Алгоритм расчета неразветвленной цепи однофазного переменного тока

Оглавление

Алгоритм расчета неразветвленной цепи однофазного переменного тока

Действия Формулы Единицы измерения
1. Определение эквивалентного активного, индуктивного и емкостного сопротивлений Ом
2. Определение полного сопротивления цепи Ом
3. Определение коэффициента мощности цепи
4. Определение силы тока в цепи А
5. Определение напряжения на активном сопротивлении В
6. Определение напряжения на индуктивном сопротивлении В
7. Определение напряжения на емкостном сопротивлении В
8. Определение активной мощности Р = I 2 R Вт
9. Определение реактивной индуктивной мощности Q L = I 2 XL вар
10. Определение реактивной емкостной мощности Q С = I 2 X С вар
11. Определение реактивной мощности цепи Q=QL-QC вар
12. Определение полной мощности S=UI В∙А

Практическая работа№3

«Расчет неразветвленной цепи переменного тока»

Цель работы:

Формирование умений, необходимых для расчета неразветвленных цепей переменного тока и построения векторных диаграмм.

Задачи

— начертить расчетную схему

— составить алгоритм расчета конкретной электрической цепи переменного тока

— построить векторную диаграмму

Задание: Начертить расчетную схему с учетом отсутствующих сопротивлений (т.е. равных 0). Определить ток, напряжение на участках цепи, коэффициент мощности, активную, реактивную и полную мощности. Построить векторную диаграмму.

Источник

Основные компоненты

Инвентор электрического тока

Все составные части в цепи участвуют в одном электромагнитном процессе. Условно их разделяют на три группы.

  • Первичные источники электрической энергии и сигналов могут преобразовывать энергию неэлектромагнитной природы в электрическую. Например, гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор.
  • Вторичный тип, как на входе, так и на выходе имеет электрическую энергию. Изменяются только ее параметры – напряжение и ток, их форма, величина и частота. Примером могут быть выпрямители, инверторы, трансформаторы.
  • Потребители активной энергии преобразовывают электрический ток в освещение или тепло. Это электротермические устройства, лампы, резисторы, электродвигатели.
  • К вспомогательным компонентам относят коммутационные устройства, измерительные приборы, соединительные элементы и провод.

Основой электрической сети является схема. Это графический рисунок, который содержит условные изображения и обозначения элементов и их соединение. Они выполняются согласно ГОСТу 2.721-74 – 2.758-81

Схема простейшей линии включает в себя гальванический элемент. С помощью проводов к нему через выключатель подсоединена лампа накаливания. Для измерения силы тока и напряжения в нее включен вольтметр и амперметр.

Неразветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями

Цепи переменного тока
  • Особенности цепей переменного тока
  • Цепь с сопротивлением
  • Цепь с индуктивностью
  • Цепь с активным сопротив лением и индуктивностью
  • Неразветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями
  • Разветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями
  • Цепь с емкостью
  • Колебательный контур
  • Резонанс напряжений
  • Резонанс токов
  • Коэффициент мощности
  • Активная и реактивная энергия
• Обзор сайта •
  • Электрооборудование до 1000 В
  • Электрические аппараты
  • Электрические машины
  • Эксплуатация электро оборудования
  • Электрооборудование электротехнологических установок
  • Электрооборудование общепромышленных установок
  • Электрооборудование подъемно-транспортных установок
  • Электрооборудование металлообрабатывающих станков
  • Электрооборудование выше 1000 В
  • Электрические аппараты высокого напряжения
  • Электротехника
  • Электрическое поле
  • Электрические цепи постоянного тока
  • Электромагнетизм
  • Электрические машины постоянного тока
  • Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
  • Цепи переменного тока
  • Трехфазные цепи
  • Электротехнические измерения и приборы
  • Трансформаторы
  • Электрические машины переменного тока
  • Электромонтаж
  • С чего начинается электро монтаж энергоснабжения электрооборудования и электропроводки
  • Монтаж электропроводки
  • Расчёт потребляемой мощ ности,сечения кабеля и номинала автоматического выключателя
  • Электромонтажные работы и прокладка кабеля в жилых и нежилых помещениях
  • Электромонтажные работы по расключению распаечных коробок и электрооборудова ния
  • Электромонтаж и заземле ние розеток
  • Электромонтаж уравнива ния потенциалов
  • Электромонтаж контура заземления
  • Электромонтаж модульного штыревого контура заземле ния
  • Электромонтаж нагреватель ного кабеля для подогрева полов
  • Электромонтажные работы по прокладке кабеля в зем ле
  • Электричество в частном доме
  • Проект электроснабжения
• Электротехника •
  • Электрическое поле
  • Электрические цепи постоянного тока
  • Электромагнетизм
  • Электрические машины постоянного тока
  • Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
  • Цепи переменного тока
  • Трехфазные цепи
  • Электротехнические измерения и приборы
  • Трансформаторы
  • Электрические машины переменного тока

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

Напряжения на активных сопротивлениях двух катушек, соединенных последовательно (рис. 6-12), Uа1 = Ir1 и Uа2 = Ir2 совпадают по фазе с током I. Напряжения на реактивных сопротивлениях катушек UL1 = I xL1 и UL2 = I xL2 опережают па фазе ток па 90° (рис. 6-13).

Напряжение на зажимах неразветвленной цепи, состоящей из двух катушек, найдем по правилу треугольника:

Выражая слагающие напряжений через ток и сопротивления, получаем:

Полное сопротивление цепи

На рис. 6-14 оно изображено гипотенузой прямоугольного треугольника сопротивлений, который можно получить из треугольника напряжений, уменьшая каждую из сторон его в I раз. Ток цепи

отстает по фазе от напряжения цепи на угол φ, который можно определить через его косинус или его тангенс:

Средняя, или активная мощность цепи двух катушек

Реактивная и полная мощности этой цепи

Элементная база для схем электропроводки

При составлении или чтении схемы пригодятся также обозначения проводов, клемм, заземления, нуля и т.д. Это то, что просто необходимо начинающему электрику или для того чтобы понять, что же изображено на чертеже и в какой последовательности соединены ее элементы.

НомерНазваниеОбозначение электрических элементов на схемах

1 Фазный проводник
2 Нейтраль (нулевой рабочий) N
3 Защитный проводник («земля») PE
4 Объединенные защитный и нулевой проводники PEN
5 Линия электрической связи, шины
6 Шина (если ее необходимо выделить)
7 Отводы от шин (сделаны при помощи пайки)

Пример использования приведенных выше графических изображений есть на следующей схеме. Благодаря буквенным обозначениям все и без графики понятно, но дублирование информации в схемах никогда лишним не было.

Пример схемы электропитания и графическое изображение проводов на ней

Источники https//lightika.com/raznoe/uslovnye-oboznacheniya-v-razlichnyh-elektricheskih-shemah.html https//yato-tools.ru/raznoe-2/uslovnye-graficheskie-oboznacheniya-v-elektricheskix-sxemax-uslovnye-oboznacheniya-v-elektricheskix-sxemax-gost-7624-55.html https//panelektro.ru/ampery/osnovnye-oboznacheniya-v-elektricheskih-shemah.html https//www.RadioElementy.ru/articles/oboznachenie-radiodetalei-na-shemah/ https//ProFazu.ru/elektrooborudovanie/oboznacheniya/uslovnye-oboznacheniya-v-elektricheskih-shemah.html https//eti.su/articles/spravochnik/spravochnik_1632.html https//stroychik.ru/elektrika/uslovnye-oboznacheniya-na-shemah https//www.bazaznaniyst.ru/oboznachenia-v-elektricheskix-chemah/

Насколько полезна была статья?

Кликните на звезду для оценки!

Средний рейтинг 0 / 5. Всего оценок: 0

Ещё нет оценок. Сделайте это первым.

Схемы рельсовых цепей

Рельсовая цепь постоянного тока с импульсным питанием

В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка — импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда. 

Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц без дроссель-трансформаторов 

Применяют на перегонах участков без электротяги с учетом последующей электрификации или там, где не предусмотрен переход на электротягу, но имеется надежный источник электроснабжения переменного тока 50 Гц от основной и резервной линий.

Рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием

Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях.​

Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием используются только на станциях участков, не подверженных влиянию блуждающих токов. ​

Рельсовые цепи переменного тока

Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с малогабаритной аппаратурой широко используют на некодированных путях станций без электротяги. ​Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц. с путевыми реле ДСР-12 или ДСШ-12 применяют на станциях участков с автономной тягой, подлежащих электрификации

Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц​

АВМ -автоматические выключатели многократного действия для защиты аппаратуры от случайного повышения тягового тока

Разветвленные рельсовые цепи​

В случае кодирования бокового пути размещение стрелочных соединителей по типовой схеме изоляции не обеспечивает нормальной работы устройств АЛС в маршрутах приема поездов на боковой путь и отправления с бокового пути. ​

Неразветвленная электрическая цепь

Неразветвленную электрическую цепь можно представить эквивалентной RLС- цепью (рис. 3.20).

При синусоидальном напряжении

и напряжения на элементах

также синусоидальны, причем uL

иuC всегда находятся в противофазе.

Для мгновенных значений напряжений выполняется второй закон Кирхгофа:

который можно представить в комплексной форме

Характер комплексного сопротивленияцепи

меняется в зависимости от соотношения реактивных xL

иxC составляющих.

При ( ) сопротивление цепи имеет индуктивный характер. Его аргумент, равный углу сдвига фаз j

между током и приложенным напряжением , положителен (рис. 3.21).

При ( ) комплексное сопротивление цепи Z

имеетемкостный характер, а его аргумент, равный углу сдвига фаз, отрицателен: (рис. 3.22). При ( ) сопротивление цепи Z

имеетактивный характер, а . Для неразветвленной цепи справедлив закон Ома:

Фазовые сдвиги между током и напряжениями на разных участках цепи различны, их соотношения поясняют векторные диаграммы для активно-индуктивной нагрузки (рис. 3.23), для активно-емкостной нагрузки (рис. 3.24, а

) и для активной нагрузки (рис. 3.24,б ).

При построении диаграмм начальная фаза тока принята равной нулю, а угол сдвига фаз отложен от вектора тока против движения часовой стрелки.

Из диаграмм следует, что входное напряжение имеет активную и реактивную составляющие. Вектор активной составляющей является проекцией вектора на вектор тока и совпадает с ним по фазе. Вектор реактивной составляющей является проекцией вектора входного напряжения на направление, ортогональное вектору тока , и образует с ним фазовый сдвиг π/2

. При индуктивной нагрузке реактивное напряжение опережает наπ/2 , при емкостном характере отстает наπ/2 .

При равенстве емкостного и индуктивного сопротивлений реактивная составляющая сопротивления цепи , характер нагрузки – активный, а полное напряжение и ток совпадают по фазе.

Цепь при последовательном соединении элементов R

,L ,C можно представить одной из трех эквивалентных схем замещения:

· последовательным соединением активного R

и индуктив- ногоL элементов ( ) (см. рис. 3.23);

· последовательным соединением активного R

и емкостногоC элементов ( ) (см. рис. 3.24,а );

· активным элементом R

( ) (см. рис. 3.24,б ).

Угол сдвига фаз j

= arctg(x/R) между напряжением , приложенным к цепи, и током определяется отношением реактивнойx иактивнойR составляющих сопротивления цепи, а не свойствами источника питания.

Источник

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

  • удельного сопротивления материала – ρ;
  • длины отрезка проводника – l;
  • площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Расчетные формулы

Из векторной диаграммы видно, что все активные составляющие векторов напряжений направлены одинаково — параллельно вектору тока, поэтому векторное сложение их можно заменить арифметическим и найти активную составляющую напряжения цепи: Ua = U1a + U2a + U3a

Реактивные составляющие векторов напряжений перпендикулярны вектору тока, причем индуктивные напряжения направлены в одну сторону, а емкостные — в другую. Поэтому реактивная составляющая напряжения цепи Up определяется их алгебраической суммой, в которой индуктивные напряжения считаются положительными, а емкостные — отрицательными: Up = — U1р + U2p — U4p + U5p.

Векторы активного, реактивного и полного напряжений цепи образуют прямоугольный треугольник, из которого следует

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

  • Силовые электрические цепи;
  • Электрические цепи управления;
  • Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Виды электрических цепей[ | ]

Неразветвлённые и разветвлённые электрические цепи

Рисунок 1 — Разветвлённая цепь Электрические цепи подразделяют на неразветвлённые и разветвлённые. Во всех элементах неразветвлённой цепи течёт один и тот же ток. Простейшая разветвлённая цепь изображена на рисунке 1. В ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течёт свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течёт одинаковый ток) и заключённый между двумя узлами. В свою очередь, узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трёх ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рисунок 1), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом.

Линейные и нелинейные электрические цепи

Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейные. К линейным компонентам относятся зависимые и независимые идеализированные источники токов и напряжений, резисторы (подчиняющиеся закону Ома), и любые другие компоненты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями, наиболее известны электрические конденсаторы и катушки индуктивности. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Часто ВАХ изображают графически в декартовых координатах. При этом по оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток.

В частности, омические резисторы, ВАХ которых описывается линейной функцией и на графике ВАХ являются прямыми линиями, называют линейными.

Примерами линейных (как правило, в очень хорошем приближении) цепей являются цепи, содержащие только резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности без ферромагнитных сердечников.

Некоторые нелинейные цепи можно приближенно описывать как линейные, если изменение приращений токов или напряжений на компоненте мало, при этом нелинейная ВАХ такого компонента заменяется линейной (касательной к ВАХ в рабочей точке). Этот подход называют «линеаризацией». При этом к цепи может быть применён мощный математический аппарат анализа линейных цепей. Примерами таких нелинейных цепей, анализируемых как линейные, являются практически любые электронные устройства, работающие в линейном режиме и содержащие нелинейные активные и пассивные компоненты (усилители, генераторы и др.).

1.1. Основные пояснения и термины


Электротехника

это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях получения, преобразования, передачи и потребления электрической энергии.


Электроника

это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях получения, преобразования, передачи и потребления информации.

Каждая наука имеет свою терминологию. Запомним термины, понятия электротехники и электроники.


Электрическая цепь

это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока
.

Все электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы.

Источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы).


Электро