Мощности в цепях переменного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

p=u·i - мгновенная мощность - произведение мгновенного напряжения на ток. Для синусоидальных токов и напряжений применим φ _u=0, φ _i= -φ, при этом мгновенные значения напряжения и тока будут

(3.32)

Мгновенная мощность

(3.33)

Мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоничную составляющую, частота которой в два раза больше частоты напряжения и тока.

Мгновенная мощность положительна, когда i и u имеют одинаковые знаки (т.е. одинаковое направление).

Когда мгновенная мощность отрицательна, энергия возвращается от потребителя к источнику. Это возможно, т.к. энергия периодически запасается в электрических и магнитных полях элементов цепи потребителя.

Среднее значение мгновенной мощности за период называется активной мощностью (или просто мощностью): [Вт]. (3.34)

Активная мощность, получаемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (cosφ ≥ 0), т.к. пассивный двухполюсник потребляет энергию.

P=0 возможно, когда φ =+ π /2 (т.е. ёмкость или индуктивность).

Электрические машины конструируют для работы при определенных напряжениях и токах, поэтому их характеризуют полной мощностью:

S=U·I [B·A]. (3.35)

Полная мощность - это наибольшее значение активной мощности при заданных токах и напряжениях.

Коэффициент мощности: . (3.36)

Для лучшего использования электрических машин желательно иметь более высокий коэффициент мощности.

Реактивная мощность:

[вар]. (3.37)

Она положительна при отстающем токе φ > 0 и отрицательна при опережающем токе. Соотношения: (3.38)

Мощность, выделяемая в цепи переменного тока

Мгновенное значение мощности переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока:

где U(t)=U_mcoswt, I(t)=I_mcos(wt – j) (см. выражения (149.1) и (149.11)). Раскрыв cos(wt – j), получим

Практический интерес представляет не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за период колебания. Учитывая, что á cos² w tñ =¹/₂, á sin w t cos w tñ = 0, получим

(152.1)

Из векторной диаграммы (см. рис. 216) следует, что U_mсos j = RI_m. Поэтому

Такую же мощность развивает постоянный ток .

Величины

называются соответственно действующими (или эффективными) значениями тока и напряжения. Все амперметры и вольтметры градуируются по действующим значениям тока и напряжения.

Учитывая действующие значения тока и напряжения, выражение средней мощности (152.1) можно запасать в виде

(152.2)

где множитель соs j называется коэффициентом мощности.

Формула (152.2) показывает, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, в общем случае зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если в цепи реактивное сопротивление отсутствует, то cosj =1 и P=IU. Если цепь содержит только реактивное сопротивление (R=0), то cosj=0 и средняя мощность равна нулю, какими бы большими ни были ток и напряжение. Если cosj имеет значения, существенно меньшие единицы, то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора нужно увеличивать силу тока I, что приведет либо к выделению джоулевой теплоты, либо потребует увеличения сечения проводов, что повышает стоимость линий электропередачи. Поэтому на практике всегда стремятся увеличить соsj, наименьшее допустимое значение которого для промышленных установок составляет примерно 0, 85.

СОЕДИНЕНИЯ ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ

способы соединений элементов электрич. цепей, при к-рых ветвицепи образуют соответственно трёхлучевую звезду и треугольник. Наибольшее распространение С. з. и т.получили в трёхфазных электрич. цепях. При соединении звездой концы обмоток трёх фаз генератора(трансформатора, электродвигателя) объединяются в общую нейтральную точку, а начала обмотокприсоединяются к трём отходящим проводам (" линейные провода" ). При соединении треугольником конецкаждой фазы соединяется с началом следующей и к полученным трём узлам присоединяются линейныепровода. Если и генератор и приёмник электроэнергии соединены звездой, то нейтр. точки могут бытьсвязаны четвёртым (нейтр.) проводом. У симметричных приёмников, соединённых звездой илитреугольником, сопротивления всех трёх фаз одинаковы. В симметричной трёхфазной цепи, соединённойтреугольником, напряжения U_л между линейными проводами равны напряжениям U_ф на фазах приёмника, а силы тока в линейных проводах в корень из 3 раз больше, чем в фазах приёмника. При соединении звездойлинейные напряжения больше фазных в корень из 3 раз, а силы тока в линейных проводах и в фазаходинаковы. См. рис.

Схемы соединений звездой и треугольником трёхфазной (симметричной) цепи: а - звездой; б -треугольником; Uл - линейное напряжение; Uф - фазное напряжение; Iл - сила линейного тока; Iф - силафазного тока

Трансформатор –статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный токдругого напряжения, той же частоты.Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.

Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.

Устройство и принцип работы

Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i₁-ток, u₁-напряжение, n₁-число витков, Ф₁ – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины - вторичными.

Электрический генератор –электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в энергию электрического поля. Источниками механической энергии может быть вода, пар, ветер, двигатель внутреннего сгорания и другие.

История

Первыми электрическими генераторами были – электростатические генераторы. Принцип их действия был основан на явлении статического электричества. Но широкого применения в промышленности эти генераторы не получили, так как они развивали высокое напряжение при малом токе. Ярким примером таких генераторов стал генератор Ван де Граафа. Этот генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом в 1929 году и в основном служил для ядерных исследований.

Затем люди начали предпринимать попытки по созданию электромагнитных генераторов, то есть генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Одним из первых в этом направлении стал гениальный физик Майкл Фарадей, который как раз и открыл явление электромагнитной индукции. Также он сформировал принцип работы генераторов, который был назван законом Фарадея. Его суть заключалась в том, что в проводнике, движущемся перпендикулярно магнитному полю, образовывалась разность потенциалов. Доказательством этого принципа стал диск Фарадея. Это простейший генератор, который представлял из себя медный диск, вращающийся между концами подковообразного магнита.

В 1832 году Ипполит Пикси построил первую динамо-машину. Она представляла из себя машину, в которой имелся статор, создающий постоянное магнитное поле и нескольких обмоток, которые в нем вращались. Ток снимался с помощью механического коммутатора. По сути это был первый генератор постоянного тока.

Потом развитие промышленности пошло вверх, и были изобретены генераторы переменного тока, асинхронные и постоянные двигатели.

Принцип действия

Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле. Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.

Подробнее пример с рамкой разобран в статье – переменный синусоидальный ток.

Применение

Применение электрических генераторов обширно. Они применяются практически везде, где это только возможно. Снабжают
наши дома электроэнергией, заряжают аккумуляторы в автомобилях, используются в промышленности и многое другое.

В настоящее время стали популярны автономные бензиновые и дизельные электрогенераторы, которые могут служить источниками электрической энергии при её отключении, либо вообще при её отсутствии. Такие генераторы используются в быту и в строительстве, так как форма тока имеет искажения, то без применения специального инвертора, подключать к ним какие-то электронные устройства не целесообразно, так как они могут выйти из строя.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒