ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХЦЕПЕЙ
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХЦЕПЕЙ
Допущено Научно — методическим советом
Министерства образования и науки РФ по электротехнике и электронике в качестве учебного пособия
по теоретическим основам электротехники для студентов вузов , обучающихся по направлению подготовки
140600 « Электротехника , электромеханика , электротехнологии » специальности 140601 – « Электромеханика »;
по направлению подготовки 140200 « Электроэнергетика » специальности 140205 – « Электроэнергетические системы и сети »
УДК 621.3 (07) ББК 31.2 ( Я 7)
Л 84 Лукманов В . С . Теоретические основы электротехники . Часть I.
Теория линейных электрических цепей : Учебное пособие / В . С . Лукманов ; Уфимск . гос . авиац . техн . ун — т . – Уфа : УГАТУ , 2005. – 120 с . ISBN 5-86911-543-4
Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины « Теоретические основы электротехники » направления подготовки 140600 « Электротехника , электромеханика , электротехнологии » специальности 140601 – « Электромеханика »; направления подготовки 140200 « Электроэнерге — тика » специальности 140205 – « Электроэнергетические системы и сети ».
Представлен материал по первой части дисциплины « Теоретические ос — новы электротехники », который охватывает следующие темы : законы электро — техники , методы расчета линейных электрических цепей , комплексный метод расчета цепей при синусоидальных воздействиях , резонансные явления в ли — нейных электрических цепях , электрические цепи с взаимной индукцией , мето — ды расчета трехфазных цепей , расчет цепей при периодических несинусои — дальных воздействиях .
Предназначено для студентов вузов электротехнических специальностей , изучающих теоретические основы электротехники как по очной , так и по заоч — ной системам обучения .
Табл . 1. Ил . 93. Библиогр .: 12.
Рецензенты : д — р техн . наук , проф . МЭИ ( ГУ ) Гусев Г . Г ., канд . техн . наук , доцент МЭИ ( ГУ ) Шакирзянов Ф . Н .
© В . С . Лукманов , 2005
Глава 1. Линейные электрические цепи постоянного тока …………
1.2. Источники электрической энергии ……………………
1.3. Основные преобразования схем , используемые при анализе электрических цепей ……. 12
1.4. Законы электрических цепей ………………………..… 14
1.5. Расчет электрической цепи по законам Кирхгофа …. 16
1.6. Метод контурных токов ……………………………….. 18
1.7. Метод узловых потенциалов ………………………….. 21
1.8. Принцип наложения и метод наложения ……………. 23
1.9. Метод эквивалентного генератора …………………… 25
1.10. Передача энергии от активного двухполюсника нагрузке …….…………………………………………… 30
1.11. Метод пропорциональных величин …………………. 31
1.12. Теорема о линейных соотношениях …………………. 32
1.13. Теорема компенсации ………………………………….. 33
1.14. Энергетический баланс в электрических цепях ……… 34
Глава 2. Электрические цепи однофазного синусоидального тока .. 35
2.1. Синусоидальный ток и основные характеризующие его величины ……………………..…………………….. 35
2.2. Действующее и среднее значения синусоидально из — меняющейся величины …..………………………….. 36
2.3. Коэффициент амплитуды и коэффициент формы …… 37
2.4. Изображение синусоидальных токов , напряжений , ЭДС с помощью вращающихся векторов .
Векторная диаграмма ….……………………………….. 38
2.5. Активное сопротивление в цепи синусоидального тока ……………………………………………………… 38
2.6. Индуктивность в цепи синусоидального тока ……….. 39
2.7. Емкость в цепи синусоидального тока ……………….. 40
2.8. Установившийся синусоидальный ток в цепи с по —
следовательным соединением участков R, L, C …… 41
2.9. Установившийся синусоидальный ток в цепи с па — раллельным соединением участков G, L и C ………. 43
Глава 3. Комплексный метод расчета электрических цепей при ус — тановившемся синусоидальном токе …………………….. 46
3.1. Комплексные числа ……………………………………. 46
3.2. Изображение синусоидально изменяющихся величин на комплексной плоскости …………………………….. 48
3.3. Выражение для производной ………….………………. 49
3.4. Выражение для интеграла ……………………………. 50
3.5. Алгебраизация уравнений ……………………………. 51
3.6. Закон Ома для цепи синусоидального тока . Ком —
плексное сопротивление ………………………….. 52
3.7. Комплексная проводимость …………………………… 53
3.8. Треугольник сопротивлений и треугольник проводи —
3.9. Законы Кирхгофа в комплексной форме ……………. 54
3.10. Активная , реактивная и полная мощности …………… 54
3.11. Расчет сложных электрических цепей комплексным методом ……….………………………………………… 57
Глава 4. Резонансные явления в линейных электрических цепях .…. 61
4.1. Резонанс напряжений ………………………………….. 61
4.3. Резонанс в разветвленных цепях ……………………… 71
4.4. Резонанс в цепях без потерь ( чисто реактивные цепи )…………………………………………………….. 72
Глава 5. Расчет электрических цепей при наличии в них магнитос —
5.1. Определения . Физическая модель …………………….. 74
5.2. Расчет последовательного соединения двух магни —
5.3. Расчет разветвленных цепей при наличии в них маг —
5.4. « Развязывание » магнитосвязанных цепей …………… 80
5.5. Трансформатор с линейными характеристиками ……. 81
Глава 6. Расчёт трёхфазных цепей …………….……………………. 86
6.1. Трехфазная система ЭДС …………….………………. 86
6.2. Общие положения и допущения при расчете трех —
6.3. Расчет соединения звезда — звезда с нулевым прово —
6.4. Расчет соединения звезда — звезда без нулевого про —
6.5. Расчет соединения треугольник — треугольник ………. 92
6.6. Активная , реактивная и полная мощности трёхфаз —
6.7. Измерение активной мощности в трёхфазной цепи .… 93
Глава 7. Расчет электрических цепей при несинусоидальных пе — риодических ЭДС , напряжениях и токах ………………. 96
7.1. Алгоритм расчета ………………………………………. 96
7.2. Представление периодической несинусоидальной функции в виде ряда Фурье ………………. ……….… 97
7.3. Гармонический состав кривой в некоторых случаях симметрии ………………………………………………. 98
7.4. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при несинусоидальном напряжении ………………….. 99
7.5. Действующее значение периодических несинусои —
дальных токов , напряжений , ЭДС ………..
7.6. Определение мощности в электрических цепях с периодическими токами , напряжениями , ЭДС ……. 101
Курс « Теоретические основы электротехники » занимает основ — ное место среди общетехнических дисциплин , определяющих теоре — тический уровень профессиональной подготовки инженеров — электриков .
Предмет курса составляют электромагнитные явления и их при — кладное применение для создания , передачи и распределения элек — трической энергии с помощью универсального носителя – электро — магнитного поля – для решения проблем электротехники , электроме — ханики , электротехнологии . Курс ТОЭ как базовый курс обеспечива — ет комплексную подготовку будущего специалиста : формирует про — фессиональную подготовку , развивает творческие способности , учит формулировать и решать на высоком и перспективном научном уров — не проблемы приобретаемой специальности , творчески применять и самостоятельно повышать свои знания .
Содержанием дисциплины « Теоретические основы электротех — ники » являются теоретические аспекты практического использования электротехники .
Основная задача курса ТОЭ состоит в изучении одной из форм материи – электромагнитного поля и его проявлений в различных ус — тройствах техники , усвоении современных методов моделирования электромагнитных процессов , методов анализа , синтеза и расчета электрических цепей , электрических и магнитных полей , знание ко —
торых необходимо для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности . Изучение теоретической электро —
техники способствует выработке развитых представлений о методах применения теории электромагнитных явлений и методологии курса ТОЭ в специальных дисциплинах .
В современной теоретической электротехнике различают четыре основные задачи : анализ , синтез , диакоптику и диагностику .
Задача анализа сводится к расчету токов , напряжений для за — данной электрической цепи . Синтез представляет собой обратную за — дачу – нахождение такой электрической цепи , процессы в которой будут протекать по заданному закону . Задача диакоптики связана с исследованием электрических цепей по частям . И , наконец , задача диагностики сводится к определению параметров реально сущест — вующих цепей по экспериментальным данным при сохранении цело —
стности объектов диагностирования в процессе проведения экспери — ментов .
Далее подробно рассматривается задача анализа , тогда как о за — дачах синтеза , диакоптики и диагностики даются лишь общие поня — тия .
В курсе ТОЭ можно выделить три основных раздела : теорию линейных электрических цепей , теорию нелинейных электрических цепей , теорию электромагнитного поля .
В первом разделе – « Теория линейных электрических цепей » излагаются законы и свойства линейных электрических цепей , мето — ды расчета установившихся и переходных процессов в таких цепях ,
особенности расчета цепей при синусоидальных и несинусоидальных гармонических воздействиях .
Во втором разделе – « Теория нелинейных электрических цепей »
излагаются свойства нелинейных электрических и магнитных цепей и методы расчета происходящих в них процессов . Эти вопросы имеют
большое значение в связи с широким использованием нелинейных цепей в современных технических устройствах .
Последний раздел – « Теория электромагнитного поля » – посвя — щен изучению расчета электромагнитного поля . Это связано с тем , что многие электротехнические задачи могут быть детально проана — лизированы только при помощи теории электромагнитного поля .
В пособии представлен материал части первого раздела курса « Теоретические основы электротехники » который охватывает сле — дующие темы : законы электротехники , методы расчета электриче — ских цепей , комплексный метод расчета цепей при синусоидальных воздействиях , резонансные явления в электрических цепях , электри — ческие цепи со взаимной индукцией , методы расчета трехфазных це — пей , расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействи — ях .
Глава 1. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов , об — разующих путь для электрического тока , электромагнитные про — цессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об элек — тродвижущей силе , электрическом токе и электрическом напряже —
нии ( ГОСТ Р 52002-2003) .
Схема электрической цепи – графическое изображение элек — трической цепи , содержащее условные обозначения ее элементов , показывающее соединения этих элементов ( ГОСТ Р 52002-2003).
Схему составляют из идеализированных элементов , которые по —
зволяют осуществлять математическое моделирование физических явлений , происходящих в реальной электрической цепи .
Ветвь — участок электрической цепи , по которому протекает один и тот же ток ( ГОСТ Р 52002-2003).
Узел – место соединения ветвей электрической цепи ( ГОСТ Р 52002-2003) .
Контур – любой замкнутый путь , образованный ветвями и уз — лами .
Независимый контур – контур , отличающийся от предыдущих хотя бы одной ветвью .
Различают линейные и нелинейные электрические цепи .
Линейная электрическая цепь – это такая электрическая цепь , у которой электрические напряжения и электрические токи или ( и ) электрические токи и магнитные потокосцепления , или ( и ) электри —
ческие заряды и электрические напряжения связаны друг с другом линейными зависимостями ( ГОСТ Р 52002-2003).
Нелинейная электрическая цепь – это такая цепь , у которой электрические напряжения и электрические токи или ( и ) электриче — ские токи и магнитные потокосцепления , или ( и ) электрические за — ряды и электрические напряжения связаны друг с другом нелинейны — ми зависимостями ( ГОСТ Р 52002-2003).
Далее , если не оговорено особо , рассматриваются линейные электрические цепи .
1.2. Источники электрической энергии
Любой источник электрической энергии можно представить в виде источника электродвижущей силы ( ЭДС ) либо в виде источника тока .
Идеальный источник ЭДС – это такой источник электрической энергии , электрическое напряжение на выводах которого не зависит от электрического тока в нем ( ГОСТ Р 52002-2003) ( рис . 1.1).
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Решебник по ТОЭ
Теоретические основы электротехники: Методические указания и контрольные задания для студентов технических специальностей вузов / Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е. Заруди и др. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2003. – 159 с.
Задача 1.1. Линейные электрические цепи постоянного тока
Задача 1.2. Линейные электрические цепи синусоидального тока
Задание 1
ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
Задача 1.1. Линейные электрические цепи постоянного тока (пример решения)
Задача 1.2. Линейные электрические цепи синусоидального тока (пример решения)
Задание 2
ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ, ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ, ПЕРИОДИЧЕСКИЕ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ ТОКИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ, ЦЕПИ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
Задача 2.1. Определение параметров четырехполюсника (пример решения)
Задача 2.2. Трёхфазные цепи (пример решения)
Задача 2.3. Периодические несинусоидальные токи (пример решения)
Задача 2.4. Электрические фильтры (пример решения)
Задача 2.5. Активные цепи с обратными связями (пример решения)
Задание 3
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ, СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД, ЛИНИИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ, СИНТЕЗ ЦЕПЕЙ
Задача 3.1. На применение классического и операторного методов (пример решения)
Задача 3.2. На использование интеграла Дюамеля (пример решения)
Задача 3.3. На метод переменных состояния
Задача 3.4. На спектры функций (пример решения)
Задача 3.6. На установившиеся процессы в линии с распределенными параметрами (пример решения)
Курс «Теоретические основы электротехники» состоит из основной и специальной (дополнительной) частей. Основная часть обязательна для студентов всех специальностей, в учебных планах которых имеется этот курс; она является как бы ядом курса. Специальная (дополнительная) часть в неодинаковой степени обязательна для студентов различных специальностей. В специальную часть входят: синтез четырехполюсников, случайные процессы, цепи с переменными во времени параметрами и др.
При изучении курса ТОЭ студентам необходимо составлять конспект, в котором полезно выписывать основные законы, определения и формулы. Конспект окажет большую помощь при выполнении контрольных заданий и при подготовке к экзаменам.
При изучении курса и выполнении контрольных заданий рекомендуются учебники и учебные пособия, выпущенные в последние годы.
Достаточно полный перечень вопросов для самопроверки дан в учебнике Л. А. Бессонова «Теоретические основы электротехники». Там же приведены задачи с решениями по всему курсу ТОЭ. Для лучшего усвоения курса рекомендуется просмотреть решения этих задач.
По всем трем частям курса ТОЭ предусмотрены лабораторные работы. Содержание лабораторных работ определяется спецификой вуза, оснащением лабораторий оборудованием и т.д.
Устанавливая рекомендуемое программное обеспечение вы соглашаетесь
с лицензионным соглашением Яндекс.Браузера и настольного ПО Яндекса .
М
инистерство образования и науки Самарской области
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
по дисциплине «Основы электротехники»
для студентов специальности СПО
09.02.03. Компьютерные системы и комплексы.
Тольятти 2016 г.
Еремеева В.В.. Методические рекомендации по выполнению практических работ по дисциплине «Основы электротехники» для студентов специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы. Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 26 с.
Методические рекомендации разработаны в соответствии с государственными требованиями к содержанию и оформлению научно-исследовательских работ студентов и содержат перечень рекомендаций по выполнению практических работ для специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы. Разработаны для студентов.
протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»
№ ____ от «____»______________ 2016 г.
Председатель Чернова С.Н.___________________ /
Практическая работа №5 «Расчёт магнитных цепей»………………………..…20
Цель проведения практических работ по дисциплине «Основы электротехники» — выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.
В результате выполнения практических работ обучающийся должен уметь:
применять основные определения и законы теории электрических цепей;
учитывать на практике свойства цепей с распределёнными параметрами и нелинейных электрических цепей;
различать непрерывные и дискретные сигналы и их параметры;
основные характеристики, параметры и элементы электрических цепей при гармоническом воздействии в установившемся режиме;
свойства основных электрических RC и RLC цепочек, цепей с взаимной индукцией;
трёхфазные электрические цепи;
основные свойства фильтров;
непрерывные и дискретные сигналы;
методы расчёта электрических цепей;
спектр дискретного сигнала и его анализ;
методы и способы автоматизации измерений тока, напряжения и мощности.
Общие компетенции, формируемые в результате выполнения практических работ :
ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.
ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.
Практические работы рассчитан на 10 часов аудиторных занятий.
Тема: «Расчет ёмкостей батарей конденсаторов».
Цель практического занятия: Научится рассчитывать общую емкость батареи конденсаторов, исходя из схемы соединения.
1.1 Краткие теоретические сведения.
Конденсаторные батареи (КБ) являются простым и надежным статическим устройством. Конденсаторные батареи собирают из отдельных конденсаторов, которые выпускаются на различные мощности и номинальные напряжения.
Конденсатор — это устройство, которое состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком. Конденсатор, если к нему приложено напряжение, способен накапливать электрический заряд (заряжаться) и отдавать его (разряжаться). В пространстве между проводниками, которые могут иметь любую форму, при заряде конденсатора образуется электрическое поле. Заряд конденсатора тем больше, чем больше его емкость и приложенное к его проводникам напряжение. Емкость конденсатора, в свою очередь, тем больше, чем больше внутренняя поверхность проводников, образующих конденсатор, и чем меньше расстояние между этими проводниками.
Пространство между проводниками заполнено диэлектриком, т.е. материалом, обладающим высокими изоляционными свойствами или, можно сказать, очень низкой электропроводностью. К таким материалам относятся, например, воздух, конденсаторная бумага, керамика, синтетическая пленка. Диэлектрик, применяемый в конденсаторах, должен обладать высокой электрической прочностью, т.е. сохранять свои изолирующие свойства при высоком напряжении и небольшой толщине (10—15 мкм). Качество диэлектрика для конденсаторов тем выше, чем выше его диэлектрическая проницаемость, т.е. способность аккумулировать электрический заряд. Например, относительная диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги, пропитанной маслом, составляет 3,5—4, а полистирольной пленки — 2,5—2,7.
Таким образом, емкость конденсатора, измеряемая в микрофарадах (мкФ), составляет С = eS · 10-6/d, где e — диэлектрическая проницаемость, Ф/м; S — площадь поверхности обкладок (проводников) конденсатора, м2; d — расстояние между обкладками (толщина диэлектрика, разделяющего эти обкладки), м · 10-6.
Конденсатор, как и любой элемент электроэнергетической системы, характеризуется потерями активной мощности, которые приводят к его нагреву. Эти потери тем больше, чем выше приложенное напряжение, его частота и емкость конденсатора. Потери в конденсаторе зависят и от свойств диэлектрика, определяемых тангенсом угла диэлектрических потерь (tg) и характеризующих удельные потери (Вт/квар) в конденсаторе. В зависимости от типа и назначения конденсатора потери в них могут составлять от 0,5 до 4 Вт/квар.
В электроэнергетике для компенсации реактивной мощности применяют так называемые косинусные конденсаторы, предназначенные для работы при частоте напряжения 50 Гц. Их мощность, измеряемая в киловольт-амперах реактивных (квар), составляет от 10 до 100 квар.
Конструктивно конденсатор представляет собой металлический (стальной или алюминиевый) корпус, в котором размещаются секции (пакеты), намотанные из нескольких слоев алюминиевой фольги, проложенных конденсаторной бумагой или синтетической пленкой толщиной 10—15 мкм (0,01—0,015 мм). Соединенные между собой секции имеют выводы, расположенные снаружи корпуса, в его верхней части. Трехфазные конденсаторы имеют три фарфоровых вывода, однофазные — один.
Шкала номинальных напряжений конденсаторов от 230 В до 10,5 кВ, что позволяет собирать из них установки для сетей напряжением от 380 В и выше. Конденсаторы обладают хорошей перегрузочной способностью по току (до 30 % от номинального) и по напряжению (до 10 % от номинального). Группу конденсаторов, соединенных между собой параллельно или последовательно, или параллельно-последовательно, называют конденсаторной батареей.
Конденсаторная батарея, оборудованная коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления, образует конденсаторную установку (КУ).
Мощность, генерируемая КБ, при ее заданной емкости С пропорциональна квадрату приложенного напряжения и его частоте КБ = U2С.
Поэтому нерегулируемые КБ обладают отрицательным регулирующим эффектом, что, в отличие от синхронных компенсаторов, является их недостатком. Это значит, что мощность КБ снижается со снижением приложенного напряжения, тогда как по условиям режима эту мощность необходимо увеличивать.
Регулирующий эффект КУ по реактивной мощности показан на рис. 8.4, а, а КУ, состоящий из нескольких секций, — на рис. 8.4, б. Как видно из рис. 8.4, а, при снижении напряжения от Uном до Umin реактивная мощность снижается пропорционально квадрату напряжения от ном до min.
Преодоление этого недостатка находят в формировании КБ из нескольких секций, каждая из которых, управляемая регулятором напряжения и/или мощности, подключается к сети через свой выключатель, наращивая таким образом емкость батареи в целом. Это и позволяет увеличивать суммарную мощность КБ при снижении напряжения. Так мощность КУ при снижении напряжения возрастает ступенями 1, 1 + 2, 1 + 2 + 3, как показано на рис. 8.4, б для КУ, состоящей из трех секций КБ.
Ступенчатое регулирование требует введения в регулятор напряжения КУ зоны нечувствительности U. В пределах этой зоны при снижении напряжения подключение очередной секции недопустимо. Невыполнение этого условия привело бы к неустойчивой работе КУ. Ширина зоны нечувствительности должна быть больше, чем приращение напряжения, вызванное подключением очередной секции КУ. В противном случае напряжение на КУ достигнет напряжения уставки срабатывания на отключение этой секции сразу после ее включения. Вероятность такого эффекта тем больше, чем больше мощность подключаемой секции и чем меньше зона нечувствительности регулятора КУ.
Конденсаторная установка состоит, как правило, из нескольких секций, имеющих общую систему управления. Низковольтные КУ напряжением 380 В собираются из трехфазных конденсаторов, включенных параллельно. Для защиты таких КУ от коротких замыканий и перегрузки применяют предохранители (рис. 8.5, б). Высоковольтные конденсаторные установки собираются из однофазных конденсаторов, включенных последовательно-параллельно (рис. 8.5, а).
Включение КУ сопровождается бросками тока, а отключение — перенапряжением, что отрицательно сказывается на сроке службы конденсаторов и коммутационной аппаратуры. Поэтому КУ, оборудованную выключателями (контакторами), не рекомендуется включать-выключать более 2—4 раз за сутки. Для ограничения бросков тока конденсаторы перед включением обязательно должны быть разряжены с помощью разрядных резисторов R или трансформаторов напряжения TV (рис. 8.5). Обычно эти устройства постоянно подключены к конденсаторам, а резисторы могут быть встроены внутри конденсатора.
В этой связи такие КУ пригодны только для регулирования реактивной мощности с целью обеспечения ее баланса в той или иной точке сети или в узле нагрузки. В этом режиме КУ применяют для снижения потерь напряжения в передающей сети, а также потерь мощности и электроэнергии. Эффект и в том, и в другом случае проявляется за счет компенсации реактивной мощности, протекающей по линии, питающей нагрузку.
Конденсаторы в силу их параметрических свойств очень чувствительны к искажениям синусоидальной формы кривой напряжения, т.е. к высшим гармоникам тока. Действительно, сопротивление конденсатора ХС = 1/(nС) тем меньше, чем выше частота nw гармоники в несинусоидальной кривой приложенного напряжения. В результате за счет высших гармоник, проникающих в конденсатор, резко возрастают и потери мощности Р в конденсаторах, что приводит к их дополнительному нагреву:
где U(n) — напряжение гармоники; n —порядок гармоники; С — емкость конденсатора; = 2 — частота напряжения сети ( = 50 Гц); tg — характеристика диэлектрика конденсатора.
Как уже отмечалось, параметрическое свойство конденсаторов широко используют при создании фильтрокомпенсирующих установок (ФКУ).
Чувствительность КБ к высшим гармоникам всегда должна учитываться при применении конденсаторов в электрических сетях. Применение КБ сопряжено с возможностью резонансных явлений благодаря образованию индуктивными и емкостными элементами сети последовательных и параллельных цепей. Резонансные явления сопровождаются усилением напряжений (резонанс напряжений) или токов (резонанс токов) на частотах выше номинальной (50 Гц), обусловленных наличием в сети источников высших гармоник тока. На резонансной частоте индуктивное ХL(n) и емкостное ХC(n) сопротивления равны, т.е. nL = 1/(nC), где ХL(n) = nL — входное сопротивление сети в точке подключения КБ, сопротивление которой ХC(n) = 1/(nC). Поэтому всегда при выборе мощности КБ и, следовательно, ее сопротивления, а также места подключения КБ необходимо убедиться в том, что резонансные явления исключены. Это требование относится и к КБ, входящим в состав ФКУ.
Что называется конденсатором?
Что называется электрической ёмкостью?
Как определяется общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов?
Как определяется общая ёмкость последовательно соединённых конденсаторов