![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Электрическое напряжение и потенциал.
- •Электропроводность вещества. Проводники и диэлектрики.
- •1.2 Электрические цепи постоянного тока.
- •Последовательное соединение сопротивлений.
- •1.3 Электромагнетизм.
- •Магнитное поле прямолинейного проводника с током.
- •Эдс в контуре. Правило Ленца.
- •1.4 Электрические цепи однофазного переменного тока.
- •Векторная диаграмма:
- •Способы повышения коэффициента мощности
- •Назначение, устройство и принцип действия асинхронного двигателя.
- •Устройство электроизмерительных приборов.
- •Достоинства:
- •Достоинства:
- •Недостатки:
- •Компенсационный метод измерения
- •Измерение сопротивлений.
- •Измерение мощности.
- •I. В цепях постоянного тока.
- •II. В цепях переменного однофазного тока.
- •III. В цепях трехфазного переменного тока.
- •Индукционные счетчики.
1.4 Электрические цепи однофазного переменного тока.
Определение, период и частота переменного тока.
Современная электроэнергетика основана на применении переменного тока, т.к. он имеет ряд преимуществ перед постоянным током:
-
возможность трансформирования переменного тока, т.е. преобразование тока большой силы и низкого напряжения в ток малой силы и высокого напряжения, что обеспечивает экономичность передачи на большие расстояния и удобство распределения;
-
машины переменного тока дешевле и надежней машин постоянного тока;
-
переменный ток легко преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей.
Переменный
ток – это ток, величина и направление
которого с течением времени изменяется.
Одной из разновидностей переменного тока является так называемый синусоидальный ток, получивший широкое практическое применение, т.к. он создает меньшие потери в цепи и легко просчитывается математически, чем несинусоидальный.
Синусоидальный
ток – это ток, величина и направление
которого изменяется с течением времени
периодически по синусоидальному закону.
Промежуток времени, в течение которого все значения тока повторяются, называется периодом Т.
Величина, обратная периоду, или величина, определяющая число периодов в секунду, называется частотой переменного тока.
Стандартная промышленная частота переменного тока в странах СНГ, Европы и Азии составляет 50 Гц, а в США и Японии – 60 Гц. Такая величина частоты обусловлена технико-экономическими соображениями. При пониженных частотах габариты, расход материалов и стоимость электрических машин выше; заметным становится мигание света в осветительных приборах. При более высоких частотах увеличиваются потери энергии в проводах и сердечниках.
Понятие «синусоидальный ток» означает, что ЭДС, напряжение и ток представляют собою синусоидальные функции времени:
Синусоидальный ток характеризуют следующие основные значения:
-
мгновенные значения – это значения синусоидальных величин (ЭДС, напряжения и тока) в любой момент времени; обозначаются малыми буквами: е, u, i;
-
максимальные (амплитудные) – это наибольшее значение синусоидальных величин за период; обозначаются: Em; Um; Im;
-
действующие значения обозначаются E; U; I.
Под
действующим значением переменного тока
понимают такое эквивалентное значение
постоянного тока, который бы, проходя
через то же сопротивление, что и переменный
ток, выделяет в нем за период такое же
количество тепла.
Действующее значение любой синусоидально
изменяющейся величины всегда меньше
ее максимального значения в
раз.
Все электроизмерительные приборы, включенные в сеть переменного тока всегда показывают действующее значение синусоидально измеряемой величины.
Получение синусоидальных эдс.
Синусоидальньые здс получают с помощью генераторов переменного тока , характерной особенностью которых является то, что магнитная индукция по поверхности якоря изменяется по синусоидальному закону. Такое изменение магнитной индукции достигается за счет того, что воздушный зазор между ротором и статором выполняется неравномерным.
При вращении ротора зтого генератора в обмотке ротора будет индуктироваться эдс:
е
=
BVl
•
2W
=
2Иml
•W
•
sin
.
т.к.В = Bm sin а т.к. Еm = 2Bml • W
e = Emsin a, где а - угол поворота ротора.
Учитывая, что угловая частота вращения ротора:
тогда
е
= Ет
sin
t
.
Таким образом, эдс, индуктируемая в обмотке якоря генератора переменного тока будет изменятся с течением времени по синусоидальному закону.
За
время одного оборота ротора угол
поворота:
.
Время
будет t=T
Следовательно угловая частота вращения:
т.к
Фаза и сдвиг фаз.
Если
на роторе генератора переменного тока
закрепить две катушки, сдвинутые в
пространстве друг отяосительно друга
на какой-то угол
,
то при вращении ротора зтого генератора
с какой-то постоянной угловой частотой
,
в каждом из витков будут индуктироваться
эдс одинаковой частоты с одинаковыми
максимальньши значеннями, но достигать
своих максимальных значений эти эдс
будут не одновременно, т.е. будет
наблюдаться какой-то сдвиг по времени
в достижении максимальных значений.
Углы
1
и
2,
определяющие значение эдс в начальный
момент времени t
= 0, называются
начальными
фазными углами
или начальными
фазами.
Угол
1
-
2,
тоесть равный разности начальных
фаз,называется
углом сдвига фаз.
Если за какой-то промежуток времени t (мин.) ротор повернется в магнитном поле на какой-то угол
,
тогда эдс в первом и втором витках будут определятся уже углами:
(1)
и (
2).
Углы (1)
и (
2),определяющее
значение эдс в любой момент времени называются фазными углами или фазой.
Синусоидальная
величина, максимальные положительные
значення которой достигаются раньше,
называется опережающей
по фазе,
а та синусоидальная величина, у которой
эти же значення достигаются позже,
называется отстающей
по фазе.
Если
максимальные положительные значення
нескольких синусоидальных величин
достигаются одновременно, то такие
синусоидальные величины называются
совпадающими
по фазе.
Пример:
По заданным законам изменения:
і
= Im
sin,
el
=
Ет1
sin
;
e2
=
Em2
(
t
+90
)
определить, какие из зтих величин
являются:
опережающими, отстающими или совпадающими
по
фазе.
Из
построенных
графиков
видно, что ток i
и эдс
e1
достигают
своих максимальных
значений одновременно, поэтому они
считаются совпадающими по фазе, а здс
e2
достигает
своего максимального положительного
значення раньше, чем i
и e1,
на
поэтому
она называется опережающей по отношению
к току i
и эдс
e1.
Графическое изображение синусоидальных величин.
Существует два способа графического изображения синусоидальных величин:
1) в виде синусоиды (см. рис. 1);
2) в виде вращающегося вектора.
Сущность метода изображения в виде вращающегося вектора состоит в следующем: чтобы изобразить ту или иную синусоидальную величину в виде вращающегося вектора нужно взять в масштабе вектор, равный по величине максимальному или действующему значению синусоидальной величины и отложить его относительно к положительному направлению оси ОХ по углом, равным начальной фазе. При вращении этого вектора в положительном направлении (против часовой стрелки) проекции этого вектора на ось ОУ всегда будут давать мгновенные значения.
Цепь переменного тока с сопротивлением R.
Такая цепь получится, если к зажимам генератора переменного тока подключить нагрузку, обладающую каким-то сопротивлением R.
При замыкании рубильника к сопротивлению R будет приложено синусоидальное напряжение:
.
Ток в этой цепи:
,
т.е.
Таким образом, в цепи переменного тока с сопротивлением R при синусоидальном напряжении ток будет тоже синусоидальным и совпадающим по фазе с напряжением.