Расчет электротехнических цепей переменного тока

Энергосберегающие технологии
Оборудование установок солнечного горячего водоснабжения
Схемы систем горячего водоснабжения
Геотермальная система теплохладоснабжения с тепловыми насосами
Комплексные геотермальные системы теплоснабжения
Проектирование ветроэнергетических установок
Уникальное изобретение в ветроэнергетике
Конструкция ветродвигателя
Расчет ветродвигательных установок
Проектирование биогазовых установок
Проектирование аккумуляторов теплоты
Приведем методику расчета для теплового аккумулятора
Установка солнечного горячего водоснабжения
Структурная схема гелиоустановки
Проектирование систем геотермального теплоснабжения
Закрытые системы геотермального теплоснабжения
Расчет и подбор отопительных приборов
Физика
Атомная физика
Ядерная физика
Электротехника
Расчет цепей постоянного тока
Расчет цепей переменного тока
Выполнение лабораторных работ
Математика
Аналитическая геометрия
Примеры решения типовых задач
по математике
Задача Коши
Метод Фурье для решения второй краевой задачи
Общее решение уравнения теплопроводности
Потенциал стационарного электрического тока
метод Пикара
Методом Эйлера
Метод итераций
Базис и разложение векторов
Определители 2-го и 3-го порядка
Аналитическая геометрия
Кривые второго порядка
Контрольная работа
Примеры решения типовых задач: матрицы
Решение систем линейных уравнений
Вычислить определитель матрицы

Понятие трехфазной системы ЭДС (напряжений). Соединение трехфазного источника «зведой». Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами.

Расчёт напряжения смещения нейтрали. Симметричная трех фазная цепь – это совокупность трех синусоидальных ЭДС одинаковых по амплитуде и частоте, сдвинутых относительно друг друга на угол 120 градусов.

Измерение реактивной мощности одним ваттметром. С помощью одного ваттметра при симметричном режиме работы цепи можно измерить ее реактивную мощность.

1-й закон Кирхгофа: Сумма магнитных потоков ветвей разветвленной магнитной цепи в узле равна нулю.

Расчет трехфазной цепи переменного тока Условие задачи. К трехфазному источнику с симметричной системой фазных напряжений подключены сопротивления, распределение которых по фазам приводится в табл. 2.6. Значения линейного напряжения Uл, активных r, индуктивных xL и емкостных xс сопротивлений приемников даны в табл. 2.7. При расчете цепи пренебрегаем сопротивлением линейных и нейтрального проводов.

ЗАДАЧА. Расчет разветвленной цепи постоянного тока с одним источником энергии Условие задачи. В электрической цепи, изображенной на рис. 2.1, определить токи в ветвях, напряжение на зажимах и составить баланс мощности.

Расчет неразветвленной цепи синусоидального переменного тока Условие задачи. Напряжение на зажимах цепи, представленной на рис. 2.3, изменяется по синусоидальному закону и определяется выражением u = Umsin (wt + yU) .

Расчет разветвленной цепи синусоидального переменного тока Условие задачи. В цепи переменного тока, представленной на рис. 2.6, заданы параметры включенных в нее элементов, действующее значение и начальная фаза yU напряжения, а также частота питающего напряжения f = 50 Гц

Трехфазные трансформаторы: виды, схемы соединения обмоток. Трехфазный переменный ток преобразуется трехфазными трансформаторами.

Потери в магнитопроводе. Классификация потерь. При работе электрической машины в ее активных материалах возникают потери энергии. К ним относятся магнитные потери в стали магнитопровода и электрические потери в проводниках обмоток. При вращении машины возникают механические потери, вызываемые трением. Кроме того, имеют место добавочные потери в обмотках и в стали магнитопровода.

Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.

Решение задачи по теме «Трехфазные асинхронные двигатели c короткозамкнутым ротором» Условие задачи. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением Uл. Заданы параметры двигателя: номинальная мощность Pн, частота вращения nн, коэффициент полезного действия hн, коэффициент мощности cos j1н при номинальной нагрузке, кратность максимального момента Ммах / Мн и кратность пускового тока Iп / Iн

Решение задачи по теме «Трехфазные трансформаторы» Условие задачи. В трехфазном двухобмоточном трансформаторе заданы номинальные параметры: мощность Sн; линейное напряжение первичной обмотки U1н; линейное напряжение вторичной обмотки U2н; мощность потерь холостого хода Р0; параметры упрощенной схемы замещения rк и хк, численные значения которых приводятся в табл.

Решение задачи по теме «Трехфазные трансформаторы» Условие задачи. В трехфазном двухобмоточном трансформаторе с соедин­ением обмоток по схеме Y/D заданы номинальные параметры: мощность Sн; линейное напряжение первичной обмотки U1н; линейное напряжение вторичной обмотки U2н; мощность потерь короткого замыкания Рк; напряжение короткого замыкания uк; ток холостого хода i0; кпд при коэффициенте нагрузки b = 0.5 и соs j2 = 0.8.

Решение задачи по теме «Трехфазный асинхронный двигатель c короткозамкнутым ротором» Условие задачи. Трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением Uл. Заданы параметры двигателя: номинальный момент Мн, частота вращения nн, ток Iн и коэффициент мощности cos j1н при номинальной нагрузке, кратность максимального момента Ммах / Мн.

Решение задачи по теме «Расчет трехфазных сетей» Условие задачи. Cиловой распределительный щит стройплощадки питается от трехфазной четырехпроводной линии напряжением 380/220 В. Вид, протяженность и материал проводов линии, способ прокладки кабельной линии, а также характер и мощность приемников электрической энергии приводятся в табл

Однофазные выпрямители Выпрямителем называется электронное устройство, преобразующее энергию переменного тока (обычно синусоидального) в энергию постоянного тока.

Электронные ключи Для выполнения различных коммутаций в устройствах автоматики и вычислительной техники, включения и выключения элементов, источников питания используют электронные ключи.

Микропроцессор (МП) – программируемое электронное устройство, которое предназначено для обработки информации, представленной в цифровом коде, и управления процессом этой обработки. Микропроцессоры изготовляют по интегральной технологии. Они представляют собой одну или несколько БИС

Стабилизаторы Электронные устройства предъявляют достаточно жесткие требования к качеству электроэнергии, потребляемой от источников питания. Колебания напряжения и частоты промышленной сети переменного тока, изменение нагрузки в широких пределах, влияние температуры окружающей среды и т.д. диктуют необходимость различных стабилизирующих устройств в схемах источников питания.

Основные понятия и определения в метрологии Все отрасли человеческой деятельности не могут существовать и развиваться без развернутой системы измерений, которые определяют не только уровень контроля и управления технологическими процессами, но и качество производимой продукции. Получение и переработка сельскохозяйственной продукции сопровождается биологическим, агрохимическим и технологическим контролем производства на всех этапах. Большая роль принадлежит измерениям при создании новых сельскохозяйственных машин, производстве с применением современных технологий и особенно при автоматизированном производстве.

 Электромеханический измерительный прибор прямого действия представляет собой прибор, в котором положение подвижной части зависит от значения измеряемой величины. В таком приборе происходит одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации от входа к выходу без применения обратной связи

Измерение и контроль тока и напряжения в условиях агропромышленного производства – наиболее распространенный вид измерений электрических величин. В зависимости от рода, частоты и формы кривой тока применяют те или иные методы и средства измерений и контроля тока и напряжения. Ток и напряжение непосредственно измеряют электромеханическими и цифровыми амперметрами и вольтметрами со стрелочными или цифровыми отсчетными устройствами. Применение метода сравнения с мерой позволяет измерять величины с меньшими погрешностями, чем непосредственно.

Общие свойства измерительных цепей и приборов В агропромышленном производстве необходима информация о нескольких сотнях параметров. При этом значительное число параметров измеряют и контролируют при помощи электрических средств. Это обусловлено рядом особенностей электрических средств – малой инерционностью приборов, возможностью измерения на расстоянии и простотой автоматизации измерений и обработки результатов.

Трехфазные системы. Электроэнергию при переменном синусоидальном напряжении можно передавать как в однофазной системе, требующей двух проводов, так и в многофазных системах. По сравнению с однофазными они имеют ряд преимуществ, но более громоздкие.

При соединении фаз потребителя треугольником каждая из фаз подключается на линейное напряжение

Расчёты в трёхфазных цепях Требуется: Выразить линейные и фазные напряжения сети комплексными числами.

Задача В цепь переменного тока напряжением U = 300 В, и частотой 50 Гц включена последовательно катушка с индуктивным сопротивлением
ХL =40 Ом и активным сопротивлением R= 30 Ом и конденсатор ёмкостью С = 400 мкФ. Определить ток, напряжение на катушке и конденсаторе, активную и реактивную мощности катушки и конденсатора и всей цепи

В сеть переменного тока напряжением U = 250 В включена цепь, состоящая из двух параллельных ветвей с сопротивлениями R1 = 25 Ом, R2 = 10 Ом и XL = 7 Ом. Определить показания измерительных приборов, полную и реактивную мощности цепи, построить векторную диаграмму, треугольники токов и мощностей.

В трёхфазную четырехпроводную цепь с симметричным линейным напряжением UЛ = 220 В включены звездой сопротивлением RA = 6 Ом, RB = 7 Ом, RC = 9 Ом, XA = 7 Ом, XB = 6 Ом, XC = 11 Ом. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, мощности всей цепи и каждой фазы в отдельности.

В трехфазную трехпроводную цепь с симметричным линейным напряжением UЛ=120 В включены треугольником активные сопротивления RAB=5 Ом, RBC=9 Ом и RCA=12 Ом. Определить фазные и линейные токи, активную мощность всей цепи и каждой фазы в отдельности. Построить векторную диаграмму цепи.

Рассчитать электрическую линию для питания электродвигателя. Напряжение питающей сети U=220 В. Проводку выполнить в трубах изолированными алюминиевыми проводами. Протяженность линии L = 40 м. Выбрать предохранители и токи плавких вставок для защиты двигателя от токов короткого замыкания.

Задача Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, определить номинальный и пусковой ток, номинальную частоту вращения, номинальный, максимальный и пусковой моменты. Построить механическую характеристику двигателя.

Начертить схему защиты и управления электродвигателем для центробежного насоса типа 4А1002У3. В качестве аппаратов защиты принять предохранители, а в качестве аппарата управления — магнитный пускатель. Выбрать их типы.

Задача. В цепь переменного тока напряжением U и частотой 50 Гц включена последовательно катушка с индуктивным сопротивлением ХL и активным сопротивлением R Ом и конденсатор ёмкостью С. Определить ток, напряжение на катушке и конденсаторе, активную и реактивную мощности катушки и конденсатора, и всей цепи. Определить частоту резонанса цепи и ток, напряжение на катушке и конденсаторе, реактивные мощности их и активную мощность цепи. Построить векторные диаграммы для этих режимов работы.

О приближенных вычислениях Числовые значения технических величин являются большей частью приближенными.

Исследование переходных процессов в цепи, содержащей один реактивный элемент и резистор Цель работы Экспериментальное исследование переходных процессов в RC-цепи при воздействии прямоугольного импульса напряжения.

Анализ переходных процессов в последовательном колебательном контуре Цель работы С помощью программы FASTMEAN смоделировать переходные процессы в последовательном колебательном контуре и исследовать влияние параметров контура на режимы колебаний.

Исследование переходных процессов в последовательном резонансном контуре Цель работы Экспериментально исследовать переходные процессы в последовательном колебательном контуре RLC при воздействии прямоугольного импульса.

Преобразование спектра колебаний пассивной электрической цепью Цель работы Изучение спектрального метода анализа электрических цепей.

Анализ чатотных и временных характеристик пасивного и активного четырехполюсников Цель работы Исследовать частотные характеристики пассивного четрырехполюсника: амплитудно-частотную│H(jω)│ и фазо-частотную θ(ω). Исследовать временные характеристики пассивного четырехполюсника: переходную характеристику h(t) и импульсную g(t).

Переходные процессы в RLC цепях Линейные цепи 2-го порядка содержат два разнотипных реактивных элемента L и C. Примерами таких цепей являются последовательный и параллельный резонансные контуры (рис.1). Переходные процессы в колебательных контурах  описываются дифференциальными уравнениями 2-го порядка. Рассмотрим случай разряда емкости на RL цепь. Составим уравнение цепи по первому закону Кирхгофа:

Исследование режимов работы длинной линии Цель работы Экспериментальное исследование распределения действующего значения напряжения в длинной линии в различных режимах работы.

Спетральный анализ реакции нелинейной резистивной электрической цепи при гармоническом воздействии Цель работы С помощью программы FASTMEAN смоделировать процессы в нелинейной резистивной цепи при гармоническом воздействии и исследовать спектр реакции нелинейной резистивной цепи при различных режимах работы нелинейного элемента.

Программа моделирования электрических цепей FASTMEAN позволяет провести анализ по постоянному току, расчет переходного процесса, спектров сигналов, частотных характеристик (АЧХ/ФЧХ) для цепей, содержащих как линейные, так и нелинейные элементы. Имеется возможность многовариантного анализа, удобная для оценки влияния тех или иных параметров элементов на характеристики цепи.

Под переходными процессами понимают процессы перехода от одного режима работы электрических цепей к другому, чем-либо отличающемуся от предыдущего, например величиной амплитуды, фазы, формой, частотой, значениями параметров схемы или вследствие изменения конфигурации цепи.

Операторный метод расчета В операторном методе каждой функции времени соответствует функция новой переменной, обозначаемой буквой p, и наоборот – функции переменной p отвечает определенная функция времени.

Спектральное представление периодических процессов в электрических цепях Во многих случаях в установившемся режиме кривые периодических э.д.с., напряжений и токов в электрических цепях могут отличаться от синусоидальных. При этом непосредственное применение символического метода для расчета цепей переменного тока становится невозможным.

Исследование характеристик линейных четырехполюсников

 Цифровые запоминающие осциллографы PCS500 позволят вам увидеть на мониторе компьютера различные виды измеряемых сигналов. В прилагаемых к приборам программах Windows для пользователя доступны все стандартные функции осциллографа. Данные приборы действуют как обычные осциллографы, позволяя при этом выполнять большинство операций с помощью мыши. Маркеры, указывающие напряже­ние и частоту, также значительно упрощают работу приборов и могут быть настроены с помощью мыши.

Лабораторная работа № 3 Исследование нелинейных цепей постоянного тока Цель работы: Снять вольтамперные характеристики нелинейных элементов при различных способах соединения. Выполнить графический расчет неразветвленной и разветвленной нелинейной цепи и проверить его опытом.

Мощности в комплексной форме

Резистор в цепи синусоидального тока

Неразветвленная цепь синусоидального тока Рассмотрим цепь из трех последовательных токоприемников : первые два имеют активно-индуктивный характер, третий является последовательным соединением резистора и конденсатора. Проведем анализ цепи по векторной диаграмме. Произвольно строим вектор тока, который является базовым для всех векторов диаграммы.

Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока Широкое распространение на практике получил метод расчета цепей синусоидального тока, который принято называть комплексным. Сущность метода состоит в том, что синусоидальные токи, напряжения и ЭДС изображаются комплексными числами, а геометрические операции над векторами заменяются алгебраическими операциями над комплексными числами. Этот метод позволяет рассчитывать цепи синусоидального тока алгебраически аналогично цепям постоянного тока.

Электрические цепи с взаимной индуктивностью При рассмотрении цепей синусоидального тока до сих пор учитывалось только явление самоиндукции катушек, обусловленное током в цепи. Цепи, в которых наводятся ЭДС между двумя (и более) взаимно связанными катушками, называются индуктивно связанными цепями. Рассмотрим явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении тока в другом.

Понятие переходного процесса При изучении предыдущего материала рассматривались установившиеся режимы работы электрических цепей с сосредоточенными параметрами, т.е. режимы, которые устанавливаются в цепи при неизменных напряжении, токе, сопротивлении и др.

Переходные процессы в цепи с резистором и конденсатором Короткое замыкание цепи с резистором и конденсатором (разряд конденсатора на резистор)

Цепи несинусоидального тока Причин отличия кривых токов и напряжений от синусоидальной формы несколько. Во-первых, в генераторах переменного тока кривая распределения магнитной индукции вдоль воздушного зазора из-за конструктивного несовершенства машин может отличаться от синусоиды. Это приводит к возникновению в обмотках несинусоидальной ЭДС.

 В теории линейных цепей предполагается, что параметры всех сосредоточенных элементов: сопротивление резистора , индуктивность катушки , емкость конденсатора  – являются неизменными, не зависящими от токов и напряжений. Это предположение является идеализацией.

Нелинейные цепи переменного тока с ферромагнитными элементами

Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства По магнитным свойствам все материалы разделяют на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель и их сплавы и др.) и неферромагнитные материалы (все материалы, за исключением ферромагнитных).

Импульсные цепи В современных электронных устройствах, системах связи, автоматического управления и вычислительной технике информация часто передается в виде электрических импульсов различной формы. В процессе прохождения импульсов через различные цепи и устройства их форма видоизменяется и иногда искажается.

Назначение и принцип действия трансформатора Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга.

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора Параметры схемы замещения можно определить по опытам холостого хода и короткого замыкания.

Мощность потерь и КПД трансформатора

Асинхронная машина – это бесколлекторная машина переменного тока, у которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля.

Частота вращения магнитного потока ротора Так как в короткозамкнутом роторе каждый стержень (в пазу проводника) образует отдельную фазу, а пазы ротора сдвинуты в пространстве, то сдвинутые по фазе токи в стержнях создают вращающееся магнитное поле.

Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя

Синхронными машинами называют электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора находится в строго постоянном соотношении с частотой тока электрической сети.

Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма ЭДС и МДС синхронного генератора

Работа синхронной машины в режиме синхронного двигателя В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора на угол   и электромагнитный момент определяется по уравнению. Уравнения электрического баланса аналогичны режиму генератора. Поэтому генератор и двигатель характеризуются общими закономерностями.

Электронные приборы и устройства Возникновение электроники было подготовлено всем ходом развития промышленного производства и в частности электротехники. В цепи замечательных открытий и изобретений в этой области следует особо выделить такие достижения, как открытие явления термоэлектронной эмиссии

Стабилитрон представляет собой специальный полупроводниковый диод, напряжение электрического пробоя которого очень слабо зависит от протекающего через него тока. Стабилитрон служит для стабилизации напряжения в различных электронных устройствах (например, блоках питания). Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Биполярные транзисторы Транзисторы являются управляемыми полупроводниковыми приборами, обеспечивающими усиление сигналов. По принципам действия их делят на управляемые электрическим током (биполярные) и управляемые электрическим полем (полевые).

Индикаторные приборы служат для преобразования электрических сигналов в визуально воспринимаемую информацию. В зависимости от назначения индикаторные приборы могут иметь разную степень сложности и базироваться на различных физических принципах. В настоящее время для отображения знаковой информации наибольшее распространение получили электронно-лучевые, вакуумно-люминесцентные, газоразрядные, полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы.

Жидкокристаллические индикаторы не излучают собственный свет, а только воздействуют на свет, проходящий через индикатор. Поэтому для них необходим внешний источник света. Основу индикаторов этого типа составляют жидкокристаллические вещества, молекулы которых могут поворачиваться под действием электрического поля и вследствие этого изменять прозрачность слоя жидкого кристалла.

Транзисторные усилители Назначением усилителя как электронного устройства является увеличение мощности сигнала за счет энергии источника питания.

Операционные усилители С развитием интегральной технологии производства наиболее распространенным элементом для построения электронных устройств стал операционный усилитель. Он представляет собой высококачественный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, обладающий высоким коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Мультивибраторы Генератор, представляющий собой двухэлементный усилитель с емкостной связью, выход которого соединен с входом, называют мультивибратором.

Логический элемент – это электронная схема, которая имеет один или больше входов X, реализующая на каждом выходе соответствующую логическую функцию Y от входных переменных. Логические элементы являются важнейшей составной частью устройств цифровой (дискретной) обработки информации – цифровых измерительных приборов, устройств автоматики и ЭВМ.

 

Физика курс лекций для студентов техничских университетов