Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Електричне коло, його складові. Види електричних кіл. Умови роботи електрокола.
Електри́чне ко́ло — сукупність сполучених між собою провідниками резисторів,конденсаторів, котушок індуктивності, джерел струму й напруги, перемикачів тощо, через яку може проходити електричний струм.
Електричне коло може включати в себе як лінійні так і нелінійні елементи. Лінійними елементами електричного кола називають такі, для яких існує пропорційність між падінням напруги та силою струму. До лінійних елементів належать резистори, конденсатори та котушки індуктивності. Для нелінійних елементів залежність між силою струму та падінням напруги, яку називають вольт-амперною характеристикою, — складна функція. До нелінійних елементів належать, наприклад, діоди й транзистори.
Для розрахунку електричних кіл з лінійними елементами використовуються правила Кірхгофа та закон Ома.
Схема простого електричного кола.
2. Електричний опір та його провідність. Залежність їх від температури провідника.
Електри́чний о́пір властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.
Позначається здебільшого латинською літерою R, одиниця опору в СІ - Ом.
Електричний опір використовується у випадках лінійної залежності електричного струму в провіднику від прикладеної напруги, й є коефіцієнтом пропорційності між падінням напруги U й силою струму I
.
Опір - це величина, яка характеризує спроможність елемента перетворювати електричну енергію на тепло
За величиною опору тіла можна поділити на:
провідники,напівпровідники,діелектрики.
Окремим класом стоять надпровідники, які не створюють опору струму.
Залежність опору від температури
Причиною виникнення опору є розсіювання (зіткнення) носіїв заряду на атомах ґратки. При збільшенні температури, по-перше, збільшується теплова швидкість електронів; по-друге, збільшується амплітуда коливання атомів відносно їхнього рівноважного положення. Необхідно зазначити, що вплив першого процесу, а саме — збільшення теплової швидкості, в меншій мірі впливає на опір провідника, ніж коливання атомів, оскільки при кімнатній температурі (20o С) теплова швидкість становить близько 105 см/сек, або 100 км/сек. Тому підвищення температури, наприклад на Δt = 40 — 60 °C, не приведе до суттєвого збільшення швидкості. А от амплітуда коливання атомів може збільшитися в кілька разів. Це викличе збільшення ефективного перетину розсіювання носіїв заряду на атомах і, як наслідок, приведе до збільшення ймовірності розсіювання. Зазначені явища призводять до втрат енергії носіями заряду. Струм через провідник при цьому зменшиться, тобто опір провідників при нагріванні збільшується. 3. Резистори, їх види, призначення та параметри.
Рези́стор або о́пір (від лат. resisto — опираюся) — елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору[1]. Основною характеристикою резистора є величина його електричного опору. Для випадку лінійної характеристики значення електричного струму через резистор в залежності від електричної напруги описується законом Ома.
Резистори відносяться до електричних компонентів, що застосовуються в схемах електротехніки та електроніки для обмеження сили струму та розподілу напруги. Резистори — найпоширеніші пасивні компоненти електронної апаратури, що використовуються як навантаження, споживачі та подільники в колах живлення, як елементи фільтрів, шунтів в колах формування імпульсів і т.д. Резистори характеризують номінальним значенням електричного опору (від декількох Ом до 1000 ГОм), прийнятним відхиленням від нього (0,001...20 %), максимальною потужністю розсіювання (від сотих часток Вт до декількох сотень Вт), граничною електричною напругою та температурним коефіцієнтом електричного опору.
Класифікація резисторів
В залежності від призначення резистори діляться на дві групи: резистори загального призначення та резистори спеціального призначення, до яких належать: високоомні резистори, високовольтні резистори, високочастотні резистори та прецизійні резистори.
За видом резистивного матеріалу резистори класифікуються на:
дротяні резистори — відрізок дроту з високим питомим опором намотаний на неметалевий каркас. Можуть мати значну паразитну індуктивність;
плівкові металеві резистори — тонка плівка металу з високим питомим опором, напилена на керамічне осердя, на кінці якого надіті металеві ковпачки з дротяними виведеннями. Це найпоширеніший тип резисторів;
металофольгові резистори — у якості резистивного матеріалу використовується тонка металева стрічка;
вугільні резистори — бувають плівковими і об’ємними. Використовують високий питомий опір графіту;
напівпровідникові резистори — використовують опір слабколегованого напівпровідника. Ці резистори можуть бути як лінійними, так і можуть мати значну нелінійність вольт-амперної характеристики. В основному використовуються у складі інтегральних мікросхем, де інші типи резисторів застосувати важче.
За характером зміни опору резистори поділяються на:
резистори сталого опору;
регульовані резистори змінного опору (потенціометри);
підналагоджувані резистори змінного опору[2].
За видом монтажу резистори бувають:
для навісного монтажу (з дротяними виводами);
для поверхневого монтажу (англ. SMD — Surface mount device);
комбінації резисторів в одному загальному блоці, зазвичай мініатюрного виконання (збірки, мікромодулі, матриці, мікросхеми).
За видом вольт-амперної характеристики:
лінійні резистори;
нелінійні (напівпровідникові) резистори:
варистори — опір залежить від прикладеної напруги;
терморезистори — опір залежить від температури;
фоторезистори — опір залежить від освітленості;
тензорезистори — опір залежить від деформації резистора;
магніторезистори — опір залежить від величини напруженості магнітного поля.
4. ЕРС джерела живлення та напруга на його затискачах. З зошита.
Електро-рушійною силою називається робота яка виконується джерелом живлення по переміщенню електричного заряду.( 1 Кл)
E = , вимірюється в , В, V.
ЕРС має 2 складові:
Е = U0 + U
U0 - внутрішній спад напруги;
U – Зовнішній спад напруги.
Напруга на затискачах джерела.
Внутрішній спад напруги
U0 = Е – U, U = E - U0.
5. Закон Ома для ділянки кола, і для всього кола.
Зако́н О́ма — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.
Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах. Якщо для елемента електричного кола справедливий закон Ома, то говорять, що цей елемент має лінійну вольт-амперну характеристику.
У електротехніці прийнято записувати закон Ома у інтегральному вигляді
де U — прикладена напруга, I — сила струму, R — електричний опір провідника.
Зошит
Закон Ома для ділянки кола
На ділянці кола сила струму прямо пропорційна спаду напруги на цій ділянці, і обернено пропорційна опору цієї ділянки
І = , U=IR , R = .
Закон Ома для всього кола
Сила струму в колы прямопропорційна і обернено пропорційна всьому.
I = , де
R0 = джерело, R = зовнішный опір.
E = I(R0 +R)
6. Теплова дія електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.
Коли через провідник проходить електричний струм, той нагрівається. Чим більша температура провідника, тим більший його опір.
Закон Джоуля — Ленца — кількість теплоти, що виділяється струмом в провіднику, пропорційна силі струму, часу його проходження і падінню напруги.
,
де I — сила струму, R — опір, t — час.
Закон Джоуля-Ленца справедливий у межах застосованості закону Ома.
7. Режим роботи електричного кола.
Розглянемо основні режими роботи електричного кола.
Режим холостого (неробочого) ходу. В цьому випадку і тому
І = 0; U = E; U = 0; P1 = P2 = 0 i P = 0; = 1.
Остання рівність пояснюється тим, що при холостому ході відсутні втрати потужності на внутрішньому опорі.
Режим короткого замикання. Коротке замикання має місце при R = 0 . Для цього режиму
; U = 0; U = E; ; P2 = 0 i P = P1; .
При короткому замиканні струм у колі досягає максимального значення.
Режим узгодженого навантаження. Оскільки у двох розглянутих випадках корисна потужність Р2 = 0, то доцільно знайти умову, за якої ця потужність матиме максимальне значення. Зрозуміло, що ця потужність буде залежити від опору R за умови, що е.р.с. Е і внутрішній опір r будемо вважати незмінними.
З цією метою з рівняння /4.5/ визначимо похідну і прирівнюємо її до нуля:
або .
Звідки виходить, що .
Отже, потужність, що виділяється у зовнішньому навантаженні буде максимальною, коли опір навантаження дорівнює внутрішньому опору джерела.
Такий режим роботи називають узгодженим режимом або режимом узгодженого навантаження.
Очевидно, в цьому випадку будемо мати:
; ; ; ;
; і .
Режим узгодженого навантаження використовують у тих випадках, коли необхідно забезпечити максимально можливе значення вихідної потужності, не звертаючи увагу на величину к.к.д.
Такі режими роботи бувають доцільними в електронних пристроях, для яких характерні невеликі рівні потужності. Електричні системи великої потужності, наприклад, системи енергопостачання, працюють в режимі, близькому до режиму холостого ходу, що забезпечує їх високий к.к.д.
Графіки зміни Е, , , Р1, , і в залежності від струму І, тобто від режиму роботи, зображені на рис.4.2.
8.Види з’єднання резисторів.
Послідовне сполучення резисторів
При сполученні резисторів послідовно, їх еквівалентною схемою буде резистор з опором рівним сумі опору окремих резисторів:
Паралельне сполучення резисторів
При паралельному сполученні резисторів, обернена величина еквівалентного опору (провідність) дорівнює сумі обернених величин усіх опорів (провідностей).
Змішане сполучення резисторів
Схема складається з двох паралельно сполучених блоків, один з них складається з послідовно сполучених резисторів та , загальним опором , інший з резистора , загальна провідність буде становити .
Таким чином загальний опір можна обчислити за рівнянням .
9. Втрати напруги та потужності в проводах.
Кожний приймач електричної енергії розрахований на відповідне номінальна напруга. Так як приймачі можуть перебувати на значних відстанях від живильних їх електростанцій, то втрати напруги в проводах мають важливе значення. Допустимі втрати напруги в проводах для різних установок не однакові, але не перевищують 4-6% номінальної напруги.
На рис. наведена схема електричного кола, що складається з джерела електричної енергії, приймача і довгих з'єднувальних проводів. При проходженні по ланцюгу електричного струму I свідчення вольтметра U1, включеного до початку ліній, більше показань вольтметра U2, включеного в кінці ліній.
Зменшення напруги в лінії в міру віддалення від джерела викликано втратами напруги в проводах лінії Ui = U1-U2 і чисельно дорівнює падіння напруги. Відповідно до закону Ома, падіння напруги в проводах лінії дорівнює добутку струму в ній на опір проводів: Uii = I * R тоді Ui = U1-U2 = Uii = - опір проводів лінії.
Потужність втрат в лінії можна визначити двома способами:
Pi = Ui * I = (U1-U2) * I або Pii = I * R
Зменшити втрати напруги і втрати потужності в лінії електропередачі можна зменшуючи силу струму в проводах або збільшуючи переріз проводів з метою зменшення їх опору. Силу струму в проводах можна зменшити збільшуючи напругу на початку лінії.
ККД лінії електропередачі визначається відношенням потужності, віддається електроприймачів, до потужності, що поступає в лінію, або відношенням напруги в кінці лінії до напруги на її початку.
10. Баланс потужності.
В колах змінного струму використовується поняття 4-х видів потужності - миттєвої р, повної S, активної P та реактивної Q, S, P, Q пов’язані між собою як сторони прямокутного трикутника:
.
Робота електричних кіл характеризується параметром коефіцієнт потужності cosj:
.
Коефіцієнт потужності показує ступінь використання споживачем потужності джерела (генератора). Найбільш повне використання потужності генераторів електростанцій можливе при роботі генераторів з номінальною напругою, номінальним струмом і cosj=1.
Якщо джерело працює з постійною напругою (U-const), але змінним cosj, то
,
.
Тобто зі зменшенням cosj струм, споживаний навантаженням, збільшується. В результаті:
- збільшуються невиробничі втрати потужності генераторів;
- збільшується пожежна небезпека.
Засоби підвищення cosj:
- обмеження роботи двигунів без навантаження;
- відповідність потужності двигуна потужності навантаження;
- перемикання обмотки статора на “зірку” при зменшенні навантаження;
- застосування компенсаторів, що підвищують cosj. Ємність компенсуючого конденсатора, необхідна для підвищення cosj від cosj1 до cosj2:
.
11. Закон Кірхгофа.
Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебраїчна сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю.
Другий закон Кірхгофа встановлює зв'язок між сумою електрорушійних сил і сумою падінь напруги на резисторах замкненого контуру електричного кола. Згідно з цим законом алгебраїчна сума миттєвих значень електрорушійної сили всіх джерел напруги у будь-якому контурі електричного кола дорівнює алгебричній сумі миттєвих значень падінь напруги на всіх резисторах того самого контуру.
12. Лінійні та нелінійні електричні кола.
Електромагнітний пристрій з фізичними процесами, що протікають в ньому та в оточуючому його просторі в теорії електромагнітних кіл замінюють деяким розрахунковим еквівалентом - електричним колом.
Електричне коло - сукупність з’єднаних між собою джерел електричної енергії та навантажень, по яким може протікати електричний струм. Електромагнітні процеси в електричному колі можна описати за допомогою понять, відомих із курсу фізики:струм, напруга, опір, провідність, індуктивність, єм-ність.
Електричний струм - направлений впорядкований рух часток, які несуть електричний заряд. Носії зарядів в металах - вільні електрони, в рідинах - іони. Постійний струм - струм незмінний у часі. Упорядкований рух носіїв зарядів у провідниках спонукається електричним полем, створеним в них джерелами електричної енергії.
Джерела електричної енергії перетворюють хімічну, механічну та інші види енергії в електричну.
Електрична схема - зображення електричного кола за допомогою умовних знаків.
|
Е - джерело електричної енергії, джерело напруги (електрорушійна сила ЕРС), I - струм , R - навантаження, опір (резистор) |
В автоматиці, електроніці та радіотехніці широко застосовуються елементи електричних кіл, які характеризуються нелінійною залежністю між струмом і напругою U = / (/).
Електричне коло, в яке входять нелінійні елементи, називається нелінійним.
Нелінійну вольт-амперну характеристику мають електровакуумні прилади (див. рис. 2.5, а), фотоелементи (див. рис. 2.5, б), газорозрядні прилади (див. рис. 2.6, 2.7), напівпровідникові прилади (див. рис. 2.11).
Велику групу нелінійних елементів становлять нелінійні опори: терморезистори, варистори, баретери та ін.
У цьому розділі розглянуто принцип: розрахунку електричних кіл з нелінійними елементами на основі їхніх вольт-амперних характеристик.
13. Визначення магнітного поля. Магнітна індукція та потік.
Магні́тне по́ле — складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.
Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.
Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.
Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором магнітної індукції , магнітне поле також описується вектором напруженості .
У вакуумі ці вектори пропорційні між собою:
,
де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць.
В системі СІ, - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному: .
Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції враховує ще й вплив середовища:
[1]
де - вектор намагніченості середовища.
Магнітний потік — потік вектора магнітної індукції.
Магнітний потік позначається зазвичай грецькою літерою Φ, вимірюється у системі СІ у веберах, у системі СГСМ одиницею вимірювання магнітного потоку є максвел: магнітний потік поля величиною 1 гаус через сантиметр квадратний площі.
Магнітний потік через нескінченно маленьку площадку dS визначається як
де B — значення індукції магнітного поля, θ — кут між напрямком поля й нормаллю до поверхні. У векторній формі.
Магнітний потік псевдоскалярна величина.
Зазвичай магнітний потік обраховується через поверхню, обмежену певним контуром, наприклад, контуром, який утворюють провідники зі струмом. Оскільки в різних точках поверхні магнітна індукція різна, то проводиться інтегрування
Магні́тна інду́кція — векторна фізична величина, основна характеристика величини і напрямку магнітного поля. Вектор магнітної індукції зазвичай позначають латинською літерою .
У системі СГС магнітна індукція поля вимірюється в гаусах (Гс), в системі СІ — в теслах (Тл).
Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля , що характеризує магнітне поле в середовищі:
,
де — магнітна проникність.
14. Абсолютна та відносна магнітна проникність.
Магнітна проникність — характеристика магнітних властивостей матеріалу, в якому магнітна індукція лінійно залежить від напруженості магнітного поля. Найчастіше позначається грецькою літерою . Термін запропонував у вересні 1885 року Олівер Хевісайд.
В системі СІ магнітна проникність є безрозмірною величиною. В порожнечі магнітна проникність має значення - магнітна константа або "магнітна проникність вільного простору", і має точне (визначене)[1] значення
Н·A-2.
В системі СІ вводиться також відносна магнітна проникність, інколи позначається символом , є відношення проникності певного середовища до проникності вільного простору (магнітної константи )
В термінах відносної магнітної проникності магнітна сприйнятливість можна записати у вигляді:
де - безрозмірна величина, іноді йменується об'ємометрична або підкладочна сприйнятність, щоб відрізнити її від -ф магнітомасової або специфічної сприйнятності. Тоді буде молярною або молярномасовою сприйнятністю.
15. Закон повного струму.
Повний струм – це алгебраїчна сума струмів, які проникають в поверхню, обмежену замкнутим контуром.
За законом повного струму сила намагнічення (НС) Fm вздовж замкнутого контуру дорівнює повному струмові:
1.Напруженість(А/м) магнітного поля в точці, яка розміщена на відстані R від прямолінійного прямокутника,
Н = І / (2π R).
Магнітна індукція В = μ0 μ
2. Напруженість в середині провідника в точці, яка знаходиться від осі на відстані а Н =
Якщо а = R, то напруженість на поверхні такого провідника
Н = І / (2 πR),
Де R – радіус циліндричного провідника, м.
3. Напруженість магнітного поля в центрі кільцевого провідника
Н = І / (2R) = І / d,
Де R – радіус кільця, м.
4.Напруженість магнітного поля в середині кільцевої котушки
Н = І w / (2πRx)
де Rx – радіус від центру кільцевої котушки до точки, яку ми шукаємо, м.
Магнітна індукція В = μ0 μН = μ0 μ
5. Напруженість магнітного поля на середній магнітній лінії кільцевої ( тороїдальної) котушки
Н = І w /I
Де І – струм в обмотці котушки, А; w – число витків котушки; l – довжина середньої магнітної лінії котушки, м.
Магнітна індукція
В = μа Н = μа
Магнітний потік Ф =ВS=μа
Де S – площа поперечного перерізу котушки,м2
6.Напруженістьмагнітного поля на вісі циліндричної котушки в будь – якій її точці Н =(соs α1- соs α2)
Якщо d ← 1, то Н = І w /I
Магнітна індукція В =μ μ0Н =μ μ0 (соs α1- соs α2 )
Або при умові що dВ =μ μ0
16. Намагнічення феромагнетиків. Початкова крива намагнічення.
Намагнічення феромагнетиків у зовнішньому полі полягає в переорієнтації векторів намагніченості доменів у напрямі прикладеного поля, яке включає зміщення, обертання і пара процес.
Зміщення полягає у зміні меж між доменами. Ті домени, напрям орієнтації магнітного моменту яких близький до напряму зовнішнього магнітного поля, починають збільшуватись за рахунок доменів, енергетичне менш вигідних. При такому зміщенні домени можуть змінювати розміри, форму і власну енергію. Перешкоджають процесу зміщення дислокації, дефекти кристалічної решітки, домішки, макротріщини та ін. Процес обертання полягає в повороті вектора намагнічення М. окремих доменів у напрямі поля. Фактором протидії таким поворотам може бути магнітна анізотропія феромагнетика, яка полягає в залежності магнітних властивостей кристалів від напряму намагнічення. Спочатку магнітні моменти доменів напрямлені вздовж осей легкого намагнічення, які взагалі можуть не збігатися з напрямом зовнішнього поля. Поворот намагніченості доменів пов'язаний з затратою енергії за рахунок енергії зовнішнього поля.
Парапроцес (або справжнє намагнічування) полягає у збільшенні абсолютної величини спонтанної намагніченості Ms феромагнетиків під дією зовнішнього магнітного поля Н. Парапроцес настає при Н >Я5 і зумовлений орієнтацією в полі Н елементарних носіїв магнетизму (спінових і орбітальних магнітних моментів атомів або іонів), які залишились незорієнтованими в напрямі зовнішнього магнітного поля внаслідок дії теплового руху. Пара¬процес є завершальним у намагнічуванні феромагнетиків, на якому із збільшенням Я намагнічення Ms прямує до абсолютного насичення, тобто до намагніченості, яку мав би феромагнетик при абсолютному нулі температури, коли всі носії магнетизму повністю зорієнтовані. Взагалі парапроцес дає малий вклад у намагнічування феромагнетиків.
При внесенні ненамагніченого феромагнетика в наростаюче зовнішнє магнітне поле Н його вектор намагнічення М змінюється нелінійно (рис. 9.5). Криву М (Н) називають кривою першого намагнічення. На ній можна виділити п'ять ділянок. Ділянка І — це область оборотного намагнічення. Вона зумовлена пружним зміщенням меж доменів. Ділянка ІІ — зумовлена оборотним і необоротним зміщенням меж доменів. Для неї спостерігається квадратична залежність М (Н). Ділянка ІІІ — зумовлена лише необоротним зміщенням меж доменів і тут спостерігається швидкий ріст М(Н), що відповідає найбільшій магнітній проникності феромагнетика. В області IV відбувається перехід до насичення намагнічення. Ця область зумовлена переважно обертанням магнітних моментів доменів. Область V називають областю парапроцесу, в якій спостерігається дуже слабке наростання кривої М (Н). Отже, намагнічення феромагнетиків не збільшується безмежно при збільшенні напруженості поля, а має межу, яку називають намагніченістю насичення. Існування такої межі свідчить проте, що намагніченість феромагнетиків, як і парамагнетиків, пов'язана з переорієнтацією магнітних моментів структурних одиниць речовини.
17. Явище гістерезису.
Гістерезис (грец. ὑστέρησις — "той, що відстає") – неоднозначна залежність змін фізичної величини, яка означає стан тіла, від зміни іншої фізичної величини, яка визначає зовнішні умови (напруженість магнітних Н та електричних Е полів). Гістерезис спостерігається в тих випадках, коли стан тіла визначається зовнішніми умовами не лише в цей час часу, але й попередні моменти, тобто, коли стан системи залежить від її минулого (історії).
Гістерезис означає ненакладання перебігу змін у протилежних напрямках (незбіжність кривих, що описують такі зміни).
Розрізняють гістерезис:
18. Магнітом’які та магнітотверді феромагнетики, їх застосування.
Магнітом’які матеріали(МММ) повинні мати високу магнітну проникність,малу коерцитивну силу,велику індукцію насичення,вузьку петлю гістерезиса,малі магнітні втрати.
МММ можна розділити на слідуючі групи:технічно чисте залізо(низьковуглицева сталь);кремниста електротехнічна сталь;сплави з високою початковою магнітною проникністю;сплави з великою індукцією насичення,ферити.
Технічно чисте залізо(низьковуглицева сталь);
Залізо являє собою магнітом’який матеріал,властивості якого сильно залежать від вмісту домішок.
Технічно чисте залізо містить небільше 0.1% вуглецю,сірки,марганцю та інших домішок і володіє порівняно малим питомим електричним опором,що обмежує його застосування.Використовується в основному для магнітопроводів постійних магнітних потоків і виготовляється рафінуванням чавуну в мартенівських печах.
Електролітичне залізо утримується в процесі електролізу сірчанокислого або хлористого заліза.Воно використовується в постійних полях.
Карбонільне залізо отримують у вигляді порошку розкладом пентакарбонілу заліза Fe(CO)5.Його зручно використовувати для виготовлення сердечників,працюючих на високих частотах.
Кремниста електротехнічна сталь містить менше 0,05% вуглецю,від 0,7до 4,8% кремнію і відноситься до магнітом’яких матеріалів широкого застосування .Легування сталі кремнієм призводить до істотного підвищення питомого електричного опору. Сталь з вмістом кремнію 6,8% володіє найбільшою магнітною проникністю,але в промисловості використовують сталь з вмістом кремнію не більше 5,1%. Так ,як кремній погіршує механічні властивості сталі,вона стає не придатною для штамповки.
Магнітом’які матеріали використовують у виробництві сердечників трансформаторів,електромагнітів.електричних машин,у вимірювальних приладах та інших апаратах.
Магнітотверді матеріали на відміну від магнітом’яких ,мають суттєво більшу коерцитивну силу і площу петлі гістерезиса.Такі матеріали використовуються для виготовлення постійних магнітів–джерел постійних магнітних полів.які в багатьох випадках вигідніші ніж електромагнітні.
Постійні магніти мають робочий повітряний зазор.відповідно на розімкнутих кінцях виникають плюси,що створюють розмагнічувальне поле з напруженістю,яка знижує індукцію в середині магніту.
Магнітотверді матеріали за складом і способом отримання підрозділяють на литі висококоерцитивні сплави,сплави на основі рідкоземельних елементів,металокерамічні матеріали,магнітотверді ферити та інші матеріали.
Литі висококоерцитивні сплави.
Найбільше поширення отримали магнітотверді матеріали на основі залізо-нікель-алюмінієвих і залізо-нікель-кобальт-алюмінієвих сплавів,легованих різними добавками.
Вироби з сплавів отримують в основному методом лиття.Недоліками сплавів є особлива крихкість і висока твердість,тому обробка на металоріжучих верстатах затруднена.Механічній обробці у вигляді грубого обдирання різанням з застосуванням твердосплавних різців піддаються сплави,котрі не містять кобальту.Безкобальтові сплави являються дешевими і не містять дефіцитних металів,але властивості їх не дуже високі.Текстуровані сплави,що містять кобальт,мають високі магнітні характеристики,але в декілька раз дорожчі ніж безкобальтові.
Магнітотверді матеріали використовують для виготовлення постійних магнітів в машинах малої потужності,різних апаратах і приладах.
19. Провідник у магнітному полі. Закон Ампера. Взаємодія двох паралельних провідників зі струмом
ви дізналися, що магнітне поле діє на провідник зі струмом з деякою силою. У цьому легко переконатися за допомогою досліду. Візьмемо прямий провідник, виготовлений з немагнітного матеріалу, і підвісимо його на тонких і гнучких проводах таким чином, щоб він перебував між полюсами підковоподібного постійного магніту (рис. 28.1, а). Якщо пропустити по провіднику струм, провідник відхилиться від положення рівноваги (рис. 28.1, б).
Причиною такого відхилення є сила, що діє на провідник зі струмом з боку магнітного поля. Довів наявність цієї сили та з'ясував, від чого залежать її значення і напрямок, А. Ампер (див. рис. 9.2). Саме тому цю силу назинають силою Ампера.
Сила Ампера — це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.
Експериментально встановлено, що сила Ампера пропорційна силі струму в провіднику та довжині тій частини провідника, що перебуває в магнітному полі Сила Ампера збільшується з посиленням магнітного поля і залежить від розташування провідника відносно ліній магнітного поля. Сила Ампера є максимальною, якщо провідник розташований перпендикулярно до магнітних ліній, і дорівнює нулю, якщо провідник розташований паралельно магнітним лініям.
Напрямок сили Ампера зручно визначати за допомогою правила лівої руки.
Fa = B∙I∙l ∙ sinα
20. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца.
Електромагні́тна інду́кція — явище створення в просторі вихрового електричного поля змінним магнітним потоком.
Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.
Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:
де
— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах
N — кількість витків у котушці
Φ — магнітний потік у веберах
Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою
,
де R — опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.
Правило Ленца — закон, за яким можна визначити напрям індукційного струму.
Згідно з правилом Ленца індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує даний струм. Формулювання: Індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм. Його встановив російський фізик Е. Х. Ленц 1833 року.
21. Явище самоіндукції. Індуктивність котушки.
Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканніджерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.
Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою
,
де — е.р.с., — сила струму, L — індуктивність.
Явище самоіндукції виникає в провідниках зі змінним струмом, навколо яких створюється змінне магнітне поле. Власне магнітне поле контура створює магнітний потік самоіндукції через поверхню , що обмежена цим контуром:
де - проекція вектора індукції магнітного поля струму на нормаль до елемента поверхні . За законом Біо-Савара-Лапласа магнітна індукція в точці, що знаходиться на віддалі від елемента контура зі струмом ,
Коту́шка індукти́вності — звернутий у спіраль ізольований дріт, що має значну індуктивність при відносно великій електричній провідності та малому активному опорі. Така система здатна запасати енергію при протіканні електричного струму.
Для збільшення індуктивності котушка здебільшого намотується на феромагнітне осердя. Котушку без осердя називають соленоїдом. Спеціальні котушки, що використовуються в певних електричних колах, називають дроселями.
22. Явище взаємоіндукції. Вихрові струми.
Взаємною індукцією називається явище наведення ЕРС у контурі при зміні струму в іншому контурі. Наведену (індуковану) ЕРС називають ЕРС взаємоіндукції .
Нехай є два контури, що віддалені на певну відстань один від одного (рис.48). По контурах проходять струми та . Струм утворює магнітний потік , який частково замикається не зчіплюючись з іншим контуром () і частково проходить через другий контур (). Для наочності на рисунку зображено тільки по одній силовій лінії кожного з цих потоків. Струм утворює магнітний потік , який також проходить крізь другий контур (), а частково проходить через перший контур ():
.
У загальному випадку контури містять та витків. Повне потокозчеплення контурів:
;
Знак «+» має місце, коли потік взаємоіндукції має напрямок узгоджений з потоком самоіндукції, що створюється струмом даного контуру.
Взаємною індуктивністю називають відношення потокозчеплення взаємної індукції до струму, який її індукував:
[Гн].
Для лінійних кіл
Властивість взаємності: якщо струм , що проходить у першому колі, обумовлює у другому колі потокозчеплення взаємної індукції , то такий же струм, що проходить у другому колі, зумовить в першому колі потокозчеплення, взаємоіндукція такої ж величини.
Взаємна індуктивність пропорційна кількості витків котушок, магнітній проникності осердя, геометричним розмірам та взаємному розташуванню котушок.
Повні ЕРС, індуковані у контурах:
ЕРС взаємоіндукції:
Знак «-» при узгодженому напрямку потоків самоіндукції та взаємоіндукції.
Кола в яких наводяться (індукуються) ЕРС взаємоіндукції, називають індуктивно зв’язаними.
Як елемент схеми заміщення реального кола взаємна індуктивність М дозволяє враховувати при розрахунках явище взаємоіндукції та накопичення енергії у магнітному полі магнітозв’язаних котушок.
Вихрові струми, струми Фуко (на честь Леона Фуко) — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує.
Вперше вихрові струми виявлені французьким ученим Франсуа Араго (1786—1853) в 1824 р. у мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, яка оберталася. За рахунок вихрових струмів диск теж обертався. Це явище, назване явищем Араго, було пояснене декілька років по тому M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, яке обертається, індукує у мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми названі на честь французького фізика Фуко (1819—1868). Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.
Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних проводах.
Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Цей ефект застосовується для демпфування рухливих частин гальванометрів, сейсмографівтощо.
Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах — у котушку, яка живиться від високочастотної батареї великої сили поміщають тіло-провідник, у якому виникають вихрові струми, які розігрівають його до плавлення.
У багатьох випадках струми Фуко небажані, шкідливі. Для боротьби з ними приймаються спеціальні заходи: наприклад, якоря трансформаторів набираються з тонких пластин. Поява феритів зробила можливим виготовлення цих провідників суцільними.
23. Магнітні кола. Їх види. ( неповне)!!!!
Магнітним колом називається частина електротехнічного пристрою, що містить феромагнітні тіла, в яких при наявності намагнічуючої сили виникає магнітний потік і уздовж якої залишаються лінії магнітної індукції.
Джерелами намагнічуючої сили можуть бути котушки із струмами, постійні магніти.
У нерозгалуженого однорідного магнітного кола, магнітний потік на всіх ділянках однаковий.
При розрахунку магнітних кіл розв’язують задачі двох типів:
1. За заданим магнітним потоком Ф і відомою площею поперечного перерізу знаходять магнітну індукцію:
2. Визначають напруженість магнітного поля в осерді, по характеристиках намагнічування сталі ().
3. Знаходять намагнічуючу силу за законом повного струму: .
– довжина середньої лінії магнітопроводу.
II. Обернена задача.
За заданою намагнічуючою силою необхідно знайти магнітний потік в магнітопроводі.
Порядок розрахунку:
, звідси :
За кривою намагнічування сталі заданого сорту знаходять магнітну індукцію .
Визначають магнітний потік:
Неоднорідне магнітне поле складається з кількох ділянок, які відрізняються довжиною, поперечним перерізом та матеріалом.
Найчастіше зустрічаються магнітні кола, в яких крім ділянок з феромагнітних матеріалів є повітряні зазори.
Порядок розрахунку такий самий, як і для однорідного кола, але магнітну індукцію і напруженість поля визначають для кожної ділянки; при цьому потоки розсіювання не враховують.
Магнітна індукція -ї ділянки.
і — площа поперечного перерізу -ї ділянки.
Знаючи магнітну індукцію, визначають напруженість поля; для ділянок з феромагнітних матеріалів — за кривими намагнічування, для інших ділянок з неферомагнітних матеріалів — за формулою .
^ Складають рівняння за законом повного струму:
Для даного магнітного потоку намагнічуюча сила:
24. Закон Ома для магнітного кола.(неповне)
25.Електромагніти. Їх застосування. Розрахунок електромагніта. (неповне)
Електромагні́т (англ. electromagnet, нім. Elektromagnet m) — пристрій, що створює магнітне поле при проходженні електричного струму. Звичайно електромагніт складається з обмотки і феромагнітного осердя, який набуває властивостей магніту при проходженні по обмотці струму. У електромагнітах, призначених, перш за все, для створення механічного зусилля також присутній якір (рухома частина магнітопроводу), що передає зусилля.
Обмотки електромагнітів виготовляють з ізольованого алюмінієвого або мідного дроту, хоча є і надпровідні електромагніти. Магнітопроводи виготовляють з магнітом'яких матеріалів — звичайно з електротехнічної або якісноїконструкційної сталі, литої сталі і чавуну, залізонікельових і залізокобальтових сплавів. Для зниження втрат на вихрові струми магнітопроводи виконують з набору листів (шихта).
Електромагніти застосовують для створення магнітних потоків в електричних машинах і апаратах, пристроях автоматики тощо (генераторах, двигунах, реле, пускачах і т.д.).
У таких магнітах сила залежить тільки від величини струму в обмотці і не залежить від напряму струму.
У електромагнітах цього типу створюється 2 незалежних магнітних потоки: поляризаційний, який утворюється зазвичай полем постійного магніту, і робочий магнітний потік, який виникає під дією обмотки керування, намагнічувальної сили (м. р. с.). Дія такого магніту залежить як від величини магнітного потоку, так і від напряму електричного струму в робочій обмотці.
У цих магнітах живлення обмотки здійснюється від джерела змінного струму, а магнітний потік періодично змінюється по величині і напряму, внаслідок чого сила тяжіння пульсує від нуля до максимального значення з подвоєною частотою по відношенню до частоти струму живлення.
Електромагніти розрізняють також за рядом інших ознак: за способом включення обмоток — з паралельними і послідовними обмотками; за характером роботи — що працюють в тривалому, переривистому і короткочасному режимах; за швидкістю дії — швидкодіючі і сповільненої дії і т.д.
Найпростішим електромагнітом є провідник намотаний на циліндричну котушку — соленоїд. Набагато сильніше магнітне поле можна створити, вставивши в котушку осердя з феромагнітного матеріалу. При цьому магнітне поле котушки намагнічує осердя і те, в свою чергу, створює додаткове магнітне поле.
Електромагніти використовуються там, де необхідне магнітне поле, яке можна швидко і легко змінити, наприклад у електричному дзвінку, телеграфії, електромашинах, релейній техніці, лічильниках електроенергії. Електромагніти є в будь- якому автомобілі, телефоні,компютері, телевізорі, літаку, теплоході.
ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ,(рос.электромагнитный, англ. electromagnetic, нім. elektromagnetisch) – той, що належить до електромагнетизму, тобто одночасно до електрики й магнетизму. Той, який здійснюється або діє за допомогою електромагніту.
26. Параметри змінного струму.
Змінним називається струм, зміна якого за величиною і напрямком повторюється періодично через рівні проміжки часу Т. Умова періодичності має вид:
i(t)=i(t+T)=... =i(t+k×T), (3.1)
де t, [с] - час,
k=0,1,2,3,... .
Ми розглядаємо тільки змінний струм, що змінюється за синусоїдальним законом (може бути пилкоподібної, прямокутної форми і т.п.). У народному господарстві найбільш широке застосування знайшов саме синусоїдальний змінний струм, тому що генератори дають форму кривої ЕРС, близьку до синусоїдальної, і за цієї формі кривої досягається найбільша економічність при передачі і застосуванні електричної енергії.
Графік змінного струму, що змінюється за синусоїдальним законом, показаний на рисунку 3.1.
|
|
Рис.3.1 - Змінний однофазний струм
Аналітична форма запису синусоїдальної величини:
27. Кола змінного струму: А) з активним опором, Б) Індуктивним опором, В) Ємнісним опором.
Активний опір Ra – це опір, в якому енергія, що надходить від генератора, перетворюється у внутрішню енергію провідника:
Із векторної діаграми видно, що коливання сили струму та напруги при активному навантаженні збігаються по фазі.
2.Індуктивний опір в колі змінного струму.
Припустимо, що змінну напругу прикладено до затискачів котушки. Якщо замість змінної напруги прикласти до цієї котушки постійну напругу, то, зважаючи на зовсім незначний активний опір, сила струму в колі досягне дуже великого значення. У разі змінної напруги сила струму в котушці буде меншою. Це пояснюється тим, що в цьому випадку (при змінній напрузі) в котушці виникає змінна ЕРС самоіндукції, яка геометрично додається до прикладеної напруги і в результаті впливає на силу струму.
Індуктивний опір XL – умовна назва ефекту, який чинить котушка в колі змінного струму:
Векторна діаграма показує, що в колі з котушкою індуктивності без активного навантаження напруга, прикладена до цього кола, випереджає силу струму за фазою на кут 900, причому сила струму також випереджає ЕРС самоіндукції за фазою на кут 900.
3.Ємнісний опір в колі змінного струму.
Ємнісний опір Xc – умовна назва ефекту, який чинить конденсатор в колі змінного струму:
На ємнісному опорі коливання напруги відстають від коливань сили струму на 900.
28. Загальний випадок послідовного з’єднання з активним індуктивним та ємнісним опором.
Коло змінного струму з послідовним з`єднанням активного, індуктивного або ємнісного опору.
Електричне коло з самим лише індуктивним опором в дійсності неможливе, бо будь-яка обмотка, крім індуктивного опору, має й активний опір. Розглянемо електричне коло з індуктивним та активним опорами.
Повний опір кола визначається за формулою:
З векторної діаграми можна визначити кут зсуву фаз між силою струму та напругою за формулою:
Електричне коло з ємнісним та активним опорами.
Повний опір кола:
Зсув фаз:
29. Резонанс струмів.
Резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн 30. Загальні випадки… 31. Потужність в колах змінного струму.
Як відомо, потужність постійного струму є добутком напруги на силу струму.
У разі змінного струму і напруга і сила струму періодично змінюється в часі. Тому потужність змінного струму можна подати у вигляді активної та реактивної потужності.
1.Активна потужність.
Активна потужність споживається активним опором, де відбувається перетворення електричної енергії в енергію іншого виду (механічну, світлову, теплову…)
U, I – діючі значення сили струму та напруги; коефіцієнт потужності.
Одиниці вимірювання активної потужності:
Наприклад, якщо деякого пристрою дорівнює 0,4, то це означає. Що даний пристрій споживає з кола потужність IU, а використовує лише 0.4 цієї потужності.
2.Реактивна потужність.
Реактивна потужність накопичується котушкою індуктивності при зростанні сили струму в колі у вигляді магнітного поля.
Реактивна потужність не споживається приймачем енергії і не бере участі у процесі перетворення електричної енергії в енергію іншого виду. Ця потужність циркулює між джерелом і приймачем енергії, навантажуючи при цьому проводи їхніх обмоток і ліній, що з’єднують приймач енергії із джерелом, а також збільшує втрати енергії в них.
3.Повна потужність.
Одиниці вимірювання:
- коефіцієнт потужності.
Коефіцієнт потужності показує, яка частина повної потужності споживається електричним колом.
32. Отримання трифазної Е.Р.С.
Системою трифазного струму називається сукупність трьох однофазних змінних струмів, зсунутих за фазою на кут 1200.
Розробив трифазну систему російський електротехнік М.О. Доливо-Добровольський у 1888 р. Винятково високі якості трифазної системи явилися причиною всесвітнього її застосування. Розглянемо конструкцію найпростішого генератора трифазного струму (рис.3.38).
У пазах статора симетрично по колу розташовані три однакові котушки, початок і кінець кожної з яких зсунуті в просторі на кут 1200. Початок котушок позначений А, В, С, кінець - X, Y, Z.
Ротор - електромагніт, що обертається за годинною стрілкою. При обертанні ротора обертається і його магнітне поле. Магнітні силові лінії перетинають обмотки статора. У них індукуються ЕРС однієї й тієї ж частоти, однакової амплітуди, але зсунуті за фазою на кут 1200.
Прийнявши за початок відліку часу момент, у який ЕРС першої фази дорівнюють нулю, можна записати миттєві значення всіх трьох ЕРС:
фаза А: ,
фаза В: ,
фаза С:
.
Якщо система ЕРС симетрична, то трифазна система симетрична, і можна записати:
Е1М = Е2М = Е3М (3.58)
або за допомогою символічного методу
,
,
.
Лінійна діаграма ЕРС (або часова діаграма) приведена на рис.3.39.
Рис.3.39 - Лінійна діаграма ЕРС.
Векторна діаграма ЕРС приведена на рис.3.40.
Рис.3.40- Векторна діаграма ЕРС.
Генератори станцій виконуються синхронними, тобто з точно визначеною швидкістю обертання (на ДРЕС - 3000 об/хв). Частота мережі, що живить, повинна становити 50±2% Гц. Зниження частоти струму нижче 49 Гц призводить до різкого збільшення сили струму в мережах в основному через збільшення струму, який споживається парком двигунів. Зниження частоти струму обумовлює зниження частоти обертання вала двигуна, що за постійної необхідної потужності веде до збільшення обертового моменту ротора двигуна, а отже, і до росту струму, що споживається двигуном із мережі. Такий режим роботи електроустановок є не тільки аварійним, але і пожежонебезпечним. Він призводить до виходу з ладу трансформаторних підстанцій, загоряння електродвигунів і проводів, що їх підключають.
Трифазна система (трифазний струм) має наступні переваги перед однофазною:
- одержання обертового магнітного поля за нерухомих обмоток;
- економічна передача енергії на відстані;
- можливість використання однієї фази як однофазного струму ;
- забезпечує високу якість при випрямленні за різноманітних напруг і потужностей. 33. Коефіцієнт потужності та шляхи його підвищення.
Коефіціє́нт поту́жності — безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової. Коефіцієнт потужності показує, наскільки зсувається по фазі змінний струм, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до нього напруги.
Чисельно коефіцієнт потужності дорівнює косинусу цього фазового зсуву.
Можна показати, що якщо джерело синусоїдального струму (наприклад, розетка ~220 В, 50 Гц) навантажити на навантаження, в якому струм випереджає чи відстає по фазі на деякий кут від напруги, то на внутрішньому активному опорі джерела виділяється підвищена потужність. На практиці це означає, що при роботі на навантаження з зсунутими напругою і струмом від електростанції потрібно більше енергії: надлишок переданої енергії виділяється у вигляді тепла в проводах і може бути досить значним.
Коефіцієнт потужності дорівнює відношенню споживаної електроспоживачем активної потужності до повної потужності. Активна потужність витрачається на здійснення роботи. Повнапотужність — геометрична сума активної та реактивної потужностей (у разі синусоїдальних струму і напруги). У загальному випадку повну потужність можна визначити як добуток діючих (середньоквадратичних) значень струму і напруги в колі. Повна потужність дорівнює квадратному кореню із суми квадратів активної і неактивної потужностей. В якості одиниці вимірювання повної потужності прийнято використовувати вольт-ампер (В•А) замість вата (Вт).
Згідно нерівності Коші-Буняковського, активна потужність дорівнює середньому значенню добутку струму і напруги, і завжди не перевищує добуток відповідних середньоквадратичних значень. Тому коефіцієнт потужності приймає значення від нуля до одиниці (тобто від 0 до 100%).
Коефіцієнт потужності математично можна інтерпретувати як косинус кута між векторами струму і напруги. Тому в разі синусоїдальних напруги і струму величина коефіцієнта потужності збігається з косинусом кута, на який відстають відповідні фази.
В електроенергетиці для коефіцієнта потужності прийняті позначення cos φ (де φ - зсув фаз між силою струму і напругою) або λ. Коли для позначення коефіцієнта потужності використовується λ, його величину звичайно виражають у відсотках.
При наявності реактивної складової в навантаженні крім значення коефіцієнта потужності іноді також вказують характер навантаження: активно-ємнісний або активно-індуктивний. У цьому випадку коефіцієнт потужності відповідно називають випереджаючим або відстаючим.
У разі синусоїдальної напруги, якщо навантаження не має реактивної складової, коефіцієнт потужності дорівнює частці потужності першої гармоніки струму в повній потужності, споживаної навантаженням, і рівний коефіцієнту спотворень струму.
34. Незв’язна і зв’язна трифазна система.
Кінці обмоток джерела X, Y, Z з'єднують у загальну точку N, яка називається нульовою точкою, або нейтраллю. Проводи, які з'єднують початки А, В і С обмоток джерела з приймачем (лінійні проводи), зберігають; три проводи, приєднані до кінців обмоток, замінюють одним. Завдяки цьому в приймачі також утворюється нульова точка N' (нейтраль). Нульові точки джерела енергії і приймача можуть бути зв'язані проводом, який називається нульовим, або нейтральним (рис. 20.4, а). При цьому матимемо зв'язану чотирипровідну трифазну систему електричних кіл.
Далі буде показано, що в симетричних трифазних колах можна відмовитись від нульового проводу, оскільки струм у ньому дорівнює нулю. В цьому випадку зв'язок між джерелом і приймачем, з'єднаними зіркою, можна здійснювати за трипровідною схемою (рис. 20.4, б).
Фазні напруги
Різниця потенціалів між лінійними затискачами і нейтраллю називається фазною напругою (йa, ub, Uc)-
Фазні напруги джерела — це напруги між печатками й кінцями фаз, вони відрізняються від е. р. с. на спад напруги в обмотках. Якщо опором обмоток можна знехтувати, то фазні напруги джерела дорівнюють відповідним е. р. с. У симетричній системі вони зображуються, так само як і е. р. с., трьома однаковими за значенням векторами, зсунутими за фазою на 120° (рис. 20.5, а).
У чотирипровідному і симетричному трипровідному колах фазні напруги в приймачі менші, ніж у джерелі, на спад напруги у з'єднувальних проводах. Якщо опором проводів можна знехтувати, то фазні напруги в приймачі вважають такими ж, як у джерелі.
Лінійні напруги
Різниця потенціалів між кожною парою лінійних проводів називається лінійною напругою (11 ав, vbc, oca)-
Якщо прийняти потенціал нульової точки N джерела енергії таким, що дорівнює нулю, то потенціали його лінійних затискачів:
Лінійні напруги:
Перейшовши до діючих значень, запишемо вирази в комплексній формі: Потенціали лінійних затискачів (або лінійних проводів) у кожну мить відрізняються один від одного через наявність зсуву фаз між фазними напругами. Отже, лінійні напруги не дорівнюють нулю, їх можна визначити аналітичне за рівняннями (20.3) або графічно за допомогою векторної діаграми рис. 20.5.
З векторної діаграми видно, що при симетричній системі фазних напруг система лінійних напруг також симетрична: uab, obc,uca однакові за значенням і зсунуті відносно одна одної на 120°. Разом з тим при прямій послідовності фаз зірка векторів лінійних напруг випереджає на 30° зірку векторів фазних напруг.
Векторну діаграму зручно виконати топографічною, тоді кожній точці кола відповідає певна точка на діаграмі (рис. 20.5, б). Вектор, проведений між двома точками топографічної діаграми, виражає за значенням і фазою напругу між однойменними точками кола.
Діюче значення лінійних напруг легко визначити за векторною діаграмою з трикутника, утвореного векторами двох фазних і однієї лінійної напруг, наприклад ANB:
Позначивши всі фазні напруги а лінійні напруги Un, дістанемо загальне співвідношення між лінійними та фазними напругами в симетричній системі:
Фазні та лінійні струми У зв'язаній системі (див. рис. 20.4, а), так само як і в незв'язаній, кожна фаза є замкненим колом. Згідно з додатним напрямом е. р. с., в обмотках джерела додатний напрямструмів у лінійних проводах — від джерела до приймача, а в нульовому проводі — від приймача до джерела.
В трифазних колах розрізняють фазні та лінійні струми.
Струми в фазах джерела і приймача називають фазними (на рис. 20.4 ц-е іл, ів, іс', загальне позначення Іф). Струми в лінійних проводах називають лінійними (іа, ів, іс', загальне позначення гл).
35. З’єднання обмотків генератора та споживачів у зірку.
Зіркою називається таке з'єднання, коли кінці фаз обмоток генератора (G) або опорів споживача (M) з'єднуються в одну загальну точку, яка називається нейтральною точкою або нейтраллю, а початки обмоток приєднуються до лінійних проводів. Зірка позначається умовною позначкою Y. Дроти, що з'єднують початки фаз генератора і приймача, називаються лінійними. Дріт, що з'єднує дві нейтралі, називається нейтральним.
36. З’єднання обмотків генератора та споживачів у трикутник.
Трикутник таке з'єднання, коли кінець першої фази з'єднується з початком другої фази, кінець другої фази з початком третьої, а кінець третьої фази з'єднується з початком першої. До місця з'єднань фаз підключаються лінійні дроти. Нульового дроту тут немає, а початок та кінець обмоток є. В даному випадку фазна напруга дорівнює лінійній.
37. Потужність трифазного кола.
Потужність трифазного кола при з’єднанні зіркою. Активні і реактивні потужності в кожній з фаз трифазної системи можна знайти за формулами:
PA = UA IA cos φA PB = UB IB cos φB PC = UC IC cos φC
QA = UA IA sin φA QB = UB IB sin φB QC = UC IC sin φC
Загальна потужність трифазної системи (активна і реактивна) визначається сумою потужностей окремих фаз:
P = PA + PB + PC; Q = QA + QB + QC.
При симетричному навантаженні: PA = PB = PC = Pф; QA = QB = QC = Qф; φA = φB = φC = φ. Тоді:
P = 3 Pф = 3 Uф Iф cosφ
Q = 3 Qф = 3 Uф Iф sin φ
S = 3 Uф Iф
Ці формули визначають потужність трифазної системи через фазні струми і напруги.
Іноді буває зручніше вираховувати потужність через лінійні величини струмів і напруг. Враховуючи, що при з’єднанні зіркою
Іл = ІФ і Uл = √3 UФ, отримаємо
P = √3 Uл Iл cos φ
Q = √3 Uл Iл sin φ
S = √3Uл Iл
Потужність трифазного кола при з’єднанні навантажень «трикутником». В цьому випадку потужність визначається за тими же формулами, що і при з’єднані «зіркою».
Потужність окремих фаз:
PAB = UAB IAB cos φAB QAB = UAB IAB sin φAB
PBC = UBC IBC cos φBC QBC = UBC IBC sin φBC
PCA = UCA ICA cos φCA QCA = UCA ICA sin φCA
Загальна потужність трифазної системи визначається сумою потужностей окремих фаз
Р = PAB + PBC + PCA
Q = QAB + QBC + QCA
При симетричному навантаженні потужності окремих фаз рівні між собою, отже
Р = 3 Рф = 3 Uф Iф cos φ; Q = 3 Qф = 3 Uф Iф sin φ ; S = 3 Uф Iф
Враховуючи, що при з’єднанні «трикутником» Uл = Uф і , можна отримати вирази потужностей через величини лінійних струму і напруги:
Р = √3Uл Iл cos φ
Q =√3Uл Iл sin φ
38. Аварії в трифазних мережах.
=( 39.Вибір схем з’єднань та отримання освітлювального та силового навантажень.
=( 40. Необхідність використання трансформаторів.
Трансформа́тор — пристрій для перетворення параметрів (амплітуд і фаз) напруг і струмів[1]
Трансформатор (від лат. Transformo — перетворювати) — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогоюелектромагнітної індукції однієї або кількох систем (напруг) змінного струму в одну або декілька інших систем (напруг) змінного струму без зміни частоти системи (напруги) змінного струму[2].
Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. Передача електроенергії відбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму. Тому, зазвичай лінії електропередач є високовольтними. Водночас побутові й промислові машини вимагають великої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну. Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.
Коефіцієнт корисної дії сучасних трансформаторів, особливо підвищеної потужності, вельми високий і досягає значень 0,95…0996.
40Трансформа́тор — пристрій для перетворення параметрів (амплітуд і фаз) напруг і струмів[1]
Трансформатор (від лат. Transformo — перетворювати) — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогоюелектромагнітної індукції однієї або кількох систем (напруг) змінного струму в одну або декілька інших систем (напруг) змінного струму без зміни частоти системи (напруги) змінного струму[2].
Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. Передача електроенергії відбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму. Тому, зазвичай лінії електропередач є високовольтними. Водночас побутові й промислові машини вимагають великої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну. Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.
Коефіцієнт корисної дії сучасних трансформаторів, особливо підвищеної потужності, вельми високий і досягає значень 0,95…0996.
41. Призначення трансформаторів та їх класифікація.
Трансформатором називається статичний електромагнітний апарат, який перетворює змінний струм одної напруги в змінний струм іншої напруги тої ж частоти.
Одною з важливих функцій трансформатора є його здатність перетворювати напругу, що створюють електричні генератори, в значно вищу напругу ліній електропередач. Це дає можливість передавати великі електричні потужності на далекі відстані без великих втрат, тобто реалізовувати плани великих енергосистем. Оскільки електрична потужність є добутком напруги та струму, при тій самій потужності енергію можна передавати з великою напругою, але з меншим струмом. Це забезпечує значний економічний ефект завдяки економії провідникового матеріалу, тому що при меншому струмі переріз кабелів і ліній електропередач можна взяти меншим. Без цього ефективно розвивати електроенергетику країни було б неможливо.
Не менш важливою функцією трансформатора є можливість дістати у виробництві та побуті різні значення напруги, хоча до трансформаторної підстанції й підводиться одна напруга (6, 10, 35 або 110 кВ).
Трансформатори можна класифікувати так.
За кількістю фаз (однофазні — для трансформації однофазного струму та трифазні — для трансформації трифазного струму).
За способом охолодження (сухі, коли охолодження їх здійснюється повітрям навколишнього середовища, й масляні, в яких магнітопровід з обмотками занурюється в бак з трансформаторним маслом, яке відбирає від них теплоту).
За вторинною напругою (підвищувальні, коли вторинна напруга вища за первинну, й знижувальні, коли вторинна напруга нижча за первинну).
За кількістю обмоток (двохобмоткові, що мають по одній первинній та вторинній обмоток, а також багатообмоткові, що мають одну первинну і кілька вторинних обмоток). Велике поширення у великострумовій електротехніці дістали трьохобмоткові трансформатори (наприклад, з первинною напругою 110кВ і двома вторинними — 35 та 10 кВ).
За призначенням (силові та вимірювальні). До перших належать ті трансформатори, які живлять споживача незалежно від його навантаження, а до других — ті, що живлять електровимірювальні прилади чи кола релейного захисту й керування. 42. Будова однофазного трансформатора
; , (8.1)
де w1 – кількість витків первинної обмотки;w2 – кількість витків вторинної обмотки.
При підключенні навантаження у вторинній обмотці буде протікати змінний струм i2 , а на її затисках встановлюється змінна напруга u2.
З виразів (8.1) випливає, що в будь-який момент часу відношення е.р.с., які наводяться в обмотках, дорівнює відношенню кількостей витків цих обмоток:
, (8.2)
де kт – коефіцієнт трансформації трансформатора.
Вираз (8.2) справедливий не тільки для миттєвих значень, але і для амплітудних та діючих значень. Тому коефіцієнт трансформації трансформатора можна визначити приблизно дослідним шляхом: підключити до затисків обмоток трансформатора вольтметри та розділити показання вольтметра в первинній обмотці на показання вольтметра у вторинній обмотці. 44.Рівняння трансформаторних Е.Р.С.
45. Саморегулювання трансформатора.
46.Зварювальний трансформатор.
Зварювальний трансформатор призначений для електродугового зварювання і являє собою понижуючий трансформатор, який перетворює електроенергію змінного струму напругою 220 В або 380 В у електроенергію змінного струму напругою від 65 В до 70 В, яка необхідна для стійкого горіння електричної дуги. Зварювальний трансформатор працює в режимі, близькому до короткого замикання, тому що опір електричної дуги незначний. Тому у вторинне коло трансформатора послідовно включають індукційний регулятор струму (дросель), який має великий індуктивний опір. Він складається з розсувного магнітопроводу та обмотки, яка може розміщуватися на одному або на двох стрижнях (у цьому випадку частини обмотки з'єднують послідовно). Регулювання опору здійснюється зміною повітряного зазору між рухливою і нерухомою частинами магнітопроводу (рис.8.8).
Рис.8.8
w1
i1
u1
Ф
w2
i2
u2
е1
е2
Фl
wl
Якщо на затиски первинного кола подана змінна напруга u1, а електрод не торкається деталі, то трансформатор працює в режимі холостого ходу (тобто на затисках вторинного кола напруга дорівнює 65 В – 70 В). При замиканні вторинного кола (шляхом дотику електрода до деталі) відбувається запалювання електричної дуги і трансформатор починає працювати в режимі навантаження. Сутність зварювання полягає в тому, що металевий електрод під дією електричної дуги плавиться та утворює зварений шов. Для безпечного обслуговування трансформатора його вторинне коло заземлюється.
Залежність напруги на затисках вторинного кола від сили струму в ній називають зовнішньою характеристикою трансформатора. Сімейство зовнішніх характеристик зварювального трансформатора при зміні індуктивного опору дроселя показані на рис.8.9. Якщо в силового трансформатора зміна напруги на затисках вторинного кола незначна при зміні сили струму в колі (складає 5 – 10 %), то у зварювального трансформатора зовнішня характеристика носить крутопадаючий характер (тобто напруга на затисках вторинного кола різко змінюється при зміні сили струму в колі).
В
U2
I2
А
b1
b2
Uд
U2х
Рис.8.9
2
1
0
Кожному значенню повітряного зазору в магнітопроводі індукційного регулятора струму відповідає певна зовнішня характеристика. Мінімальному зазору відповідає найменший струм (крива 1), а максимальному зазору – найбільший струм (крива 2). На перетинанні зовнішніх характеристик зварювального трансформатора з напругою електричної дуги (Uд) знаходяться точки горіння дуги (b1, b2). Привод рухливої частини магнітопроводу дроселя має покажчик, який дозволяє встановити силу зварювального струму. 47.Зовнішня характеристика трансформатора.
Зовнішня характеристика трансформатора – це залежність напруги на споживачеві від величини струму навантаження при U1 = U1H = const 48. Процентна зміна напруги трансформатор. 49. Трифазний трансформатора.
Трифазний трансформатор. Якщо три однофазних трансформатори з'єднати в один тристрижневий, то матимемо трифазний трансформатор (рис.5.6).
На стрижнях розташовані первинна і вторинна обмотки окремих фаз. Затискачі обмоток вищої напруги позначаються великими літерами: А, В, С - початки обмоток, Х, Y, Z - кінці. Затискачі обмоток нижчої напруги позначені малими літерами: a, b, c - початки обмоток, x, y, z - кінці. Затискач нульової точки позначений знаком 0. Обмотки трифазного трансформатора з'єднують "зіркою" і "трикутником". В умовних позначеннях схем трифазних трансформаторів за позначенням ставлять цифри 12 або 11. Ці цифри позначають кут зсуву вторинної лінійної напруги відносно первинної лінійної напруги, що необхідно знати при вмиканні трансформаторів у паралельну роботу.
Коефіцієнт трансформації трифазного трансформатора при однакових з'єднаннях обмоток (Y/Y або /) визначається відношенням лінійних напруг, а при різних (/Y або Y/) - як відношення фазних напруг.
|
|
50. Заводська табличка трансформатора.
51.Автотрансформатор.
Автотрансформатор складається з магнітопроводу, на якому розміщена одна фазна обмотка, яка має w1 витків. Первинне і вторинне кола трансформатора електрично зв'язані між собою (у трансформаторах, розглянутих раніше, такий зв'язок був відсутній). Первинне коло підключається до всієї обмотки, а вторинне коло – тільки до частини обмотки (з кількістю витків w2). Розглянемо принцип дії автотрансформатора на його конструктивній схемі (рис.8.6).
i1
i2
w1
u1
w2
u2
Рис.8.6
До первинного кола трансформатора підводиться змінна напруга u1, причому на один виток обмотки приходиться напруга u1/w1. Тоді напруга, яка знімається з затисків вторинного кола трансформатора, буде дорівнювати:
. (8.11)
Перетворивши вираз (8.11), знаходимо коефіцієнт трансформації автотрансформатора:
, (8.12)
де U1н – номінальна напруга первинного кола, В;
U2н – номінальна напруга вторинного кола, В.
Рис.8.7
М
А
В
С
Т
Автотрансформатори випускають однофазні та трифазні, підвищуючі та понижуючі. Коефіцієнт трансформації автотрансформаторів знаходиться в межах від 0,5 до 2, при іншому коефіцієнті трансформації автотрансформатор не має переваги в порівнянні із силовим трансформатором. Автотрансформатори використовуються для зниження напруги на затисках електродвигуна при пуску, для східчастого регулювання напруги електричних печей, у лабораторній практиці та для інших цілей. Принципова електрична схема підключення електродвигуна до живильної мережі через автотрансформатор показана на рис.8.7. 52. Вимірювальні трансформатори напруги та струми.
Вимірювальний трансформатор напруги призначений для розширення меж вимірювання вольтметрів, ватметрів та інших вимірювальних приладів, а також для включення у високовольтних мережах пристроїв захисту та автоматики. Побудова цього трансформатора не відрізняється від побудови силового трансформатора. Вимірювальні трансформатори напруги виконуються як в однофазному, так і в трифазному виконанні. Принцип дії вимірювального трансформатора напруги аналогічний силовому трансформатору. Напруга на затисках вторинної обмотки, як правило, становить 100 В.
Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора напруги дорівнює:
, (8.9)
трансформатор напруга обмотка трифазний
де U1н – номінальна напруга первинної обмотки, В;
U2н – номінальна напруга вторинної обмотки, В.
Показання вимірювальних приладів, включених у вторинне коло трансформатора, необхідно множити на коефіцієнт трансформації. При підключенні цих приладів треба враховувати, що їх сумарна потужність не повинна перевищувати номінальної потужності трансформатора. У протилежному випадку виникають похибки вимірів за рахунок збільшення спадання напруги у вторинній обмотці трансформатора і зміни фази напруги, тому вимірювальні трансформатори напруги мають похибку за напругою і кутову похибку. Номінальні потужності вимірювальних трансформаторів напруги – від 200 ВА до 2000 ВА.
Для безпечного обслуговування вторинна обмотка і корпус вимірювального трансформатора напруги заземлюються, щоб охоронити персонал при пробої ізоляції первинної обмотки (обмотки високої напруги).
FU2
РV
ТV
А
В
Рис.8.4
FU11
Вимірювальні трансформатори напруги підключаються до високовольтної мережі через запобіжники.
Принципова електрична схема включення вольтметра у високовольтну мережу за допомогою вимірювального трансформатора напруги показана на рис.8.4.Вимірювальний трансформатор струму призначений для розширення меж вимірювання амперметрів, ватметрів та інших вимірювальних приладів, а також для включення у високовольтних мережах пристроїв захисту та автоматики. Трансформатор складається з магнітопроводу, первинної і вторинної обмоток. Кількість витків первинної обмотки набагато менше, ніж кількість витків вторинної обмотки. Первинна обмотка виконується на струми від 5 А до 15 кА, а вторинна обмотка – на струм 5 А, тобто у вторинній обмотці завжди протікає струм силою 5 А. Первинна обмотка трансформатора включається послідовно в коло, у якому протікає вимірюваний струм, а вторинна обмотка замикається через вимірювальні прилади. Отже, трансформатор працює фактично в режимі короткого замикання, тому що струмові обмотки вимірювальних приладів мають незначні опори.
Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму дорівнює:
,
де I1н – номінальний струм первинної обмотки, А;
I2н – номінальний струм вторинної обмотки, А.
Показання вимірювальних приладів, включених у вторинне коло трансформатора, необхідно множити на коефіцієнт трансформації.
Магнітопровід трансформатора розрахований на незначний магнітний потік, тому велике збільшення потоку приведе до перегріву магнітопроводу і виходу його з ладу. При холостому ході трансформатора (тобто при розмиканні вторинної обмотки) магнітопровід буде неприпустимо перегріватися. Крім того, збільшений (у порівнянні з номінальним) магнітний потік буде наводити у вторинній обмотці трансформатора е.р.с., яка дорівнює 500 В – 1000 В. Отже, режим холостого ходу є для вимірювального трансформатора струму аварійним. Тому вторинна обмотка повинна бути замкнена накоротко при протіканні електричного струму в первинній обмотці. Для захисту персоналу корпус і вторинна обмотка трансформатора заземлюються.
РA
Л1
Л2
В1
В2
А
Рис.8.5
ТА
Принципова електрична схема включення амперметра у високовольтну мережу за допомогою вимірювального трансформатора струму показана на рис.8.5. Позначення на принциповій електричній схемі: затиски первинної обмотки Л1 – Л2, затиски вторинної обмотки: В1 – В2.
53. Потужність трансформатора.
Основними характеристиками, що визначають технічний рівень силових трансформаторів, є втрати електроенергії (холостого ходу та короткого замикання), матеріалоємність (витрата електротехнічної та конструкційної сталі, обмотувального проводу, електроізоляційних матеріалів, трансформаторного масла та ін.), якість виготовлення, надійність та зручність обслуговування в експлуатації.
Принцип дії трансформаторів (аналогічно електричним машинам) заснований на явищі електромагнітної індукції.
При холостому ході, коли виводи вторинної обмотки розімкнені, в первинній обмотці протікає струм холостого ходу з діючим значенням . Повна потужність для однофазного трансформатора . Її реактивна складова витрачається на перемагнічування сталі магнітопровода, а активна складова покриває втрати при холостому ході трансформатора: . Втрати в сталі . Коефіцієнт потужності при холостому ході трансформатора . Струм холостого ходу зазвичай в каталогах вказується у відсотках до номінального струму і позначається . ККД і втрати в трансформаторі
Потужність, що отримується навантаженням трансформатора менше ніж потужність, що споживається на вході первинної обмотки внаслідок наявності втрат. Втрати в трансформаторі в процесі перетворення енергії поділяються на втрати в обмотках та втрати в сталі .
Втрати в обмотках трансформатора пропорційні квадрату струму (навантаженню) (або втрат короткого замикання, що представляють собою втрати в міді обмоток, а також додаткових втрат в стінках бака та інших металічних частинах, викликаних потоком розсіювання).
Втрати в сталі пропорційні квадрату наведеної ЕРС (втрати холостого ходу, що виникають внаслідок перемагнічування активної сталі сердечника і навантажувальних втрат). При навантаженнях не вище номінального наведена ЕРС майже рівна напрузі на виводах первинної обмотки (за виключенням падіння напруги на декілька відсотків в первинному колі трансформатора). З чого слідує, що у випадку незмінної первинної напруги втрати в сталі трансформатора можна прийняти незалежними від навантаження.
Загалом, біля 50 % втрат в сталі складають втрати на вихорові струми і 50 % - на гістерезис, тому виробники намагаються зменшити товщину листів. Можливо покращити це значення завдяки використанню новітніх технологій виготовлення трансформаторів. Останні розробки з аморфною сталлю дозволяє скоротити втрати трансформатори до 60%. Трансформатори, виготовлені з аморфної сталі, за своєю конструкцією мають набагато важчі сердечники, і тому більші за розміром, ніж традиційні трансформатори. Економія досягається за рахунок зменшення втрат, що виникають при намагнічуванні залізного сердечника трансформатора.
На відміну від втрат холостого ходу зниження навантажувальних втрат не супроводжувалось істотним покращенням матеріалу. Головним способом зниження навантажувальних втрат було зменшення густини струму в проводі через збільшення площі його поперечного розрізу. Проте, це мало два негативних наслідки: по перше – збільшення розмірів сердечника, по друге – збільшення втрат від вихрових струмів. 54.Потужність, втрата потужність…
Основними характеристиками, що визначають технічний рівень силових трансформаторів, є втрати електроенергії (холостого ходу та короткого замикання), матеріалоємність (витрата електротехнічної та конструкційної сталі, обмотувального проводу, електроізоляційних матеріалів, трансформаторного масла та ін.), якість виготовлення, надійність та зручність обслуговування в експлуатації.
Принцип дії трансформаторів (аналогічно електричним машинам) заснований на явищі електромагнітної індукції.
При холостому ході, коли виводи вторинної обмотки розімкнені, в первинній обмотці протікає струм холостого ходу з діючим значенням . Повна потужність для однофазного трансформатора . Її реактивна складова витрачається на перемагнічування сталі магнітопровода, а активна складова покриває втрати при холостому ході трансформатора: . Втрати в сталі . Коефіцієнт потужності при холостому ході трансформатора . Струм холостого ходу зазвичай в каталогах вказується у відсотках до номінального струму і позначається .
ККД і втрати в трансформаторі
Потужність, що отримується навантаженням трансформатора менше ніж потужність, що споживається на вході первинної обмотки внаслідок наявності втрат. Втрати в трансформаторі в процесі перетворення енергії поділяються на втрати в обмотках та втрати в сталі .
Втрати в обмотках трансформатора пропорційні квадрату струму (навантаженню) (або втрат короткого замикання, що представляють собою втрати в міді обмоток, а також додаткових втрат в стінках бака та інших металічних частинах, викликаних потоком розсіювання).
Втрати в сталі пропорційні квадрату наведеної ЕРС (втрати холостого ходу, що виникають внаслідок перемагнічування активної сталі сердечника і навантажувальних втрат). При навантаженнях не вище номінального наведена ЕРС майже рівна напрузі на виводах первинної обмотки (за виключенням падіння напруги на декілька відсотків в первинному колі трансформатора). З чого слідує, що у випадку незмінної первинної напруги втрати в сталі трансформатора можна прийняти незалежними від навантаження.
Загалом, біля 50 % втрат в сталі складають втрати на вихорові струми і 50 % - на гістерезис, тому виробники намагаються зменшити товщину листів. Можливо покращити це значення завдяки використанню новітніх технологій виготовлення трансформаторів. Останні розробки з аморфною сталлю дозволяє скоротити втрати трансформатори до 60%. Трансформатори, виготовлені з аморфної сталі, за своєю конструкцією мають набагато важчі сердечники, і тому більші за розміром, ніж традиційні трансформатори. Економія досягається за рахунок зменшення втрат, що виникають при намагнічуванні залізного сердечника трансформатора.
На відміну від втрат холостого ходу зниження навантажувальних втрат не супроводжувалось істотним покращенням матеріалу. Головним способом зниження навантажувальних втрат було зменшення густини струму в проводі через збільшення площі його поперечного розрізу. Проте, це мало два негативних наслідки: по перше – збільшення розмірів сердечника, по друге – збільшення втрат від вихрових струмів. 55. Електричний генератор та електричний двигун. Визначння.
Електричний генератор - пристрій, призначений для перетворення енергії механічного руху в енергію електричного струму, здебільшого використовуючи принцип електромагнітної індукції. Електричний генератор є електричною машиною з функцією, протилежною функції електродвигуна. Роль джерела механічної енергії для генератора можуть виконувати парова машина чи парова турбіна, потік води, що обертає колесо, вітер, двигун внутрішнього згорання або навіть сила людини. Генератори поділяються на генератори змінного струму й генератори постійного струму. Електричний генератор складається з двох частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Одна з цих частин, індуктор, використовується для створення магнітного поля, на іншій, якорі, змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти, або електромагніти. Згенерований великий струм зручніше знімати з нерухомої обмотки, тому в генераторах змінного струму магніти змонтовані здебільшого на роторах.
Електродвигу́н, Електромото́р — двигун, що перетворює електричну енергію в механічну. Електродвигуни — основний вид двигунів у промисловості, на транспорті і в побуті.
Електродвигун складається із обертової частини (ротора). Розрізняють електродвигуни постійного та змінного струму. Останні поділяють на синхронні та асинхронні. Асинхронні електродвигуни в свою чергу поділяються на асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором (так звана біляча клітка) та фазним ротором, а за функціональним призначенням на загальнопромислові, кранові, вибухобезпечні, ліфтові, екскаваторні. Потужність електродвигуна
Теплова потужність електродвигуна (— найбільша корисна потужність, яку електродвигун здатний віддавати, при обумовленому режимі роботи, без перегріву обмотки вище норми, що допускається класом нагрівостійкості електроізоляції. Розрізняють такі номінальні режими роботи: тривалий S1, короткочасний S2, повторно-короткочасний S3 і повторно-короткочасний з частими пусками S4. Для багатьох видів гірничого обладнання застосовують асинхронні електродвигуни з короткозамкнутим ротором, які функціонують у режимах, близьких до S1 і S4.
Номінальний тривалий режим S1 — це режим, при якому тривалість роботи двигуна, при незмінному зовнішньому навантаженні, достатня для досягнення температурою нагріву ізоляції обмотки статора сталого значення.
Номінальний повторно-короткочасний режим з частими пусками — це режим, коли короткочасні робочі включення, чергуються з періодами відключення електродвигуна. При цьому, періоди навантаження двигуна зовнішнім навантаженням і його відключення недостатньо тривалі, щоб температура могла досягнути, як сталого значення, так і температури навколишнього середовища.
56. Будова трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
Трифазний асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором широко використовується в промисловості завдяки простоті конструкції, надійності і простоті в експлуатації, високому ККД і невисокої вартості. Він служить для перетворення електричної енергії трифазного змінного струму в механічну, що знімається з вала двигуна і використовується для приводу в рух різних виконавчих механізмів. Електродвигун з фазним ротором (з контактними кільцями) застосовується в текстильних виконавчих механізмах, де потрібні плавні пуск і регулювання швидкості, наприклад для приводу друкарських машин, каландри сушильних барабанів, у харчовій промисловості - на цукрових заводах у приводах центрифуг, у деяких прокатних станах, особливо коли вони постачені маховиком, у приводах з вентиляційним моментом, у кранових пристроях, у підйомниках різного виду.
Однак у порівнянні з короткозамкненим, вартість фазного двигуна вище, будова його складніша, він має менший ККД і cos φ. Тому в сучасній практиці помітна тенденція відмови від двигунів з фазними роторами. Їх застосовують у тих випадках, коли короткозамкнені не проходять по нагріванню, не дають необхідних характеристик або не можуть бути встановлені за умовами роботи трифазної мережі.
Трифазний асинхронний електродвигун складається з двох основних частин: нерухомої - статор - і обертової - ротор. Статор і ротор розділені повітряним зазором.Статор (Рис. 4.1) складається з наступних основних деталей:
корпуса (станини) із клеймом коробкою, римболтом, лапами (або фланцем) і табличкою паспортних даних сердечника, що запресовується всередину корпусу, збирається з окремих тонких ізольованих аркушів електротехнічної сталі (Рис. 4.3), з висічками по внутрішній поверхні, що у зібраному сердечнику утворять подовжні канавки - пази;
обмотки з трьох фазних котушок, осі яких зміщені одна відносно одної на 120°. Кожна фазна котушка (скорочено фаза) складається із секцій (Рис. 4.4). Виводи кожної фази зосереджуються в клемній коробці (6 виводів). Початок кожної фази прийнято позначати CI, С2, СЗ, а їхні кінці відповідно С4, С5, С6. Між собою фази можуть бути з'єднані за схемою "зірка" або ''трикутник". Конкретний вид з'єднання обмотки статора залежить від системи напруги мережі та від напруги, на яку розрахована фаза обмотки. , Напругу фази визначаємо за табличкою двигуна. Наприклад, у табличці двигуна є наступний запис: Δ/Y -220/380. Це означає, що фаза обмотки статора розрахована на 220 В. Тому для підключення такого двигуна в мережу 380/220 В обмотку статора варто з'єднувати "зіркою", а при підключенні в мережу 220/127 В – "трикутником”;
до статора двигуна відносять також і два підшипникових щити (кришки), що закривають його з обох сторін. У кришках маються підшипники, у які вставляються кінці вала ротора. Для двигуна з фазним ротором на одній із кришок кріпиться щітковий механізм із трьома мідно-графітними щіткамРотор трифазного асинхронного двигуна буває двох видів з короткозамкненою (Рис.4.5) і фазною обмоткою (Рис. 4.6) і складається з наступних деталей:вала, кінці якого закріплені в підшипниках кришок;
сердечника, виконаного так само, як сердечник статора, але пази розташовані по зовнішній поверхні
обмотки, що може бути короткозамкненою і фазною. 57. Принцип роботи трифазного асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором.
Принцип дії трифазного асинхронного електродвигуна заснований на взаємодії обертового магнітного поля статора зі струмами, що наводяться цим полем в обмотці ротора. Дійсно, якщо обмотки статора з'єднати зіркою чи трикутником і пропустити через них трифазний струм (рис. 3.4), то всередині статора виникне обертове магнітне поле, частота обертання якого, як установлено раніше, щ = 60 f /p . Це поле буде наводити в обмотці ротора ЕРС, під впливом якої в провідниках обмотки ротора виникнуть струми. Від взаємодії цих струмів з обертовим полем статора ротор починає обертатися в бік обертання поля. Однак швидкість обертання ротора n2 завжди менша від швидкості поля, тому що при n2 = n1 будуть індукуватися струми в обмотці ротора і, отже, ротор не буде обертатися. Швидкість поля щ називається синхронною, швидкість ротора п2 - асинхронною. Відставання ротора від поля статора характеризується так званим ковзанням
58.Пуск, реверсування генератора обертання трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
Схеми пуску двигунів в хід повинні передбачати створення великого пускового моменту при невеликому пусковому струмі і, отже, при невеликому падінні напруги при пуску. При цьому може бути потрібним плавний пуск, підвищений пусковий момент і т.д.
На практиці застосовуються наступні способи пуску:
безпосереднє приєднання до мережі - прямий пуск;
пониження напруги при пуску;
включення опору в ланцюг ротора в двигунах з фазним ротором.
Прямий пуск
Прямий пуск застосовується для двигунів з короткозамкненим ротором. Для цього вони проектуються так, щоб пускові струми, що протікають в обмотці статора, не створювали великих механічних зусиль в обмотках і не приводили до їх перегріву. Але при прямому пуску двигунів великої потужності в мережі можуть виникати неприпустимі, більше 15%, падіння напруги, що приводить до нестійкої роботи пускової апаратури (деренчання), підгоряння контактів і практично до неможливості пуску. Такі явища можуть бути в малопотужній мережі або при великому видаленні від підстанції двигуна, що пускається.
Прямий пуск двигуна від малопотужної мережі
У малопотужній мережі умови пуску двигуна погіршуються для самого двигуна, погіршується робота вже включених двигунів і ламп розжарювання, тому повинні бути обмеження по потужності двигуна залежно від виду навантаження мережі і кількості пусків двигуна.
59.Механічна характеристика трифазного асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором. 60.Потужність, втрати потужності та ККД при трифазному асинхронному двигуні з коротко замкнутим ротором. Його енергетична діаграма. 61.Будова та застосування однофазного асинхронного двигуна.
Однофазні асинхронні двигуни – це звичайні двигуни невеликої потужності, які широко використовуються в пристроях автоматики і різних побутових приладах. За конструкцією вони майже не відрізняються від трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Різниця полягає в тому, що на сердечнику статора однофазного двигуна укладена однофазна обмотка, яка займає 2/3 пазів сердечника. Двигуни мають робочу 1 і пускову 2 обмотки. Робоча обмотка двигуна А (див. рис. 3.16,а) складається з певного числа витків ізольованого проводу і вмикається в мережу однофазного струму. Пускова обмотка має всього один виток товстого дроту, що охоплює частину перерізу полюса. Статор і обмотка статора таких двигунів виготовляються так само, як у трифазних або однофазних двигунах, ротор же являє собою порожнистий циліндр, виготовлений з латуні, міді або алюмінію і розташований у зазорі сердечника статора. Двигун складається з корпусу 1, зовнішнього 2 і внутрішнього 3 сердечників статора, між якими розташовані порожнистий ротор 4 та обмотки статора 5, підшипникових щитів 6, вала 7 і підшипників 8. Принцип дії і характеристики подібних двигунів аналогічні принципам дії та характеристикам двигунів з короткозам- кненим ротором. Головна їхня відмінність - мала інерційність ротора, що дуже важливо в системах, які швидко реагують на сигнал, що вводиться. Перевагою зазначених двигунів є те, що вони дозволяють регулювати шляхом зміни амплітуди або фази напруги на одній з обмоток частоту обертання ротора в значному діапазоні. На рис. 3.19,а показана одна з можливих схем включення, а на рис. 3.19,б - механічні характеристики такого двигуна. Обмотка збудження ОЗ через конденсатор С підключена до мережі з напругою U1, обмотка керування ОК через потенціометр R - до мережі з напругою U2. Напруги можуть бути однаковими. Регулювання частоти обертання здійснюється зміною напруги на обмотці ОК за допомогою потенціометра.
62. Будова, принцип роботи та застосування синхронних двигунів і синхронних генераторів.
Синхронні генератори в залежності від типу обмотки статора можуть бути одно-, двох- і трифазними. Найбільше розповсюдження отримали трифазні генератори. На рис. 5.4 зображена електромагнітна схема такого генератора. Трифазна обмотка статора складається з трьох однофазних обмоток, рівномірно розподілених по статору і зсунутих в просторі на 1200 відносно один одного (рис. 5.4). Завдяки первинному двигуну, в якості якого використовуються турбіни (парові або гідравлічні), двигуни внутрішнього згорання або електродвигуни, ротор генератора приводиться в обертання з частотою n1.
Магнітне поле ротора, створене постійним струмом, підведеним на зажими И1-И2 обмотки збудження, перетинає провідники обмотки статора і наводить в її фазах ЕРС однакової величини і частоти, але зсунуті по фазі на 1200 відносно один одного. Частота наведеної ЕРС пропорційна частоті обертання ротора.
При підключенні до виводів С1, С2 і С3 обмотки статора навантаження (споживача енергії) Zн в колі генератора з’являться струми . Таким чином, синхронний генератор, споживаючи енергію первинного двигуна, віддає електричну енергію змінного струму.
ЕРС фази обмотки статора визначається виразом
Е1 = 4,44f1kw1Фw1, (5.3)
де kw1 — обмоточний коефіцієнт обмотки статора; Ф — обертовий магнітний потік ротора; w1 — число витків фази обмотки статора.
63.Будова двигуна постійного струму.
Нерухома частина машини, яка називається статором (індуктором), складається з циліндричної станини (ярма) 1, до якої болтами кріпляться головні полюси 2 і додаткові полюси 3. Для зменшення магнітних втрат (втрат потужності від вихрових струмів і на перемагнічування) головні полюси виготовляються з окремих стальних пластин. Додаткові полюси виготовляються суцільними або також набираються з пластин. На сердечниках головних полюсів розміщені котушки обмоток збудження 4, на додаткових полюсах – котушки 5 обмоток додаткових полюсів [1–4].
До ярма з обох торців болтами кріпляться підшипникові щити, в яких розташовані підшипники, що несуть вал 6 обертової частини машини, яка називається якорем. На валу закріплене осердя 7 якоря, який для зменшення магнітних втрат набирається з ізольованих одна від одної сталевих пластин. В пазах, розташованих на поверхні сердечника якоря, укладена обмотка 8. Обмотки якоря, збудження і додаткових полюсів виготовляють з мідних ізольованих проводів. Обмотка якоря складається з секцій, кінці яких приєднуються до розташованого на валу колектора 9.
Колектор – це циліндр, що складається з мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала. До колектора за допомогою пружин притискаються графітні або вуглеграфітні, або металографітні щітки 10. Вони розташовані в щіткотримачах, закріплених на траверсі.
Обмотка збудження машини живиться постійним струмом і призначена для створення основного магнітного поля, показаного на рис. 2.1 умовно за допомогою двох ліній магнітної індукції (зображені штриховою лінією).
Головні полюси закінчуються полюсними наконечниками 11, що призначені для отримання на більшій частині окружності якоря однакового повітряного зазору між сердечником якоря і головними полюсами.
Додаткові полюси призначені для зменшення іскріння під щітками.
За допомогою колектора і щіток обертова обмотка якоря з'єднується з зовнішнім електричним колом. Про інші важливі призначення колектора і щіток буде сказано далі. На рис. 2.1 показана машина постійного струму з двома головними полюсами. В залежності від потужності і напруги машини постійного струму можуть мати і більшу кількість полюсів. При цьому відповідно збільшується кількість комплектів щіток і додаткових полюсів. Кріплення машини до фундаменту або металоконструкції здійснюється за допомогою лап
64.Види двигунів постійного струму їх механічної характеристики та застосування.
Електродвигуни постійного струму використовують для регульованих приводів, наприклад, для приводів різних верстатів і механізмів. Потужності цих електродвигунів досягають сотень кіловат. У зв'язку з автоматизацією управління виробничими процесами і механізмами розширюється область застосування малопотужних двигунів постійного струму загального застосування потужністю від одиниць до сотень ват.
У залежності від схеми живлення, обмотки збудження машини постійного струму поділяються на кілька типів (з незалежним, паралельним, послідовним і змішаним збудженням).
Найважливішою характеристикою двигуна є механічна n (M). Вона показує, як залежить частота обертання двигуна від развиваемого моменту. Якщо до обмоток двигуна підведені номінальні напруги і відсутні додаткові резистори в його ланцюгах, то двигун має механічну характеристику, звану природною. На природній характеристиці знаходиться точка, відповідна номінальним даними двигуна (М н, Р я і т.д.). Якщо ж напруга на обмотці якоря менше номінального, або I в <I вн, то двигун буде мати різні штучні механічні характеристики. На цих характеристиках двигун працює при пуску, гальмуванні, реверсі і регулювання частоти обертання. 65. Колекторний двигун змінного струму 66.Електроприводи:види, значення, схема.
Електропри́від — це електромеханічна система для приведення в рух виконавчих механізмів робочих машин і керування цим рухом в цілях здійснення технологічного процесу.
Сучасний електропривід — це сукупність електромашин, апаратів і систем керування ними. Він є основним споживачем електричної енергії (до 60 %) і головним джерелом механічної енергії в промисловості.
Найефективнішим способом економії енергії на всіх виробництвах, де потрібне регулювання продуктивності механізмів на базі електродвигунів змінного струму є застосування регульованого електроприводу змінного струму. Впровадження такого електроприводу на механізмах з квадратичною навантаженням (насосів, вентиляторів, повітродувок) дозволяє відмовитися від дроселювання і досягти економії електроенергії в 30-70 %.
Види електроприводів
67.Режими роботи електродвигунів.
При тривалому режимі період роботи електродвигуна настільки великий, що температура його нагрівання досягає усталеного значення. Так працюють електродвигуни вентиляторів, насосів, зерноочисних машин тощо. При вимкненні двигуна з мережі його температура поступово знизиться до температури навколишнього середовища.
Короткочасний режим роботи електродвигуна характеризується чергуванням періодів роботи з паузами. Причому тривалість робочого періоду /р така мала, що двигун не встигає нагрітись до усталеної температури, а тривалість паузи іп дозволяє охолоджуватися до температури навколишнього, середовища. У короткочасному ре-'жимі працюють двигуни приводів для піднімання щитів на зрошувальних каналах, повороту лотків в інкубаторах, транспортерів для роздавання кормів та інші.
Робота двигунів характеризується тривалістю вмикання, яка вказується на паспорті: 10, 30, 60 і 90 хв.
При повторно-короткочасному режимі період роботи двигуна чергується з паузами. Але тривалість одного робочого періоду разом з паузою не перевищує 10 хв. За такий короткий час температура двигуна не досягає усталеного значення, а за період паузи не встигає знижуватись до температури навколишнього середовища.
У такому режимі працюють двигуни приводів кранів, підйомників тощо.
Повторно-короткочасний режим роботи характеризується відносною тривалістю вмикання ПВ у процентах, яку визначають за формулою 68. Електрична апаратура.
Класифікація електричних апаратів може проводитись по-різному. Це зв’язано з різноманітністю апаратів та функцій, які вони виконують, із суміщенням в одному апараті декількох функцій. По одній ознаці їх класифікувати дуже важко, бо ознак по яких можна розділяти або об’єднати апарати є багато: габарити, призначення, допустимі струми і напруги, температурні режими експлуатації, кліматичні умови та багато інших. Найбільш прийнятною є класифікація електричних апаратів по призначенню, що передбачає їх поділ на наступні великі групи:
1) комутаційні апарати – призначені для вмикання, вимикання та перемикання електричних кіл. Це рубильники, пакетні вимикачі, вимикачі навантаження, автоматичні вимикачі, перемикачі, роз’єднувачі.
2) захисні – для захисту електричних кіл від короткого замикання (запобіжники високої та низької напруги);
3) обмежуючі – для обмеження струмів короткого замикання (реактори) і перенапруги (розрядники);
4) пускорегулюючі – для пуску, регулювання частоти обертання, струму, напруги електричних машин та інших споживачів електроенергії (контактори, пускачі, силові і командні контролери, реостати);
5) контролюючі – це апарати для контролю заданих електричних і неелектричних параметрів ( реле, датчики);
6) електричні апарати для вимірювань шляхом ізолювання первинних кіл від вторинних (трансформатори струму і напруги);
7) регулюючі електричні апарати – для автоматичного неперервного регулювання заданого параметра електричної сітки або автоматичного підтримування неперервної стабілізації.
Умови підбору:
-за напругою
-за струмом
-за способом монтажу(відкриті закриті)
-за станом оточуючого середовища.
69. Комутаційна апаратура.
Види комутаційних електричних апаратів
Основними електричними комутаційними апаратами є:
Вимикач
Вимикач навантаження
Віддільника
Короткозамикач
Роз'єднувач
Автоматичний вимикач
Пускач магнітний
Пристрій захисного відключення
Диференціальний автомат
Контактор
Реле
Рубильник
Пакетний вимикач
Запобіжник
70.Релейно-колекторне керування.
Захисна апаратура призначена для підключення перетворювача до мережі живлення, аварійного відключення його від мережі, відключення окремих вузлів силової схеми один від одного і від накопичувачів енергії, розряду енергії накопичувачів.
Для підключення силової схеми і системи керування перетворювача до мережі використовують автоматичні вимикачі з тепловим і електромагнітним розчеплювачами, які здійснюють захист різних ділянок схеми від струмів перевантаження і короткого замикання. Крім того, силовий автоматичний вимикач забезпечений незалежним розчеплювачем, що спрацьовує за сигналом системи захисту, для запобігання розвитку аварійних процесів.
Для оперативного управління режимами роботи перетворювача і електроприводу можуть бути використані перемикачі ПКУ, тумблери, що впливають на ланцюги системи керування.
До апаратури захисту відноситься розрядний тиристор, включений паралельно конденсатору фільтра.
71. Релейно-контакторне керування з трифазним а.д. за допомогою магнітного пускача.
Розглянемо схему керування пуском трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором за допомогою нереверсивного контакту Л (рис.3.3.2). При натисканні кнопки “Пуск” замикається ланцюг живлення обмотки контакту Л, що спрацьовує і своїми силовими контактами Л підключає до мережі обмотку статора двигуна М. Одночасно замикаються контакти 3-5 цього контакту, шунтуючи кнопку “Пуск”, чим забезпечується живлення обмотки контакту Л незалежно від стану цієї кнопки.
Двигун відключається натисканням кнопки “Стоп”. При цьому розмикається ланцюг живлення обмотки контакту Л, що призводить до розмикання всіх його силових контактів Л, що відключають обмотку статора двигуна від мережі, і контактів Л, що шунтують кнопку“Пуск”. При відпусканні кнопки “Стоп” ланцюг обмотки контакту залишається розімкнутий
Рис.3.3.2. Схема керування пуском трифазного асинхронного двигуна
У розглянутій схемі керування застосований захист двигуна від перевантажень за допомогою теплових реле Т1 і Т2. Теплове реле складається з нагрівального елементу, включеного послідовно з силовим контактом Л, біметалічної пластини і розмикаючих контактів, включених послідовно в ланцюг живлення обмотки лінійного контактора Л. Якщо двигун перенавантажений і споживаний ним струм перевищує допустиме значення, то теплота, яка виділяється нагрівальним елементом викликає такий вигин біметалічної пластини, при якій розмикаються контакти реле в ланцюзі живлення обмотки лінійного контакту Л і двигун відключається від мережі.
На рис.3.3.3 показана схема керування трифазним асинхронним двигуном у функції часу. При натисканні на кнопку “Пуск” замикається ланцюг живлення обмотки лінійного контактору Л, що спрацьовує і своїми силовими контактами Л підключає двигун М до джерела змінного струму й обмотку реле динамічного гальмування РДГ до джерела постійного струму. При включенні контакту Л розмикаються його контакти 1-9 у ланцюзі контакту гальмування Г і замикаються контакти 3-5, шунтуючи кнопку “Пуск”. При спрацьовуванні реле РДГ замикаються контакти 9-11 у ланцюзі контакту гальмування Г, але цей контакт не спрацьовує, тому що ланцюг його обмотки залишається розімкнутий контактами 1-9.
Для зупинки двигуна натискають кнопку “Стоп”. При цьому припиняється живлення обмотки контакту Л і двигун відключається від мережі. Одночасно замикаються контакти 1-9 у ланцюзі контакту Г, що спрацьовує і своїми контактами Г підключає обмотку статора двигуна до джерела постійного струму, що і призводить до динамічного гальмування двигуна. Одночасно розмикаються контакти 5-7, що виключає випадкове включення контакту Л. Резистор rт призначений для обмеження постійного струму в обмотці статора. Проте протікання струму в обмотці статора недовготривале, тому що при відключенні контакту Л розмикаються його контакти в ланцюзі живлення обмотки реле РДГ, що веде до розмикання з деякою тимчасовою затримкою контактів РДГ (9-II) у ланцюзі живлення обмотки контакту гальмування Г. У результаті обмотка статора двигуна відключається від мережі постійного струму через якийсь час після відключення двигуна від трифазної мережі. Витримка часу на розмикання контактів реле РДГ встановлюється дослідним шляхом, з врахуванням часу, необхідного на гальмування двигуна.
Рис.3.3.3. Схема нереверсивного управління трифазним асинхронним двигуном з динамічним гальмуванням
72. Економія електроенергії.
1. промисловість і сільське господарство.
2. житлово-комунальний сектор.
По першій категорії вирішальне значення для раціонального використання електроенергії має правильне нормування і систематичний контроль за її витратою.
В промисловості і в сільському господарстві витрата енергії залежить від деяких змінних факторів, тому норми її повинні бути диференційовані і максимально враховувати особливості технології, рівень електромеханізації, зональні особливості. В зв'язку з тим, що рівень електромеханізації постійно підвищується, норми витрати електроенергії потрібно періодично переглядати, враховуючи фактичне електроспоживання і перспективи електрифікації.
Раціональне використання електроенергії важко організувати без ретельного обліку її витрати, який ще недостатній. Періодична реєстрація показів лічильників на об'єктах дає змогу правильно вжити заходів по усуненню нераціональних втрат електроенергії.
Але тільки обліком і нормуванням відпуску електроенергії неможливо суттєво зменшити споживання.
Потрібно звернути увагу на споживачів електроенергії.
Так з усіх видів приймачів найбільш поширеним є асинхронний електродвигун для приводу різних механізмів. Як показали дослідження, частка електроенергії, яку споживають електродвигуни, становить близько 73%. Тому поліпшення використання асинхронних електродвигунів і режимів їх роботи може дати значну економію електроенергії. Показниками ефективності їх використання є ступінь завантаження і трудомісткість роботи. Відомо, що асинхронні електродвигуни мають найвищі коефіцієнти ККД та потужності при завантаженні на 70-90% від номінальної потужності. Під час роботи з таким навантаженням вони витрачають найменшу кількість електроенергії на виробництво одиниці продукції.
Разом з тим небагато машин забезпечують таке постійне завантаження електродвигунів. У результаті цього і невеликої тривалості роботи протягом року, більшість електродвигунів мають коефіцієнт використання активної потужності від 0,11 до 0,14, тобто використовуються тільки на 20%.
Щоб підвищити економність використання електродвигуна треба дотримуватись таких вимог:
• якщо двигун працює не більше 700 годин на рік, завантаження його повинно бути близько до номінального;
• при тривалості роботи більше 2000 годин на рік, завантаження повинно ути близько 70% від номінального.
Для зменшення невиробничих втрат електроенергії не можна, щоб двигун працював довгий час на холостому ходу. Так як при цьому він споживає з мережі до 30% номінальної потужності. Якщо з'єднати його з вхолосту працюючим агрегатом, то споживана потужність збільшиться до 50-70%.'
Найбільш економічний режим використання двигунів досягається за рахунок автоматизації керування і завантаження машин. Тоді робота двигуна на холостому ходу практично виключена.
Застосування електроенергії в теплових процесах порівняно з іншими енергоносіями дозволяє значно зменшити затрати праці. підвищити її культуру і продуктивність, а також якість продукції шляхом удосконалення технології за рахунок автоматичного регулювання технологічних процесів та зменшення забруднення навколишнього середовища.
Крім того, широке застосування електротермічних установок з акумуляцією тепла сприяє вирівнюванню протягом доби графіка електричних навантажень енергосистеми, підвищує коефіцієнт використання силових трансформаторів і пропускної здатності розподільчих мереж.
Економія електроенергії в електроосвітлювальних установках полягає в тому, щоб при мінімальних її витратах шляхом правильної експлуатації освітлювальних установок забезпечити нормовану освітленість робочих місць виробничих приміщень й територій та створити умови для найбільш продуктивної праці робітників.
Простим і ефективним засобом економії електроенергії в освітлювальних установках є недопущення роботи вуличного освітлення у денний час, а робочого освітлення виробничих приміщень і територій — у неробочий час. Крім того, необхідно максимально використовувати природне освітлення шляхом періодичного фарбування приміщень і очищення вікон. За рахунок цього заходу можна зменшити тривалість роботи ламп у зимовий час на 15, а у літній на 90 %.
Щоб підвищити ' ефективність використання електроенергії в освітлювальних установках, необхідно також використовувати найбільш економічні джерела світла і світильники. Наприклад, замість ламп розжарювання типу НБ, заповнених аргоном, слід застосовувати лампи НБК, заповнені криптоном, які дають на 11—16 % більший світловий потік. Найбільш економічні газорозрядні джерела світла—люмінесцентні лампи і дугові ртутні лампи високого тиску типу ДРЛ, заміна якими ламп розжарювання дозволяє при однаковій освітленості в 2—2,5 рази знизити витрати електроенергії.
Важливим заходом є своєчасна заміна спрацьованих лами новими до виходу з ладу старих, тому що світловий потік у кінці строку служби лампи знижується на
15 % у ламп розжарювання, на 40—50 у люмінесцентних і на 30 % у ламп типу ДРЛ. Інтервал між двома послідовними замінами люмінесцентних ламп не повинен перевищувати 8000, для ламп типу ДРЛ — 7500 год.
Нобхідно періодично очищати лампи й світильники від пилу, бруду, конденсату пари, які знижують їх ККД. У приміщеннях із значними виділеннями пилу, диму, кіптяви світильники слід очищати 2 рази на місяць, у приміщеннях з середнім і незначним виділенням — 1 раз у 3 місяці, у зовнішніх установках — 1 раз у 4 місяці.
Побутовий споживач-один із найбільших споживачів електроенергії. Майже 30% всієї енергії споживається житловим сектором і сферою культурно-побутового обслуговування населення.
Жилий сектор-найменш керований споживач електроенергії. Планувати економію в цьому секторі дуже важко. Головним методом боротьби за економію тут служить роз'яснення і переконування.
Особливо важко організувати зниження споживання електроенергії у вечірні години максимуму енергосистеми.
73. Дія електричного струму на людину.
Біологічна, термічна, хімічна, оптична, акустична, механічна, комбінована.
Причини:
Необережність
Попадання в зону крокової напруги
Помилки в діях спеціаліста
Не проведення інструктажу
Не проходження медогляду
74.Фактори які впливають на ступінь електроураження людини.
Сила струму
Час
Шлях протікання струму
Стан людини
Атмосферний тиск.....
75.Класифікація приміщень за електронебезпекою.
З метою забезпечення електробезпеки всі виробничі приміщення підрозділяють за ступенем небезпеки ураження людини електричним струмом на три класи:
Приміщення без підвищеної небезпеки – це сухі приміщення з відносною вологістю не більше 75 % і температурою повітря в межах + 5…+ 250 С, з неструмопровідними підлогами (дерев'яними, пластмасовими), з повітряним середовищем без струмопровідного пилу.
Приміщення з підвищеною небезпекою – це приміщення, що характеризуються наявністю однієї з таких ознак:
- вогкість з постійною відносною вологістю повітря більше 75 %;
- струмопровідний пил;
- струмопровідні підлоги (земляні, металеві, залізобетонні, цегельні);
- висока температура повітря (вище 35 0С);
- можливість одночасного дотику людини до металевих конструкцій будинків, технологічних апаратів, механізмів і до металевих корпусів електроустаткування.
Приміщення особливо небезпечні – це приміщення, в яких наявною є одна з наступних ознак:
- відносна вологість повітря постійно близька до 100 %, внаслідок чого стіни, стеля таких приміщень покриті конденсатом вологи;
- приміщення з постійною наявністю їдких газів чи пари відносно матеріалу ізоляції струмоведучих частин;
- приміщення, для яких характерні дві чи більше ознак, що відносяться до класу приміщень з підвищеною небезпекою, наприклад, приміщення з струмопровідним пилом і сирою струмопровідною підлогою.
76. Засоби захисту людини від електроураження.
Для забезпечення захисту людей від ураження електричним струмом використовуються окремо або в поєднанні один з одним такі технічні способи та засоби як: захисне заземлення, занулення, вирівнювання потенціалів, мала напруга, захисне відімкнення, ізоляція провідників із струмом, огороджувальні пристрої, попереджувальна сигналізація, блокування, знаки безпеки, засоби захисту та запобіжні пристрої.Захисне заземлення це - навмисне електричне з'єднання з землею або її еквівалентом металевих струмопровідних частин, що можуть опинитися під напругою Заземлення здійснюється за допомогою природних, штучних або змішаних заземлювачів . Заземлення бувають виносні і контурні . В першому випадку заземлювачі розміщують на деякому віддаленні від обладнання, що заземлюється Вони захищають за рахунок малого їх опору (максимальне значення опору заземлення 4 Ом) . При контурному заземленні заземлювачі розміщують по контуру навколо заземленого обладнання на невеликій відстані один від одногоВ якості провідників для заземлення можуть бути використані металеві конструкції будівель, стальні труби, стальні оболонки кабелів, круглі провідники діаметром не менше 5 мм, голі мідні і алюмінієві провідники перерізом 4 і 6 мм2, жили кабелів перерізом для міді - 1 мм2, для алюмінію - 1,5 мм2, кутова сталь та ін . Вертикальні заземлювачі (довжиною 2,5-3 м) з'єднують стальною шиною, яку приварюють до кожного заземлювача Захисне заземлення необхідно періодично переглядати і ремонтувати . Із застосованого обладнання необхідно заземлювати корпуси електродвигунів верстатів, електроплит, вторинні обмотки і корпуси трансформаторів, переносний електроінструмент, розрахований на напругу більше 42 В, рухоме і переносне електрообладнання, каркаси розподільних електрощитів, щитів керування, шаф, металеві оболонки дротів, стальні труби, в яких вміщений електродріт, інші металеві конструкції.лабораторіях та кабінетах по периметру кімнати прокладають заземлювальну лінію (стальний прут діаметром 7 мм) і з'єднують її шляхом зварювання з нульовим провідником, природним чи штучним заземлювачем Від утвореного контуру зварюванням або жорстким болтовим з'єднанням виконують металеві відводи до каркасу електророзподільного щита, до корпусів електродвигунів.Заземлення електроустановок необхідно виконувати у всіх випадках при напругах 500 В і вище, при напругах вище 42 В змінного струму і 110 В постійного струму - в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і в зовнішніх електроустановках Профілактичний огляд заземлених пристроїв виконують не рідше 1 разу в рік При цьому перевіряють стан заземлювального пристрою, наявність кола між контуром заземлення і заземлювальними пристроями Занулення (рис . 3 . 51) - це навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих струмонепровідних частин, які можуть опинитися під напругою (корпуси електроустаткування, кабельні конструкції, сталеві труби тощо) Занулення використовують при чотирьох провідній системі трьохфазного струму з глухо заземленою нейтраллю Занулення перетворює замикання на корпус в однофазне коротке замикання Внаслідок цього спрацьовує максимальний струмовий захист (перегорає запобіжник), який відключає пошкоджену ділянку мережі Для збільшення безпеки нульовий провід заземлюють в декількох точкаМожливе одночасне занулення і заземлення одного і того ж корпусу, але одночасне занулення одних і заземлення інших машин в одній і тій же мережі заборонено Не потрібно додатково заземлювати занулені елементи електропристроїв Заземлення і занулення забезпечують спрацювання приладів захисту, швидке автоматичне вимикання пошкодженої установки від мережіЗахисне відімкнення - захист швидкої дії, що забезпечує автоматичне відімкнення електроустановки під час виникнення в ній небезпеки ураження людини струмом . Така небезпека може виникнути під час замикання фази на корпус, зниженні опору ізоляції мережі нижче відповідного рівня, а також у випадку дотику людини безпосередньо до струмоведучої частини, що знаходиться під струмомДля захисту від дотику до частин, що знаходяться під напругою, використовується ізоляція Для захисту від дотику до частин, що знаходяться під напругою, використовується також подвійна ізоляція - електрична ізоляція, що складається з робочої та додаткової ізоляції Опір електроізоляції ручних електричних машин повинен бути більше 2,5 МОм, силової і освітлювальної електропроводки - вище 0,5 МОм . Перевірку ізоляції електроінструменту слід проводити мегаометром не рідше 1 разу в квартал, електропроводки - не рідше 1 разу в 3 рокиБлокування застосовується в електроустановках напругою вище 220 В, в яких часто ведуться роботи на струмоведучих частинах, що огороджуються Блокування забезпечує зняття напруги із струмоведучої частини і електроустановки під час проникнення до них без зняття напругиЧасто використовується звукова та світлова сигналізація, надписи, плакати та інші засоби інформації, що попереджують про небезпекуЗа призначенням електрозахисні засоби поділяються на ізолюючі (діалектричні рукавиці, боти, калоші, килимки, ізольовані підставки, інструмент з ізолюючими ручками, ізолюючі штанги, кліщі тощо), огороджувальні (переносні огородження, заземлення тощо) та запобіжні (пояси, захисні окуляри, каски, спеціальні рукавиці) Засоби індивідуального електрозахисту є захисні костюми, взуття і рукавиці
77. Заземлення.
Захисне заземлення це - навмисне електричне з'єднання з землею або її еквівалентом металевих струмопровідних частин, що можуть опинитися під напругою Заземлення здійснюється за допомогою природних, штучних або змішаних заземлювачів . Заземлення бувають виносні і контурні . В першому випадку заземлювачі розміщують на деякому віддаленні від обладнання, що заземлюється Вони захищають за рахунок малого їх опору (максимальне значення опору заземлення 4 Ом) . При контурному заземленні заземлювачі розміщують по контуру навколо заземленого обладнання на невеликій відстані один від одного
В якості провідників для заземлення можуть бути використані металеві конструкції будівель, стальні труби, стальні оболонки кабелів, круглі провідники діаметром не менше 5 мм, голі мідні і алюмінієві провідники перерізом 4 і 6 мм2, жили кабелів перерізом для міді - 1 мм2, для алюмінію - 1,5 мм2, кутова сталь та ін . Вертикальні заземлювачі (довжиною 2,5-3 м) з'єднують стальною шиною, яку приварюють до кожного заземлювача Захисне заземлення необхідно періодично переглядати і ремонтувати . Із застосованого обладнання необхідно заземлювати корпуси електродвигунів верстатів, електроплит, вторинні обмотки і корпуси трансформаторів, переносний електроінструмент, розрахований на напругу більше 42 В, рухоме і переносне електрообладнання, каркаси розподільних електрощитів, щитів керування, шаф, металеві оболонки дротів, стальні труби, в яких вміщений електродріт, інші металеві конструкціїВ лабораторіях та кабінетах по периметру кімнати прокладають заземлювальну лінію (стальний прут діаметром 7 мм) і з'єднують її шляхом зварювання з нульовим провідником, природним чи штучним заземлювачем Від утвореного контуру зварюванням або жорстким болтовим з'єднанням виконують металеві відводи до каркасу електророзподільного щита, до корпусів електродвигунів
Заземлення електроустановок необхідно виконувати у всіх випадках при напругах 500 В і вище, при напругах вище 42 В змінного струму і 110 В постійного струму - в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і в зовнішніх електроустановках Профілактичний огляд заземлених пристроїв виконують не рідше 1 разу в рік При цьому перевіряють стан заземлювального пристрою, наявність кола між контуром заземлення і заземлювальними пристроями
78. Занулення.
Занулення - це навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих струмонепровідних частин, які можуть опинитися під напругою (корпуси електроустаткування, кабельні конструкції, сталеві труби тощо) Занулення використовують при чотирьох провідній системі трьохфазного струму з глухо заземленою нейтраллю Занулення перетворює замикання на корпус в однофазне коротке замикання Внаслідок цього спрацьовує максимальний струмовий захист (перегорає запобіжник), який відключає пошкоджену ділянку мережі Для збільшення безпеки нульовий провід заземлюють в декількох точках
79. Пристрої захисного відключення.
80. Система заземлення
Дивись 77!!! Питання
1. Електричне коло, його складові. Види електричних кіл. Умови роботи електрокола.
2. Електричний опір та його провідність. Залежність їх від температури провідника.
Електри́чний о́пір
3. Резистори, їх види, призначення та параметри.
4. ЕРС джерела живлення та напруга на його затискачах
5. Закон Ома для ділянки кола, і для всього кола.
6. Теплова дія електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.
7. Режим роботи електричного кола.
8.Види з’єднання резисторів.
Послідовне сполучення резисторів
9. Втрати напруги та потужності в проводах.
10. Баланс потужності.
11. Закон Кірхгофа.
12. Лінійні та нелінійні електричні кола.
13. Визначення магнітного поля. Магнітна індукція та потік.
14. Абсолютна та відносна магнітна проникність.
15. Закон повного струму.
16. Намагнічення феромагнетиків. Початкова крива намагнічення.
17. Явище гістерезису.
18. Магнітом’які та магнітотверді феромагнетики, їх застосування.
19. Провідник у магнітному полі. Закон Ампера. Взаємодія двох паралельних провідників зі струмом
20. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца.
21. Явище самоіндукції. Індуктивність котушки.
22. Явище взаємоіндукції. Вихрові струми.
23. Магнітні кола. Їх види. ( неповне)!!!!
24. Закон Ома для магнітного кола.(неповне)
25.Електромагніти. Їх застосування. Розрахунок електромагніта. (неповне)
26. Параметри змінного струму.
27. Кола змінного струму: А) з активним опором, Б) Індуктивним опором, В) Ємнісним опором.
28. Загальний випадок послідовного з’єднання з активним індуктивним та ємнісним опором.
29. Резонанс струмів.
30. Загальні випадки…
31. Потужність в колах змінного струму.
32. Отримання трифазної Е.Р.С.
33. Коефіцієнт потужності та шляхи його підвищення.
34. Незв’язна і зв’язна трифазна система.
35. З’єднання обмотків генератора та споживачів у зірку.
36. З’єднання обмотків генератора та споживачів у трикутник.
37. Потужність трифазного кола.
38. Аварії в трифазних мережах.
39.Вибір схем з’єднань та отримання освітлювального та силового навантажень.
40. Необхідність використання трансформаторів.
41. Призначення трансформаторів та їх класифікація
42. Будова однофазного трансформатора
43. Принцип дії однофазного трансформатора. Коефіцієнт трансформації трансформатора.
44.Рівняння трансформаторних Е.Р.С.
45. Саморегулювання трансформатора.
46.Зварювальний трансформатор.
47.Зовнішня характеристика трансформатора.
48. Процентна зміна напруги трансформатор.
49. Трифазний трансформатора.
Трифазний трансформатор.
50. Заводська табличка трансформатора.
51.Автотрансформатор.
52. Вимірювальні трансформатори напруги та струми.
53. Потужність трансформатора.
54.Потужність, втрата потужність…
55. Електричний генератор та електричний двигун. Визначння.
56. Будова трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
57. Принцип роботи трифазного асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором.
58.Пуск, реверсування генератора обертання трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
59.Механічна характеристика трифазного асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором.
60.Потужність, втрати потужності та ККД при трифазному асинхронному двигуні з коротко замкнутим ротором. Його енергетична діаграма.
61.Будова та застосування однофазного асинхронного двигуна.
62. Будова, принцип роботи та застосування синхронних двигунів і синхронних генераторів.
63.Будова двигуна постійного струму.
64.Види двигунів постійного струму їх механічної характеристики та застосування.
65. Колекторний двигун змінного струму
66.Електроприводи:види, значення, схема.
67.Режими роботи електродвигунів.
68. Електрична апаратура.
69. Комутаційна апаратура.
Види комутаційних електричних апаратів
70.Релейно-колекторне керування.
71. Релейно-контакторне керування з трифазним а.д. за допомогою магнітного пускача.
72. Економія електроенергії.
73. Дія електричного струму на людину.
74.Фактори які впливають на ступінь електроураження людини.
75.Класифікація приміщень за електронебезпекою.
76. Засоби захисту людини від електроураження.
77. Заземлення.
78. Занулення
79. Пристрої захисного відключення.
80. Система заземлення