Билет 11. Вопрос 1. Соединение фаз генератора и потребителей звездой: симметричная и несимметричная нагрузка, векторная диаграмма

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 1 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0’). Обе точки 0 и 0’ соединены проводом, который называется нулевым, или нейтральным проводом. Остальные три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырехпроводной системой трехфазного тока.

Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока. Если имеется симметричная нагрузка, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазного тока, трехфазные печи, трехфазные трансформаторы и т. п., то к такой нагрузке подводятся только три провода. Потребители, включенные звездой с несимметричной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе.При симметричной нагрузке фазные напряжения отдельных фаз равны между собой. При несимметричной нагрузке трехфазной системы симметрия токов и напряжений нарушается. Однако в четырехпроводных цепях часто пренебрегают незначительной несимметрией фазных напряжений. В этих случаях между линейными и фазными напряжениями существует зависимость: U_л=sqrtU_ф.

Билет 12. Вопрос 1. Трансформаторы: типы, назначение, эксплуатация. Силовые трансформаторы: устройство, принцип действия. Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии. Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения, которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольт-ампер и на напряжения до 1150 - 1500 кВ. Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях с 16 - 24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях передачи, а затем снова понизить до 35; 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту. Так как в энергетических системах имеет место многократная трансформация, мощность трансформаторов в 7 - 10 раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях. Силовые трансформаторы в выпускаются в основном на частоту 50 Гц.

Билет 13. Вопрос 1. Режимы работы трансформатора: режим холостого хода, рабочий режим, режим короткого замыкания. КПД трансформатора. Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена. Рабочий режим — это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой понимается ток вторичной цепи — чем он больше, тем больше на­грузка). К трансформатору подключаются различного рода потребители: электрические двигатели, освещение и т. п. Режим короткого замыкания, возникающий случайно в процессе эксплуатации при номинальном первичном напряжении, является аварийным процессом, сопровождающимся весьма большими токами в обмотках. Многократное повышение токов по сравнению с номинальными (в 10-20 раз) может привести к повреждению изоляции обмоток в следствии нагрева и к разрушению обмоток механическими силами, возникающими при этом режиме между обмотками. Коэффициентом полезного действия трансформатора называется отношение активной мощности, передаваемой нагрузке, к активной мощности, подводимой к трансформатору. КПД трансформатора имеет высокое значение. У силовых трансформаторов небольшой мощности он составляет примерно 0,95, а у трансформаторов мощностью в несколько десятков тысяч киловольт-ампер доходит до 0,995. Определение КПД по формуле с использованием непосредственно измеренных мощностей P1 и P2 даёт большую погрешность. Удобнее эту формулу представить в другом виде:КПД=P₂/P₁ +сумарное дельта Р

Билет 14. Вопрос 1. Мощность переменного тока: виды, единицы измерения, коэффициент мощности. Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя тока, с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, на сколько сдвинут по фазе ток, протекающий через потребитель электроэнергии, относительно приложенного к потребителю напряжения. Активная мощность (P) (W, Вт). В цепях однофазного синусоидального тока, P=U*I*cosфи,где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P=I²*r=U²*g. С полной мощностью S активная связана соотношениемP=S*COSфи. Реактивная мощность (Q) Единица измерения — вар.Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:Q=U*I*sinфи (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до —90° является отрицательной величиной. Полная мощность (S) Единица полной электрической мощности —В*А Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением:S=sqrtP²+Q², где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0).Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: Sвектор=Pвектор+Qвектор

Билет 15. Вопрос 1. Последовательная цепь переменного тока. Резонанс напряжений: условия возникновения, учёт, использование.Через все элементы цепи протекает один и тот же ток, поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на катушке индуктивности, на емкости и на резисторе: Uвектор=u_L+u_C+u_C (4.34)напряжение на резисторе совпадает по фазе с током, напряжение на катушке опережает ток по фазе на пи/ 2, а напряжение на
емкости отстает от тока по фазе на пи/2. Можно записать эти напряжения в следующем виде:U_R = U_0RSINwt = I₀RSINwt; U_L=U_0LSIN(wt + пи/2); U_C=U_0CSIN(wt-пи/2) = I₀/wc * sin(wt-пи/2).Поскольку нам известны амплитуды и фазы векторов, мы можем построить векторную диаграмму и найти векторU(рис. 4.17).
Из этой векторной диаграммы мы можем найти модуль вектора приложенного к цепи напряженияUи сдвиг по фазефимежду током и напряжением:
(4.36)
где величина(4.37)Резонанс напряжений характеризуется обменом энергии между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора.
Увеличение магнитного поля катушки индуктивности происходит исключительно за счет уменьшения энергии электрического поля в конденсаторе и наоборот.
Следует обратить внимание на то, что при резонансе напряжения на реактивных сопротивленияхXL и XCмогут заметно превышать приложенное к цепи напряжение. Если мы возьмем отношение приложенного напряжения к напряжению на индуктивности (или емкости), то получим U_L = U * XL / R то есть напряжение на индуктивности будет больше приложенного напряжения в xL/Rраз. Это означает, что при резонансе напряжений на отдельных участках цепи могут возникать напряжения, опасные для изоляции приборов, включенных в данную цепь. В радиотехнике явление резонанса напряжений находит широкое применение в приемно-передающей
аппаратуре и радиоизмерительных приборах.

Билет 16. Вопрос 1. Цепь переменною тока с емкостью и активным сопротивлением: значение тока и напряжения, векторная диаграмма.Через конденсатор и через резистор протекает один и тот же ток, описываемый формулой (4.16), поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на конденсаторе и на резисторе:(4.28)
Напряжение на резисторе, как было показано выше, будет совпадать по фазе с током:
(4.29)а напряжение на конденсаторе будет отставать по фазе от тока на угол пи/2:
Построив векторы, и воспользовавшись формулой (4.28), найдем векторU. Векторная диаграмма показана на рис. 4.15.Из векторной диаграммы следует, что в рассматриваемой цепи ток I опережает по фазе приложенном напряжение,вектор Uно не на пи/ 2, как в случае чистой емкости, а на некоторый уголфи. Этот угол может принимать значения от 0 до пи / 2 и при заданной емкости С зависит от значения активного сопротивления: с увеличением R уголфиуменьшается. Как видно из векторной диаграммы, модуль вектораUравен
(4.31)
где величина
(4.32)называется полным сопротивлением цепи.Сдвиг по фазеФИмежду током и напряжением данной цепи определяется из векторной диаграммы.

Билет 17. Вопрос 1. Цепь переменного тока с индуктивностью и активным сопротивлением: значения тока и напряжения, векторная диаграмма.Через катушку и резистор протекает один и же ток, поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на катушке индуктивности и на резисторе:
U=U_L+U_R (4.17) I=I₀SINWt Напряжение на резисторе, как было показано выше, будет совпадать по фазе с током: (4.18) а напряжение на индуктивности будет равно ЭДС самоиндукции со знаком минус (по второму правилу Кирхгофа): . (4.19) Мы видим, что напряжение на индуктивности опережает ток на угол пи/2. Построив векторы и , и воспользовавшись формулой (4.17), найдем вектор U Векторная диаграмма показана на рис. 4.10. Мы видим, что в рассматриваемой цепи ток I отстает по фазе от приложенного напряжения U, но не на пи / 2, как в случае чистой индуктивности, на некоторый угол фи. Как видно из векторной диаграммы, модуль вектораUравен, (4.20) где величина (4.21) называется полным сопротивлением цепи. Сдвиг по фазе фимежду током и напряжением данной цепи также определяется из векторной диаграммы: (4.22)

Билет 18. Вопрос 1. Реактивные элементы в цепи переменного тока: понятие, характеристики, графическое изображение. Индуктивность и ёмкость в цепи переменного тока. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. Для индуктивного сопротивления получена формула X_L = ωL.[ Ом. ] Величина xL линейно зависит от частоты. Для емкостного сопротивления выше формула X_C = 1 / ωC. [Ом]. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = X_L - X_C. Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току. Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току. Так как в последовательной цепи ток, текущий через емкость, равен току, текущему через индуктивность, то напряжение на индуктивности тем больше напряжения на емкости, чем индуктивное сопротивление больше емкостного и наоборот.==> если при последовательном включении индуктивности и емкости индуктивное сопротивление больше емкостного, то характер общего сопротивления цепи будет индуктивным и наоборот.При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения. Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят.