I.

Значить задача розв’язана правильно.

У розглянутому прикладі пояснювальний текст даний досить докладно для того, щоб студент міг самостійно розбиратися у вирішенні завдань, подібних прикладу. При вирішенні завдань контрольної роботи пояснення слід давати в обов'язковому порядку, але робити це більш коротко.

Наприклад, пункт 6 прикладу при оформленні може бути записаний так:

6) Струм, споживаний ланцюгом,

Пункт 12:

12) Напруга на резисторі R₂ U₂=I₂·R₂=2·20=40 В

або

U₂=U_BC-U_3,4= 120 - 80 = 40В і т.д.