ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОНТЕРА ПО РЕМОНТУ И ОБСЛУЖИВАНИЮ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ. Основы электротехники. Обучающий курс.
Поиск
Выбрать язык
Магазин одежды
Анонс статей
Этот день в истории

Нет событий

Оперативная связь
Архивы погоды

postheadericon ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОНТЕРА ПО РЕМОНТУ И ОБСЛУЖИВАНИЮ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ. Основы электротехники. Обучающий курс.

Время чтения статьи, примерно 25 мин.

Основы электротехники

Содержание

Раздел 1. Цепи постоянного тока

1.1. Основные электрические величины.

1.2. Сопротивление.

1.3 Закон Ома.

1.4. Схемы соединения сопротивлений.

1.5. Первый закон Кирхгофа.

1.6. Энергия и мощность электрического тока.

1.7. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

1.8. Режимы работы источников электрической энергии.

1.9. Определение сечения проводника.

 

Раздел 2. Электромагнетизм

2.1. Магнитное поле

2.2. Электромагнитная сила

2.3. Электромагнитная индукция

2.4. Взаимоиндукция

2.5. Самоиндукция

2.6. Вихревые токи

 

Раздел 3. Цепи переменного тока

3.1. Получение однофазного переменного тока

3.2. Сопротивление в цепях переменного тока

3.3. Мощность в цепях переменного тока

3.4. Коэффициент мощности

3.5. Получение трехфазного переменного тока

3.6. Схемы соединения в трехфазной системе

3.7. Мощность трехфазной системы

Основы электротехники

 Изучив материал этой главы, Вы будете знать

 Основные сведения о цепях постоянного тока. Закон Ома. Закон Кирхгофа. Закон Джоуля-Ленца.

 Основные сведения о магнетизме. Явление электромагнитной индукции, взаимоиндукции, самоиндукции и электромагнитной силы.

 Основные сведения о цепях переменного тока. Сопротивление и мощность в цепях переменного тока.

 Схемы соединения в цепях трехфазного переменного тока, соотношение величин токов и напряжений.

 

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов в металле) под действием электрического поля.

Электрический ток, не изменяющийся по величине и направлению, называется постоянным электрическим током. Основными потребителями постоянного тока являются: электрифицированный транспорт (электропоезда, трамваи, троллейбусы), электролизные цеха, радиотехнические устройства и др.

Электрический ток с количественной стороны характеризуется силой тока.

Сила тока – это число электрических зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду. Чем больше зарядов проходит за одну секунду через поперечное сечение провода, тем больше сила тока.

Сила тока обозначается буквой I и измеряется в амперах (А).

Часто применяют более мелкие единицы силы тока:
1 миллиампер (мА) = 10-3 А
1 микроампер (мкА) = 10-6 А

Для возникновения тока необходимо два условия (рис.1):

• замкнутая электрическая цепь;

• наличие источника электрической энергии.

 Рис.1. Электрическая цепь

Рис.1. Электрическая цепь

К источникам электрической энергии относятся: генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы (батареи) и т.д.

Источник электрической энергии вырабатывает электродвижущую силу (Е), которая приводит в движение частицы по проводникам.

Электродвижущей силой источника называют работу, совершаемую источником электрической энергии при переносе заряда по замкнутой цепи.

В электрических генераторах ЭДС получается посредством электромагнитной индукции (иначе говоря, механическая энергия преобразуется в электрическую), в аккумуляторах, гальванических элементах – вследствие электрохимических реакций (химическая энергия преобразуется в электрическую). ЭДС обозначается буквой Е и измеряется в вольтах (В).

Электрическая цепь (рис.1) может быть разделена на два участка – внешний и внутренний. Внешний участок цепи состоит из одного или нескольких потребителей электрической энергии, соединительных проводов и различных вспомогательных устройств, включенных в эту цепь. Внутренний участок представляет собой сам источник электрической энергии.

Источником энергии постоянного тока являются: гальванический элемент (батарейка), аккумулятор, генератор постоянного тока.

Источник постоянного тока имеет два зажима: положительный полюс (его обозначают знаком + ) и отрицательный полюс (его обозначают знаком – ). Условно принято считать, что электрический ток во внешней цепи течет от плюса источника к его минусу. Во внутренней цепи ток имеет обратное направление, т. е. от минуса – к плюсу.

Напряжение является частью ЭДС, это работа, совершаемая источником

электрической энергией при переносе заряда от одной точки до другой во внешнем участке цепи. Напряжение обозначается U, единица измерения Вольт.

Величина напряжения имеет стандартный ряд:

До 1 кВ (киловольта) включительно: 12 В, 24В, 36В, 42В, 127В, 220В, 380В, 660В, 1000В.

Свыше 1 кВ (киловольта): 3кВ, 6кВ, 10кВ, 15кВ, 20кВ, 35кВ, 50кВ, 110кВ, 220кВ, ЗЗ0кВ, 500кВ, 750кВ, 1150кВ.

Потребители электрической энергии весьма разнообразны: электродвигатели (электрическая энергия преобразуется в механическую), нагревательные элементы (электрическая энергия преобразуется в тепловую), лампы накаливания (электрическая энергия преобразуется в тепловую и лучистую), электролитические ванны (электрическая энергия преобразуется в химическую) и пр.

Контрольные вопросы

1. Понятие «электрический ток», обозначение, единица измерения.

2. Понятие «электродвижущая сила», обозначение, единица измерения.

3. Понятие «напряжение», обозначение, единица измерения.

4. Понятие «постоянный электрический ток».

5. Направление постоянного тока во внешнем участке цепи.

6. Направление постоянного тока во внутреннем участке цепи.

7. Источники энергии постоянного тока.

8. Потребители электрической энергии.


1.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ

При движении свободные электроны в проводнике сталкиваются на своем пути с атомами и молекулами вещества, и передают им часть своей энергии. При этом энергия движущихся электронов в результате столкновения с атомами и молекулами частично рассеивается в виде тепла, нагревающего проводник.

Электроны, сталкиваясь с частицами проводника, преодолевают некоторое сопротивление движению, которое принято называть электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление – свойство проводника сопротивляться прохождению электрического тока.

Электрическое сопротивление обозначается буквой R, единица измерения – Ом.

О способности материала проводить электрический ток можно судить по их удельному электрическому сопротивлению. Удельное сопротивление – это сопротивление проводника длиной 1 метр и площадью поперечного сечения 1мм2 при t° = +20°C. Удельное сопротивление обозначается буквой ρ (греческая буква читается как ро), единица измерения – Ом*мм2/м.

Ниже приведены значения удельного сопротивления для некоторых металлов:

Серебро – 0,016 Ом*мм2/м.

Медь – 0,017 Ом*мм2/м.

Золото – 0,024 Ом*мм2/м.

Алюминий – 0,028 Ом*мм2/м.

Железо – 0,1 Ом*мм2/м.

Нихром – 1,05 Ом*мм2/м.

Электрическое сопротивление проводника зависит не только от материала, но и от его длины и площади поперечного сечения. Чем длиннее провод и чем меньше площадь его поперечного сечения, тем больше его сопротивление.

Для прямолинейного проводника постоянного сечения
2 

где: R – сопротивление (Ом)

  ρ – удельное сопротивление (Ом*мм2/м)

  l - длина провода (м)

  S – площадь сечения провода (мм2)

 

Если известен диаметр провода D, то площадь его сечения S равна:

= 0.78 D2 ≈ 0.8 D2

Сопротивление металлических проводников зависит от их температуры. При нагревании проводника размах и скорость колебаний атомов в кристаллической решетке металла увеличиваются, вследствие чего возрастает и сопротивление проводника, которое они оказывают электронному потоку. При снижении температуры сопротивление проводника уменьшается.

Если удельное сопротивление проводника мало (серебро, медь), он сравнительно слабо нагревается при прохождении по нему электрического тока, если же сопротивление велико (вольфрам, нихром) – проводник может раскалиться.

Задача 1. Определите сопротивление медного проводника, если его длина

l =10 м, а диаметр d=10 мм.

Контрольные вопросы

1. Понятие «электрическое сопротивление», обозначение, единица измерения.

2. Понятие «удельное сопротивление», обозначение, единица измерения.

3. От каких параметров зависит величина сопротивления проводника?


1.3. ЗАКОН ОМА

Закон Ома для полной электрической цепи

Электрический ток может возникнуть в замкнутой электрической цепи только под действием электродвижущей силы, создаваемой источником электрической энергии.

Чем больше электродвижущая сила источника, тем больше сила тока в цепи.

Сопротивление цепи препятствует прохождению тока, следовательно, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока. Каждый источник электрической энергии обладает некоторым сопротивлением, которое называется внутренним (r0).

Ток внутри источника встречает в нём сопротивление, как и в любом проводнике. Общее сопротивление замкнутой цепи (Rобщ) равно сумме внешнего (R) и внутреннего (r0) сопротивлений:

Rобщ = R+ r0

Именно это полное сопротивление определяет ток в цепи. Закон Ома устанавливает связь между электродвижущей силой источника электрической энергии, полным сопротивлением электрической цепи и силой тока в ней. Согласно этому закону сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи:

 4

где: I – сила тока в цепи (А)

  Е – электродвижущая сила источника (В)

  R – сопротивление внешнего участка цепи (Ом)

  r0 – внутреннее сопротивление источника (Ом)

Закон Ома для участка электрической цепи

Закон Ома может быть применён не только ко всей цепи, но и к любому её участку. В этом случае электродвижущая сила источника в формуле должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т.е. напряжением, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление данного участка:

I = U/R

Закон Ома для участка цепи можно сформулировать следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 2. На нагревательный элемент сопротивлением 110 Ом подали напряжение 220 В. Определите силу тока, проходящего через нагревательный элемент.

Задача 3. Определите величину напряжения сети, если сила тока в обмотках двигателя 50 А, а сопротивление обмоток двигателя 7,6 Ом?

Задача 4. Определите силу тока в замкнутой цепи, если аккумулятор вырабатывает ЭДС равную 12 В, сопротивление нити накала лампы 110 Ом, а внутреннее сопротивление аккумулятора 10 Ом.


1.4. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Применяют последовательное, параллельное и смешанное соединение сопротивлений.

Последовательным соединением сопротивлений (рис.2) называется такое их соединение, когда конец первого сопротивления соединяется с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

При таком соединении ток одинаковой силы проходит по всем сопротивлениям:

I общ = I1 = I2 = I3 = In

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме отдельных сопротивлений:

Roбщ=R1+R2+R3+ … +Rn

Рис.2. Последовательное соединение сопротивленийРис.2. Последовательное соединение сопротивлений

При последовательном соединении сопротивлений одной величины общее сопротивление определяется по формуле: Rобщ= nxR1 , где n – число сопротивлений.

Общее сопротивление электрической цепи при последовательно соединенных потребителях увеличивается и становится больше самого большого по величине сопротивления.

Напряжение распределяется между участками последовательной цепи пропорционально их сопротивлениям. На участке с большим сопротивлением напряжение соответственно больше. Общее напряжение, приложенное к последовательной цепи, равно сумме напряжений на отдельных участках:

Uобщ = U1 + U2 + U3 + Un

Такое распределение общего напряжения между участками цепи вытекает из закона Ома. Напряжение на любом участке определяется произведением силы тока на сопротивление: U=R·1

Но сила тока везде одинакова. Поэтому напряжение на участках цепи зависит от сопротивлений этих участков.

Параллельным соединением сопротивлений (рис. 3) называется способ соединения, при котором между двумя точками (узлами) электрической цепи включается несколько сопротивлений, образующих параллельные ветви.            

Рис. 3. Параллельное соединение сопротивлений

Рис. 3. Параллельное соединение сопротивлений              

При параллельном соединении напряжение на всех ветвях цепи всегда одинаково независимо от сопротивления включенных потребителей:

Uобщ = U1 = U2 = U3 = Un

Полный ток, идущий от источника, разделяется на несколько токов по числу включенных сопротивлений. Сумма токов, вытекающих из точки разветвления равна полному току, втекающему в точку разветвления:

I общ = I1 + I2 + I3 + In

При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается и всегда будет меньше самого наименьшего сопротивления. Общее сопротивление при параллельном соединении потребителей можно определить по формуле:

 +osnovi-ee-nornik - 0008-1

Для двух параллельно включенных сопротивлений формула имеет вид:

 +osnovi-ee-nornik - 0008-2

При параллельном соединении одинаковых сопротивлений общее сопротивление определяется по формуле:

+osnovi-ee-nornik - 0008-3

где R1 – сопротивление одного потребителя;

n – количество одинаковых потребителей, соединённых параллельно.

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 5. Определите общее сопротивление трех последовательно соединен-

ных сопротивлений, если сопротивления равны 10, 20 и 30 Ом.

Задача 6. Определите общее сопротивление двух параллельно соединенных

сопротивлений, если сопротивления равны 6 и 4 Ом.

Задача 7. Определите силу тока в цепи, если включили два последовательно

соединенных сопротивления по 10 Ом, а на цепь подали напряжение 220 В.

 

Контрольные вопросы

1. Понятие «последовательное соединение сопротивлений».

2. Понятие «параллельное соединение сопротивлений».

3. При какой схеме соединения сопротивлений общее напряжение и напряжение на каждом сопротивлении равны?

4. При какой схеме соединения сопротивлений общее напряжение делится на

части в зависимости от величины сопротивления?

5. При какой схеме соединения сопротивлений сила тока в общем проводе и отдельно в каждом сопротивлении равны?

6. При какой схеме соединения сопротивлений сила тока в общем проводе разделяется на части в зависимости от величины сопротивления?            

7. При какой схеме соединения сопротивлений общее сопротивление цепи

больше наибольшего сопротивления цепи?            

8. Область применения последовательно соединенных сопротивлений.

9. Область применения параллельно соединенных сопротивлений.

 

1.5. ПЕРВЫЙ ЗАКОН КИРХГОФА

Точка электрической цепи (рис.4) называется узлом или

точкой разветвления, если в ней соединяются несколько проводов.

Сумма токов, направленных к точке разветвления, равна сумме токов, направленных от нее.

Например, для узла A: l1 + l2 = l3 + l4 + l5

Если перенести в левую сторону все токи, получим:

l1 + l2 + l3 + l4 + l5 = 0

 

Общий вид закона Кирхгофа:

l = 0, т.е. алгебраическая сумма токов в узле равна нулю, если входящие токи принять за положительные, а исходящие за отрицательные.

7 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 8. Определите силу тока l2 (рис.4), если токи l1 , l3 , l4 , l5, равны соответственно 2 А, 4 А, 5 А, 10 А.

 

1.6. ЭНЕРГИЯ И МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Проходя по цепи, электрический ток совершает определённую работу, то есть

его энергия преобразуется в другие виды энергии – в тепловую, механическую, химическую. Способность электрического тока совершать работу, т.е. преобразовываться в другие виды энергии, называется энергией электрического тока или электрической энергией.

Электрическая энергия обозначается буквой W и измеряется в джоулях

(Дж). Джоуль – очень маленькая единица измерения, поэтому на практике применены более крупные единицы:

1 ватт·час (Вт·ч) = 3600 Дж 1 киловатт·час (кВтч) = 3 600 000 Дж

В электротехнике принято оценивать работоспособность тока по его мощности.

Мощностью называется энергия, полученная приёмником или отдаваемая источником электрической энергии в течение 1 секунды.

Мощность обозначается буквой Р и измеряется в ваттах (Вт).

В технике мощность измеряется более крупными единицами – киловаттами

(кВт) и мегаваттами (МВт): 1 кВт = 1000 Вт  1 МВт = 1000000 Вт

 

Чем больше напряжение и сила тока, тем больше мощность. Чтобы определить мощность, необходимо умножить напряжение в вольтах на силу тока в амперах:

Р = U·I

Для расчёта расхода электроэнергии необходимо мощность электроустановки

умножить на время её работы (в часах):

W = P·t

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 9. Определите мощность электродвигателя, если на двигатель подали

напряжение 400 В и сила тока в обмотках равна 92 А.

 

Задача 10. На электродвигатель мощностью 10 кВт подали напряжение 380 В.

Определите силу тока в обмотках электродвигателя.

Задача 11. Определите расход энергии лампы за 8 часов, если на лампу подали

напряжение 12В, при силе тока в нити накала 0,5 А.

 

Контрольные вопросы

1. Понятие «электрическая энергия», обозначение, единица измерения.

2. Понятие «мощность», обозначение, единица измерения.

 

1.7. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Электрический ток, проходя по проводнику, нагревает его. Причиной нагрева

проводника является столкновение движущихся электронов друг с другом и с молекулами. При столкновении электронов расходуется энергия, которая превращается в теплоту.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо

один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемой проводником, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания электрического тока по проводнику. Это положение называется законом Джоуля-Ленца.

Q = I2 · R · t

Q – количество теплоты, создаваемое током (Дж);

I – сила тока, протекающего по проводнику (А);

R – сопротивление проводника (Ом);

t – время протекания тока по проводнику (сек).

 

Тепловое действие тока широко используется в различных нагревательных, осветительных и других устройствах. На нагревании проводников электрическим током основано устройство и работа сварочных аппаратов, паяльников, плавких предохранителей, многих измерительных приборов и т.п.

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 12. Определите количество тепла, выделенного нагревательным элементом за 1 час работы, если сопротивление нагревательного элемента равно 2 кОм, и по его спирали проходит ток 100 А.

 

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит количество тепла, выделяемого проводником, при прохождении по нему электрического тока?

2. Область применения закона Джоуля-Ленца.

 

1.8. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Рисунок 5. Рисунок 6. Рисунок 7

8Источник электрической энергии работает в трех режимах:

• режим холостого хода;

• режим нагрузки;

• режим короткого замыкания.

Режимом холостого хода (рис.5) называется такой режим работы источника электрической энергии, при котором присоединённая к нему электрическая цепь разомкнута, т.е. тока в цепи нет.

В этом случае потеря напряжения внутри источника равна нулю и напряжение на зажимах источника равно его электродвижущей силе. Режим холостого хода можно использовать для измерения электродвижущей силы источников электроэнергии.

Режимом нагрузки (рис.6) называется такой режим работы источника электрической энергии, при котором электрическая цепь замкнута и по ней проходит некоторый ток, определяемый сопротивлением приёмников электрической энергии, подключенных к источнику.

В этом случае внутри источника имеет место потеря напряжения. В режиме нагрузки вольтметр, подключенный к зажимам источника, измеряет напряжение на внешнем участке (U).

Потери напряжения имеются не только на внутреннем сопротивлении, но и в соединительных проводах. Если провода имеют значительную длину, и если по ним проходит большой ток, то падение напряжения в проводах может быть весьма заметным, и полезное напряжение на нагрузке уменьшается.

Режимом короткого замыкания (рис.7) называется такой режим работы источника электрической энергии, когда его зажимы замкнуты проводником, имеющим весьма малое сопротивление по сравнению с внутренним сопротивлением источника.

Короткое замыкание может происходить и при повреждении изоляции проводов.

При коротком замыкании сила тока: Iкз = Е / (R+r0)

Ввиду того, что внешнее сопротивление R практически равно нулю, а внутреннее сопротивление источника Го обычно мало, сила тока в цепи возрастает до весьма больших значений. Напряжение в режиме короткого замыкания практически падает до нуля.

Короткое замыкание является аварийным режимом, так как возникающий при этом большой ток может привести в негодность, как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода.

 

Контрольные вопросы

1. Какой режим называют «режимом холостого хода»?

2. Как характеризуется режим холостого хода по силе тока?

3. Какой режим называют «режимом нагрузки»?

4. Как характеризуется режим нагрузки по силе тока?

5. Какой режим называют «режимом короткого замыкания»?

6. Как характеризуется режим короткого замыкания по силе тока?

7. Чем опасен режим короткого замыкания?

 

1.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКА

Нагрев проводника, при прохождении электрического тока, вызывает в изолированных проводах нагрев и разрушение не только жилы провода, но и изоляции.

Нагрев изоляции допустим максимально до 60-80°С.

Нагрев проводника зависит от величины сопротивления проводника и силы 9тока, поэтому установлены нормы максимальных значений токов для каждого сечения провода.

Сечения проводов и кабелей выбираются по нагреву длительным током нагрузки.

В цепях постоянного тока силу тока определяют из формулы мощности:

где Рном – номинальная мощность двигателя, кВт;

Uном – номинальное напряжение питающей сети, кВ;

 

Номинальный ток потребителя постоянного тока определяют по формуле:

10

где Рном – номинальная мощность потребителя, кВт;

Uном – номинальное напряжение пихающей сети, кВ;

 

Пример: Лампа накаливания мощностью Рл = 1000 Вт, работает от сети напряжением U = 220 В. Определите сечение питающего провода.

Решение:

+osnovi-ee-norni++0015


По таблице 1 выбираем проводник (один двухжильный) с медными жилами с 
резиновой и полихлорвиниловой изоляцией сечением 1 мм2 с допустимым током нагрузки на проводник 15 А.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 13. Определите сечение токопроводящей жилы, используя условия, заданные в таблице № 3:

 

Таблица № 3

Токовая нагрузка 60 А                                           70 А 80 А 100 А
Материал жилы медь алюминий медь алюминий
Условие прокладки открыто двумя одножильными в трубе один двухжильный тремя одножильными в трубе
Сечение токопроводящей жилы  


Задача 14.
Определите сечение алюминиевой токопроводящей жилы для подключения лампы ДРЛ мощностью 2000 Вт на напряжение 220 В, если прокладка провода осуществляется двумя одножильными проводами в одной трубе.

Задача 15. Определите сечение медной токопроводящей жилы для подключения электродвигателя постоянного тока мощностью 100 кВт на напряжение 950 В, если прокладка провода осуществляется двумя одножильными проводам в одной трубе.

 

2. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

2.1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Движущиеся заряженные частицы (электрический ток) создают в окружающем

его пространстве магнитное поле. Магнитное поле воздействует на металлы, притягивая или отталкивая их. Магнитное поле так же создает постоянный магнит – намагниченная высокоуглеродистая сталь. Магнитным полем называется особый вид материи, через которую передается действие магнита на другие тела.

Магнитные силы действуют в магнитном поле по определенным направлениям, которые называют магнитными силовыми линиями (рис.8).

С их помощь можно наглядно изобразить магнитное поле. Силовые линии всегда направлены от северного полюса к южному.

В тех местах, где магнитное поле сильнее, силовые линии располагаются гуще, и, наоборот, в местах, где поле слабее, силовые линии располагаются реже.

Направление магнитных силовых линий вокруг проводника с током (рис.9) определяется по правилу «буравчика».

Правило «буравчика»:

Если буравчик (1) мысленно ввинчивать в провод (4) по направлению тока (2), то направление вращения рукоятки буравчика будет совпадать с направлением магнитных силовых линий поля (3).

Если изменить направления тока в проводнике, то магнитное поле вокруг проводника так же меняет направление. Если проводник с током свернуть в виток (рис. 10), то магнитное поле внутри витка увеличится в два раза.

При объединении витков в катушку (рис.11) магнитные поля, созданные отдельными витками, складываются и их силовые линии соединяются в

общий магнитный поток. Интенсивность магнитного поля катушки можно менять, увеличивая или уменьшая силу тока в ней. Магнитное поле катушки с током усиливается во много раз, если в катушку вставить сердечник из ферромагнитного материала. Это объяснятся тем, что сердечник под действием поля катушки намагничивается и создает добавочный магнитный поток, более сильный, чем у самой катушки. Катушка с ферромагнитным сердечником называется электромагнитом.

 11

Рис.8. силовые линии магнитного поля

Рис.9. Правило буравчика

Рис. 10. Проводник с током

Контрольные вопросы

1. Какое направление имеет магнитное поле постоянного магнита?

2. Какое направление имеет магнитное поле проводника с током?

3. Перечислите способы увеличения магнитного поля проводника с током.

 

2.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА

Рис.12.

Если внести в магнитное поле постоянного магнита проводник с электрическим током (рис. 12), то результирующее магнитное поле будет стремиться вытолкнуть проводник за пределы поля.

Это объясняется тем, что проводник с током создает вокруг себя круговое магнитное поле, которое накладывается на поле постоянного магнита.

Справа от проводника силовые линии поля проводника и поля магнита совпадают (рис. 12), там происходит сгущение силовых линий. Слева силовые линии поля проводника направлены навстречу полю магнита, там происходит разрежение силовых линий.

12Таким образом, поле проводника искажает поле постоянного магнита, усиливая его справа и ослабляя слева от проводника. Поэтому проводник выталкивается

влево, т.е. на проводник с током со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила. Если изменить направление тока, измениться и направление действия электромагнитной силы.

Величина электромагнитной силы определяется по формуле:

F = В · I · l,

где В – магнитная индукция (сила магнитного поля, с которой поле выталкивает проводник с электрическим током), Тесла (Тл); I – сила тока в проводнике, А; l длина проводника, м.

Направление действия электромагнитной силы зависит от направления тока в проводнике (рис. 13) и определяется по правилу левой руки.

Рис.13.

Правило левой руки:

Если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока, то отогнутый большой палец укажет направление электромагнитной силы.

13Свойство магнитного поля выталкивать проводник с током широко используется в электротехнике. В частности по этому принципу работают электроизмерительные приборы и двигатели.

 

Контрольные вопросы

1. Что понимают под «электромагнитной силой»?

2. От каких параметров зависит величина электромагнитной силы?

3. Каким образом можно определить направление электромагнитной силы?

4. Назовите область применения электромагнитной силы.

 

2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Рис.14.

14При пересечении проводником линий магнитного поля, находящиеся в проводнике свободные электроны под действием электромагнитных сил начнут двигаться вдоль проводника (рис. 14). В результате этого движения на одном конце проводника накопятся свободные электроны, и возникнет отрицательный электрический заряд, а на другом конце ввиду недостатка электронов появится положительный заряд. Иначе говоря, на концах возникает разность потенциалов – индуцируется ЭДС.

Такое явление называют электромагнитной индукцией.

Величина индуцированной ЭДС определяется по формуле;

Е = В · l · Ʋ ,

где В – магнитная индукция, Тл; / – длина проводника, м; Ʋ – скорость перемещения магнитного поля относительно проводника, м/с.

Направление индуцированной электродвижущей силы

(а в замкнутом контуре и тока) определяется по правилу правой руки (рис. 15).

Правило правой руки:

Если расположить правую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец указывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индуцированной ЭДС (тока).

Рис.15.

 15

Пользуясь этим правилом, можно убедиться в том, что при изменении направления движения проводника будет изменяться и направление индуцированной ЭДС.

Явление электромагнитной индукции широко используется в работе генераторов, электродвигателей, счетчиков электрической энергии и других электротехнических устройств.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под явлением электромагнитной индукции?

2. От каких параметров зависит величина индуцированной ЭДС?

3. Каким образом можно определить направление электромагнитной индукции?

4. Назовите область применения электромагнитной индукции.

 

2.4. ВЗАИМОИНДУКЦИЯ

Для индуктирования ЭДС в проводнике, необходимо поместить проводник в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле может быть создано так же переменным током в другом проводнике. Для усиления магнитного поля оба проводника сворачивают витками в катушку (обмотку).

Возникновение ЭДС в обмотке при протекании переменного тока в другой обмотке называется взаимоиндукцией.

Явление взаимоиндукции широко используется в различных электротехнических устройствах, в частности, в трансформаторах.

Простейший трансформатор (рис.16) состоит из стального магнитопровода (2) и двух расположенных на нем обмоток (1 и 3).

При подключении трансформатора к источнику переменного тока в витках его первичной обмотки (1) протекает переменный ток, образуя переменный магнитный поток (Ф). Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки вторичной обмотки (3), индуцирует в них ЭДС.

16

Рис. 16. Трансформатор            

Иначе говоря, на концах вторичной обмотки появляется разность потенциалов. Если ко вторичной обмотке присоединить какой-либо приемник, то по ней потечет ток.

Явление взаимоиндукции характеризуется коэффициентом взаимоиндукции:

 17

где U1,U2 – напряжение в первичной и вторичной обмотке,

ω1, ω2 – число витков в первичной и вторичной обмотке.

Напряжение во вторичной обмотке зависит от числа витков в первичной и вторичной обмотке и величины напряжения, поданного на первичную обмотку.

Если на первичную обмотку подали напряжение U1= 380 В, число витков в первичной обмотке ω1 = 106, число витков во вторичной обмотке ω2 = 10, то во вторичной обмотке наведется ЭДС равное U2=36 В.

37

Если коэффициент взаимоиндукции равен 10,6, то из соотношения Кви следует:

 38

Таким образом, если подобрать определенное соотношение числа витков в первичной и вторичной обмотке, с учетом величины напряжения первичной обмотки, можно получить любое напряжение во вторичной обмотке.

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 16. Определите напряжение во вторичной обмотке трансформатора, если на первичную обмотку подается напряжение 380 В, в первичной катушке – 190 витков, во вторичной катушке – 5 витков.

 

Контрольные вопросы

1. Что понимают под явлением «взаимоиндукция»?

2. От каких параметров зависит величина напряжение во вторичной обмотке?

3. Область применения явления взаимоиндукции

 

2.5. САМОИНДУКЦИЯ

Переменное магнитное поле наводит ЭДС не только во вторичной обмотке, но и в первичной обмотке, вокруг которой образовалось переменное магнитное поле.

Такое явление называют самоиндукцией. В данном случае ЭДС получило название – ЭДС самоиндукции.

ЭДС самоиндукции возникает при всяком изменении тока, например, при замыкании и размыкании электрических цепей (рис.17, а), при изменении нагрузки электродвигателей и пр.

18

Рис. 17, а и Рис. 17, б.

ЭДС самоиндукции имеет всегда такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока (правило Ленца).

Следовательно, при возрастании тока в катушке индуцированная ЭДС самоиндукции будет направлена против тока, т.е. будет препятствовать ею возрастанию.

И, наоборот, при уменьшении тока в катушке (рис.17,б) возникает ЭДС самоиндукции, совпадающая по направлению с током, т.е. препятствующая его убыванию. При размыкании цепи ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением источника.

Особенно сильно проявляет себя ЭДС самоиндукции при размыкании цепей,

содержащих катушки с большим числом витков и со стальными сердечниками (например, обмотки генераторов, электродвигателей, трансформаторов и пр.), т.е. цепей, обладающих большой индуктивностью. В этом случае возникающая ЭДС самоиндукции может во много раз превысить напряжение источника и, суммируясь с ним, послужить причиной возникновения перенапряжений.

Они являются опасными для обмоток электродвигателей, генераторов и трансформаторов, так как могут вызвать пробой их изоляции.

Большая ЭДС самоиндукции способствует также возникновению электрической дуги в электрических аппаратах, осуществляющих коммутацию электрических цепей. Например, в момент размыкания контактов образующаяся ЭДС самоиндукции сильно увеличивает разность потенциалов между разомкнутыми контактами и пробивает воздушный промежуток.

Явление ЭДС самоиндукции применяют в схеме зажигания люминесцентной лампы.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под явлением «самоиндукция»?

2. В каких случаях проявляет себя ЭДС самоиндукции?

3. В чем заключается опасность появления ЭДС самоиндукции?

 

2.6. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ

20Изменяющийся магнитный поток способен индуцировать ЭДС не только в проводах или витках катушек, но и массивных стальных сердечниках, корпусах и других металлических деталях электротехнических установок (рис. 19). Данные ЭДС являются причиной появления индуцированных токов. Такие токи получили название вихревых.

Сердечник электрических машин, магнитопровод трансформатора изготавливают из электротехнической стали, которая обладают малым сопротивлением, поэтому вихревые токи даже, при небольшой индуцированной ЭДС, достигают очень больших значений, вызывая чрезмерный их нагрев. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи нежелательны.

Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа:

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из листов, толщиной 0,35-1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции (пленкой окисла или лака).

2. В состав электротехнической стали вводят 1 – 5% кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления.

В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, работа счетчика электрической энергии основана на взаимодействии переменного магнитного поля и алюминиевого диска, укрепленного на оси. Переменное магнитное поле пересекает диск и индуцирует в нем вихревые токи.

В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем возникает вращающий момент. Диск приходит во вращение.

При помощи вихревых токов расплавляют металлы. Для этой цели тигель с металлом помещают в изменяющееся магнитное поле высокочастотного индуктора, который индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл.

Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке или осуществляют поверхностный нагрев, необходимый для закалки металлических изделий.

Контрольные вопросы

1. Причины появления вихревых токов в металлических частях электротехнических установок.

2. В чем заключается вредное влияние вихревых токов на электротехнические установки?

3. Перечислите способы уменьшения вредного влияния вихревых токов.

 

3. ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

3.1. ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Если в магнитном поле постоянного магнита вращать виток, на концах витка образуется переменная ЭДС (рис.20), которая меняет не только направление, но и величину.

Если к концам витка присоединить потребитель, то по замкнутому электрическому контуру будет протекать переменный электрический ток.

21

Рис. 20.

Переменным называют такой ток, где электроны вместо поступательного движение (постоянный ток) совершают колебательное, и ток периодически, через равные промежутки времени, изменяется как по величине, так и по направлению.

Изменение тока с течением времени изображается плавной кривой линией – синусоидой. Ток одного направления считается положительным (+), и его значения откладывают вверх от горизонтальной оси, а ток противоположного направления считают отрицательным (-), и его значения откладываются 22вниз (рис. 21).

Преимущественное применение переменного тока в электроэнергетике и промышленности объясняется тем, что на переменном токе работает трансформатор, двигатели и генераторы переменного тока проще по конструкции, дешевле и прочнее двигателей и генераторов постоянного тока.

Переменный ток характеризуется следующими параметрами:

За один оборот рамки в магнитном поле происходит одно полное колебание или полный цикл изменения переменного тока (рис.22). Промежуток времени, за который переменный ток совершает полный цикл, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Важной величиной, характеризующей переменный ток, является частота – число колебаний совершаемых током за 1 секунду. Частота обозначается буквой f. Единицей измерения частоты является герц (Гц). Промышленная частота сети 50 Гц.

23Максимальное значение (рис. 23) от среднего положения переменной величины называют амплитудой. Амплитудные значения ЭДС обозначается Емах, тока или напряжения соответственно: I мах, UMax.

Единица измерения Ампер (сила тока) и Вольт (напряжение и ЭДС).

 Действующее значение (рис.24) переменного тока, такое значение постоянного тока, при котором один и тот же проводник, за тот же промежуток времени выделит такое же количество тепла, что и при прохождении переменного тока.          

24  

Действующее значение тока и напряжения обозначается соответственно: I и U.

25Рис.24

Действующее значение переменного тока (напряжения) в √2 раз меньше амплитудного значения переменного тока (напряжения):

 26

В процессе измерения электромеханическими измерительными приборами определяют действующее значение электрических величин.

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 17. Определите амплитудное значение переменного напряжения, если показание вольтметра 220 В.

Задача 18. Определите амплитудное значение переменного тока, если показание амперметра 10 А.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется периодом переменного тока?

2. Что Называется частотой переменного тока?

3. Что называется амплитудой переменного тока?

4. Что называют действующим значением тока?

5. Какое значение напряжения измеряет вольтметр амплитудное или действующее?

 

3.2. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В цепях постоянного тока все проводники обладают омическим сопротивлением, которое зависит только от длины, диаметра и материала провода.

В цепях переменного тока кроме активного сопротивления, существуют реактивные сопротивления, различающиеся своей физической природой.

Активным сопротивлением (рис. 25) называется электрическое сопротивление переменному току, которое потребляет электрическую энергию из сети и преобразует ее в тепловую.

27Рис.25

Активным сопротивлением обладает любой элемент цепи переменного тока:

провода, кабели, нагревательные элементы, обмотки электрических машин, трансформаторов и др. Активное сопротивление обозначается буквой Ra, единица измерения Ом. Определяют активного сопротивления проводника по формуле (стр. 3).

Элементы, обладающие реактивным сопротивлением, не только потребляют энергии из сети, но и отдают обратно в сеть. Реактивным сопротивлением обладают катушки индуктивности (индуктивное) и конденсаторы (емкостное).

При прохождении переменного тока по катушке (рис.26) образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена противоположно напряжению сети. Катушка индуктивности потребляет энергию из сети, не преобразует ее в другой вид энергии, а отдает обратно в сеть в виде ЭДС самоиндукции.            

28Рис.26            

Индуктивным сопротивлением обладают обмотки электрических машин, трансформаторов и других электромагнитов. Индуктивное сопротивление обозначается – XL единица измерения Ом.

Реактивно-индуктивное сопротивление определяют по формуле:

XL = 2π ƒ L

Рис.27

ƒ – частота питающей сети, Гц; L – индуктивность, Гн

29При подаче переменного напряжения на конденсатор (Рис. 27) в момент, когда напряжение в сети растет по величине, конденсатор заряжается; в момент, когда напряжение в сети падает по величине, конденсатор разряжается, отдает электроэнергию в сеть.

Таким образом, конденсатор потребляет энергию из сети, и возвращает ее обратно в сеть, в виде накопленной емкостной энергии.

Емкостным сопротивлением обладают электрические цепи с конденсаторами, воздушные или кабельные линии электропередачи, где возникают емкости между отдельными проводами, между проводом и землей, между жилами кабеля, а также между жилами кабеля и его оболочкой.

Емкостное сопротивление обозначается – Хс, единица измерения Ом.

Реактивно-емкостное сопротивление определяют по формуле:

30

где f — частота питающей сети, Гц; С – емкость, Ф

 31

Рис.28 

Если цепь содержит активные и реактивные сопротивления (рис.28), то цепь обладает полным сопротивлением. Полное сопротивление обозначается Z, единица измерения Ом.

Полное сопротивление является геометрической суммой активного и реактивного сопротивления и определяется по формуле:

 39

Задачи для самостоятельного решения

Задача 19. Определите реактивно-индуктивное сопротивление катушки, если катушка обладает индуктивностью 9,55 мГН, частота питающей сети 50 Гц.

Задача 20. Определите реактивно-емкостное сопротивление конденсатора, если емкость конденсатора 318,5 мкФ, частота питающей сети 50 Гц.

Задача 21. Определите полное сопротивление цепи, если цепь состоит из активного сопротивления 10 Ом. катушки с индуктивностью 9,55 мГн, конденсатора с емкостью 318,5 мкФ.                                    

 

Контрольные вопросы

1. Что называется активным сопротивлением переменному току?

2. Что называется реактивным сопротивлением?

3. Что называется полным сопротивлением переменному току?

4. Какие элементы электрической цепи обладают активным сопротивлением?

5. Какие элементы электрической цепи обладают реактивным сопротивлением?

6. Какие элементы электрической цепи обладают полным сопротивлением?

 

З.З. МОЩНОСТЬ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Мощность, потребляемой активным сопротивлением, называется активной

мощностью. Вся энергия, потребляемая активным сопротивлением преобразуется в другой вид энергии: механическую, тепловую, световую.

Активная мощность обозначают буквой Р и измеряется в ваттах (Вт) Часто применяют более крупные единицы активной мощности: 1 кВт = 103 Вт, 1 МВт = 106 Вт.

Энергию, которую потребляет катушка из сети, не преобразует в другой вид энергии, а возвращает источнику энергии в виде ЭДС самоиндукции. Мощность, которой обмениваются между собой источник переменного тока и индуктивная катушка, называется реактивной мощностью. Реактивная мощность обозначается буквой Q, единица измерения вольт-ампер-реактивная (вар).

Конденсатор, подключенный к источнику переменного тока, в момент пока напряжение растет, потребляет энергию от источника, накапливает заряд на своих обкладках, а при понижении величины напряжения, отдает накопленный заряд обратно источнику переменного тока.

Мощность, которой обмениваются между собой источник переменного тока и конденсатор, также называется реактивной мощностью.

В цепи с активным (R) и индуктивным (XL) сопротивлениями протекают одновременно два процесса: активная мощность потребляется активным сопротивлением, где происходит процесс преобразования энергии электрической в энергию другого вида (механическую, световую, тепловую): реактивная мощность потребляется индуктивностью при возрастании тока в цепи, а при его уменьшении происходит возврат энергии источнику питания.

Таким образом, генератор отдает во внешнюю цепь некоторую суммарную мощность, которая называется полной мощностью. Полная мощность обозначается буквой S, единица измерения вольт-ампер (ВА).

Активной мощностью характеризуются: источники света, нагревательные элементы, электродвигатели и генераторы. Реактивной мощностью характеризуются компенсаторы реактивной мощности. Полной мощностью характеризуются трансформаторы.

Полная мощность является геометрической суммой активной и реактивной мощностей.

Все три мощности связаны между собой следующим соотношением

40

Связь между тремя мощностями (рис.29) можно представить графически в виде прямоугольного треугольника (треугольника мощностей), где Р и Q – катеты, S – гипотенуза.

32Рис. 29

 

Контрольные вопросы

1. Что называется активной мощностью?

2. Что называется реактивной мощностью?

3. Что называется полной мощностью?

4. Заполните таблицу № 4

Мощность Обозначение Единица измерения
Активная    
Реактивная    
Полная    

 

3.4. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

Электрические генераторы рассчитаны на определенный номинальный ток и определенное номинальное напряжение. Увеличение тока или напряжения сверх номинальных значений недопустимо, так как это может привести к перегреву обмоток или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор может длительно отдавать только вполне определенную полную мощность, зависящую от номинального тока и номинального напряжения.

Чем больше реактивная мощность, тем меньше величина активной мощности, которую генератор может отдать приемнику. Иными словами, реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю мощность источника переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии (активная мощность).

Отношение активной мощности к полной мощности показывает, какая часть полной мощности потребляется электрической цепью. Это отношение называется коэффициентом мощности:

41

Из треугольника мощностей (рис.29) отношение P/S является тригонометрической функцией угла ср, (отношение прилежащего катета к гипотенузе), поэтому коэффициент мощности называют cosφ

42

По величине cosφ можно судить о степени использования мощности источника данным приемником.

3.5. ПОЛУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Трехфазной системой переменного тока называется электрическая цепь, в которой действуют три ЭДС одинаковой частоты, взаимно смещенные по фазе на одну треть периода.

Если ЭДС во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты по фазе на одинаковый угол, то такая трехфазная система называется симметричной.

Трехфазная симметричная система ЭДС получается с помощью трехфазного генератора, в котором имеются три самостоятельные одинаковые обмотки (А-х, В-у, C-z), расположенные на статоре (рис.30). Обмотки сдвинуты относительно друг друга на 120°.

Внутри статора помещается ротор (вращающаяся часть машины), представляющий собой постоянный магнит или электромагнит, питаемый постоянным током. Ротор приводится во вращение с постоянной скоростью двигателем или турбиной.

Магнитное поле, вращаясь вместе с ротором, пересекает обмотки статора и индуцирует в них переменные ЭДС (e1, е2, е3). Индуцированные ЭДС (рис. 18) имеют одинаковую частоту и амплитуду и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120°.

33Рис.30  и Рис. 31

Сумма токов в трех фазах при равномерной нагрузке равна нулю.

 

3.6. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ

34К каждой паре зажимов обмоток статора можно подключить нагрузку и получить несвязанную трехфазную систему (рис.32). Основной недостаток несвязанной трехфазной системы заключается в том, что для передачи энергии от генератора к потребителям нужно применять шесть проводов.

Если фазы генератора и потребителей соединить между собой соответствующим способом, трехфазную систему называют связанной.

При соединении обмоток генератора в звезду (рис.33) концы всех трех фаз (х, у, z) соединяют в общую точку (0), называемую нулевой точкой, а к началам (А, В, С) подсоединяют линейные провода, идущие в сеть к потребителям. Провод, подключаемый к нулевой точке, называется нулевым или нейтральным проводом.

Напряжение между нулевым и линейным проводами (или между началом и концом фазной обмотки) называется фазным напряжением (Uф).

Напряжение между двумя линейными проводам и (или между двумя фазами) называется линейным напряжением (Uл).

Ток, протекающий в линейных проводах, называется линейным током (Iл).

Ток, протекающий в фазных обмотках, называется фазным током (Iф).

Ток в нулевом проводе – I0.

При соединении звездой линейное напряжение больше фазного в √3 раз.

Uл = √3 Uф = 1,73· Uф

 

Линейные и фазные токи равны между собой: I л = Iф

При равномерной нагрузке трех фаз токи в фазах будут равны по величине:

I А = I В = I С

 35

Ток в нулевом проводе при этом будет равен нулю (I0 = 0), поэтому при равномерной нагрузке нулевой провод в трехфазной системе можно не использовать.

При неравномерной нагрузке, т.е. при различных сопротивлениях потребителей, токи в фазах не равны между собой:

I А I В I С

а в нулевом проводе протекает некоторый уравнительный ток (I л 0).

Поэтому нулевой провод при неравномерной нагрузке необходим, хотя его и

выполняют обычно с меньшим, чем линейные провода, поперечным сечением.

Для соединения фаз генератора или потребителя в треугольник (рис. 36) конец

(х) первой фазы соединяется с началом (В) второй, конец (у) второй фазы соединяется с началом (С) третьей фазы и конец (z) третьей фазы соединяется с началом (А) первой фазы. К точкам соединений подводятся линейные провода.

При соединении обмоток генератора в треугольник напряжение между линейными проводами (т е. линейное напряжение) будет равно напряжению соответствующей фазы генератора (т.е. фазному напряжению).

Uл = Uф

В схеме соединения треугольник ток, протекающий в линии (Iл) разветвляется на два тока (Iф), протекающих по двум сторонам треугольника.

36

Как показывают измерения, при равномерной нагрузке фаз линейный ток больше фазного в √3 раз.

Iл = √3 Iф = 1,73· Iф

При неравномерной нагрузке фаз это соотношение между токами нарушается.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 24. Определите фазное напряжение двигателя при схеме соединения обмоток «звезда», если напряжение питающей сети 380 В.

Задача 25. Определите фазное напряжение двигателя при схеме соединения обмоток «треугольник», если напряжение питающей сети 380 В.

Задача 26. Определите фазный ток двигателя при схеме соединения обмоток «звезда», если напряжение питающей сети 380 В, а сопротивление обмотки 10

Задача 27. Определите фазный ток двигателя при схеме соединения обмоток «треугольник», если напряжение питающей сети 380 В, сопротивление обмотки 10 Ом.

Задача 28. Определите линейный ток двигателя при схеме соединения обмоток «звезда», если напряжение питающей сети 380 В, сопротивление обмотки 10 Ом.

Задача 29. Определите линейный ток двигателя при схеме соединения обмоток «треугольник», если напряжение питающей сети 380 В, сопротивление обмотки 10 Ом.

Контрольные вопросы

1. Какой ток называют фазным?

2. Какой ток называют линейным?

3. Какое напряжение называют фазным?

4. Какое напряжение называют линейным?

 

3.7. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

Активная мощность, потребляемая потребителем и вырабатываемая генератором в трехфазной сети, не зависимо от схемы включения, определяется по формуле: Р = √3 Uл Iл cosφ

 

Задача 30. Определите мощность двигателя из задач 27 и 28 при схеме соединения «звезда» и «треугольник».

Вывод:……………………

 

Оставить комментарий

При копировании материала с данного сайта присутствие ссылки обязательно!

Top.Mail.Ru