Анализ линейной цепи постоянного тока, трехфазных цепей переменного тока (стр. 2 из 4)

.

В выражении (2.1) в скобках при функции синуса

- фаза синусоидального электрического тока (фаза тока), т.е. аргумент синусоидального тока, отсчитываемый от точки перехода тока через нуль к положительному значению. В этой формулировке заключен смысл начала отсчета времени. При - начальная фаза синусоидального электрического тока или значение фазы синусоидального тока в начальный момент времени. На оси времени tудобнее откладывать время в специальных единицах .

Аналогичный вид имеют выражения для синусоидального напряжения и и ЭДС е:

Важными параметрами гармонических колебаний являются их действующие и средние значения. Действующим значением синусоидального тока называется такое значение постоянного тока, при прохождении которого в одном и том же резисторе с сопротивлением Rза время одного периода Т выделяется столько же теплоты Q_nост., сколько и при прохождении синусоидального тока Q_пеp,. Зная, что

и приравняв их можно показать, что действующее значение тока равно:

.

Аналогично вводят действующие значения напряжения и ЭДС

. Важно знать, что в паспорте электротехнических устройств синусоидального тока указаны действующие значения напряжений Uи токов /, большинство измерительных приборов проградуированы так, что они показывают действующие значения синусоидальных токов и напряжений.

Среднее значение тока i определяется за половину периода Т/2 (за полный период оно равно нулю):

. Аналогично определяется

.

3. Трехфазные цепи

3.1 Трехфазные симметричные источники и электроприемники

Основные определения.

Многофазной системой электрических цепей называется совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, создаваемые общим источником энергии и сдвинутые относительно друг друга по фазе. Как ранее отмечалось, термин фаза обозначал стадию синусоидального процесса. Введем ее второе понятие: фаза многофазной системы - часть многофазной электрической цепи, в которой может протекать один из токов многофазной системы. По числу фаз многофазные системы электрических цепей подразделяются на двух-, трех-,..., т - фазныесистемы. Наибольшее распространение получили трехфазные (т = 3) и кратные трем (т = 6, т = 12) системы.

Трехфазная система электрических цепей, в которой отдельные фазы электрически соединены друг с другом называется трехфазной цепью. Такие цепи составляют основу электроэнергетики.

Достоинствами трехфазной системы, обусловившими ее исключительно широкое применение в системах электроснабжения, являются:

1) использование, при передаче заданной мощности, меньшего числа проводов, чем в несвязанных однофазных системах;

2) наличие двух уровней напряжения - фазного и линейного, что позволяет питать различные нагрузки без применения трансформаторов;

3) сравнительная легкость создания вращающегося магнитного поля, необходимого для работы трехфазных электрических машин.

Симметричные источники. Преобладающая часть мощных генераторов и приемников электрической энергии вырабатывают и потребляют трехфазные синусоидальные токи. В обмотках статора трехфазного генератора - фазах А, В, С - генерируется три ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, имеющие фазовый сдвиг 120° (или 2π/3). Такая система ЭДС называется симметричной (рис.3.1, а). Комплексные изображения ЭДС подобной трехфазной системы имеют вид:

.

Наиболее характерное свойство такой системы - сумма фазных ЭДС равна нулю, т.е.

.

Фазные обмотки трехфазного генератора соединяются между собой. Это может осуществляться посредством объединения концов обмоток в общем узле N - соединение звездой ("Y") (рис.3.1, б). Поскольку выполняется соотношение (3.1), то фазные обмотки можно соединить и последовательно - соединение треугольником ("А") (рис.3.1, с).

Симметричные электроприемники.

Трехфазные электроприемники соединяют аналогичным способом (звездой и треугольником). Симметричным называется приемник, комплексные сопротивления которого для каждой фазы равны. При соединении звездой (рис.3.2, а)

Последнее равенство распадается на два равенства:

- равенство модулей и

- равенство фаз. При соединении треугольником (рис.3.2, б)

. Аналогично два равенства:

и

.

Путем эквивалентных преобразований можно перейти от одного способа соединения к другому. Для симметричных приемников переход:

3.2 Трехфазная система с нагрузкой

Несимметричная трехфазная система по схеме звезда с нейтральным проводом (четырехпроводная).

В этом случае определение токов в фазах

и тока в нейтральном проводе , в незначительной степени отличается от рассмотренного выше случая. Искомые токи в фазах, они же линейные токи, также определяются по закону Ома. Естественно, что токи в фазах уже не будут равны между собой как по модулю, так и по фазе. Ток в нейтральном проводе определяется по первому закону Кирхгофа и не равен нулю. Величину этого тока можно определить как сложением токов в фазах, представленных в комплексной форме, так и сложением векторов фазных токов на комплексной плоскости. Напряжение между точками nN, как и для предыдущего случая, будет равно нулю, т.е. . Несимметричная трехфазная система по схеме звезда без нейтрального провода (четырехпроходная). При отсутствии нейтрального провода потенциал нейтральной точки "и" несимметричного приемника электроэнергии будет не равен потенциалу нейтральной точки "N" источника. Для этого случая фазные напряжения электроприемника и источника электроэнергии не равны друг другу, т.е.

Электрическая цепь состоит из параллельных ветвей с источниками ЭДС и в общем случае одной параллельной ветви (нейтральный провод) с пассивным элементом (

) и содержит два узла N и n. В соответствии с методом узловых напряжений (метод двух узлов) напряжение между узлами N и п определяется выражением:

где

- комплексные проводимости фаз (в общем случае не равные между собой); - проводимость нейтрального провода.

Вектор напряжения

,будет направлен из точки N, причем его концу будет соответствовать потенциал точки и приемника (может лежать как внутри, так и вне треугольника линейных напряжений). Фазное напряжение это напряжение между точками а и п. Поэтому на диаграмме вектор напряжения U_anнаправлен от точки п к точке а. Аналогично строятся фазные напряжения и .

Построенные таким образом векторы напряжений для фаз приемника полностью удовлетворяют уравнениям второго закона Кирхгофа: