1 . Синусоидальные величины. Их частота, амплитуда, фаза, начальная фаза. Экономическая целесообразность применения переменных токов. Математически синусоидальные величины записывают в следующем виде: напряжение u = Um sin (ωt + φu), ток i = Im sin (ωt + φu - φ).В указанных выражениях: u, i — мгновенные значения напряжения и тока (т. е. значения в данный момент времени t); Um, Im — наибольшие значения (амплитуды); ω — угловая частота; φu — начальная фаза напряжения; φ — сдвиг по фазе тока относительно напряжения; значения (ωt + φu), (ωt + φu - φ) называют фазами напряжения и тока. Фаза — величина, определяющая состояние колебательного процесса в каждый момент времени. Мгновенные значения обозначают строчными латинскими буквами u, i. Частота — это число колебаний переменной величины в одну секунду. Синусоидальную форму тока и напряжения удобно получать и использовать в электрических машинах (генераторах и двигателях). При синусоидальной форме тока в нем отсутствуют составляющие других частот (гармоники), создающие дополнительные потери в электрических машинах. Переменный ток дал возможность эффективного дробления электрической энергии и изменения величины напряжения с помощью трансформаторов. Появилась возможность производства электроэнергии на крупных электростанциях с последующим экономичным ее распределением потребителям, увеличился радиус электроснабжения.

2. Среднее и действующее значение синусоидальных величин. Значение периодического тока, равное такому значению постоянного тока, который за время одного периода произведет тот же самый тепловой или электродинамический эффект, что и периодический ток, называют действующим значением периодического тока: Среднее значение Действующее, эффективное, среднее значение тока по тепловыделению .

3 . Векторное изображение синусоидальных ЭДС, напряжений и токов. Представление синусоидальных величин с помощью комплексных чисел. На декартовой плоскости из начала координат проводят векторы, равные по модулю амплитудным значениям синусоидальных величин, и вращают эти векторы против часовой стрелки с угловой частотой, равной w. Фазовый угол при вращении отсчитывается от положительной полуоси абсцисс. Проекции вращающихся векторов на ось ординат равны мгновенным значениям ЭДС е1 и е2 (рис. 3). Совокупность векторов, изображающих синусоидально изменяющиеся ЭДС, напряжения и токи, называют векторными диаграммами. При построении векторных диаграмм векторы удобно располагать для начального момента времени (t=0), что вытекает из равенства угловых частот синусоидальных величин и эквивалентно тому, что система декартовых координат сама вращается против часовой стрелки со скоростью w. Таким образом, в этой с истеме координат векторы неподвижны (рис. 4).Геометрические операции с векторами можно заменить алгебраическими операциями с комплексными числами, что существенно повышает точность получаемых результатов.Каждому вектору на комплексной плоскости соответствует определенное комплексное число, которое может быть записано в :показательной    тригонометрической      или алгебраической      - формах. Например, ЭДС , изображенной на рис. 7 вращающимся вектором, соответствует комплексное число .Фазовый угол  определяется по проекциям вектора на оси “+1” и “+j” системы координат, как  .В соответствии с тригонометрической формой записи мнимая составляющая комплексного числа определяет мгновенное значение синусоидально изменяющейся ЭДС: Комплексное число  удобно представить в виде произведения двух комплексных чисел: Параметр , соответствующий положению вектора для t=0 (или на вращающейся со скоростью w комплексной плоскости), называют комплексной амплитудой: , а параметр  - комплексом мгновенного значения.Параметр является оператором поворота вектора на угол wt относительно начального положения вектора.Вообще говоря, умножение вектора на оператор поворота  есть его поворот относительно первоначального положения на угол ±a.Следовательно, мгновенное значение синусоидальной величины равно мнимой части без знака “j” произведения комплекса амплитуды  и оператора поворота : .Переход от одной формы записи синусоидальной величины к другой осуществляется с помощью формулы Эйлера: Если, например, комплексная амплитуда напряжения задана в виде комплексного числа в алгебраической форме: ,- то для записи ее в показательной форме, необходимо найти начальную фазу , т.е. угол, который образует вектор  с положительной полуосью +1: .Тогда мгновенное значение напряжения: ,где .При записи выражения для определенности было принято, что , т.е. что изображающий вектор находится в первом или четвертом квадрантах. Если , то при  (второй квадрант) а при  (третий квадрант) или Если задано мгновенное значение тока в виде , то комплексную амплитуду записывают сначала в показательной форме, а затем (при необходимости) по формуле Эйлера переходят к алгебраической форме: .Следует указать, что при сложении и вычитании комплексов следует пользоваться алгебраической формой их записи, а при умножении и делении удобна показательная форма.

20. Назначение ферромагнитных сердечников в электрических устройствах. Потери стали и способы их уменьшения. Влияние магнитного насыщения сердечника на форму тока в катушке.Нелегированная электротехническая сталь не находит широкого применения в электротехнике из-за низкого удельного электросопротивления, что увеличивает потери энергии на вихревые токи. В мощных устройствах на переменном токе шире используется электротехническая кремнистая сталь.Легирование кремнием значительно повышает электросопротивление стали. При этом увеличивается магнитная проницаемость, уменьшаются коэрцитивная сила и потери на гистерезис. Однако содержание кремния в сталях ограничивается 4,8% из-за роста хрупкости и ухудшения обработки давлением.Электрические потери в стали на вихревые токи растут пропорционально квадрату частоты тока, квадрату толщины листа (ленты) и обратно пропорционально удельному электросопротивлению. Вот почему кремнистые стали применяются в виде тонких листов и лент толщиной 1 мм и меньше (в устройствах, работающих на повышенных частотах, рекомендуются листы и ленты толщиной до 0,1 мм).В случае насыщения сердечника форма тока будет искривлена.

4 . простейшие цепи переменного тока. цепь, содержащая активное сопротивление R, индуктивность L, емкость С. Простейшие цепи – цепи, содержащие один элемент. 1. Участок цепи, содержащий активное сопротивление.Зададимся изменением тока в резисторе по синусоидальному законуi(t) = I_mR sin(ωt + ψ_i).Воспользуемся законом Ома для мгновенных значений тока и напряженияu(t) = R i(t)и получим(2.13)u(t) = R I_mR sin(ωt + ψ_i).Формальная запись синусоидального напряжения имеет вид(2.14)u(t) = U_mR sin(ωt + ψ_u)Соотношения (2.13) и (2.14) будут равны если будут выполнены условия равенства амплитуд и фаз(2.15)U_mR = R I_mR,(2.16)ψ_u = ψ_i.Соотношение (2.15) может быть записано для действующих значений(2.17)U_R = R I_R.Соотношение (2.16) показывает, что фазы напряжения и тока в резисторе совпадают. Графически это представлено на временной диаграмме (рис. 2.7) и на комплексной плоскости (рис. 2.8).Рис. 2.7 и 2.82. Участок цепи, содержащий идеальную индуктивность (рис 2.9)Рис. 2.9Зададим изменение тока в индуктивности по синусоидальному законуi(t) = I_mL sin(ωt + ψ_i).Используем уравнение связи между током и напряжением в индуктивностиu_L = L · di / dtи получимu_L(t) = ωL · I_mL cos(ωt + ψ_i).Заменим cos на sin и получим(2.18)u_L(t) = ωL · I_mL sin(ωt + ψ_i + 90°).Формальная запись синусоидального напряжения имеет вид(2.19)u_L(t) = U_mL sin(ωt + ψ_u).Соотношения (2.18) и (2.19) будут равны если выполняется условие равенства амплитуд и фаз(2.20)U_mL = ωL · I_mL,(2.21)ψ_u = ψ_i + 90°.Уравнение (2.20) можно переписать для действующих значений(2.22)U_L = ωL · I_L.Уравнение (2.21) показывает, что фаза тока в индуктивности отстает от фазы напряжения на 90°. Величину X_L = ωL в уравнении (2.20) называют индуктивным сопротивлением. Единицей его измерения является Ом. Графически электрические процессы в индуктивности представлены на рис. 2.10, 2.11.Рис. 2.10 и 2.113. Участок цепи, содержащий ёмкость (рис. 2.12)Рис. 2.12Зададим изменение тока в емкости по синусоидальному законуi(t) = I_mC sin(ωt + ψ_i).Используем уравнением связи между током и напряжением в емкостиu_C = 1 / C · ∫ i dt,и получимu_C = 1 / (ωC) · I_mC (-cos(ωt + ψ_i)).Заменим –cos на sin(2.23)u_C = 1 / (ωC) · I_mC sin(ωt + ψ_i - 90°).Формальная запись синусоидального напряжения имеет вид(2.24)u_C = U_mC sin(ωt + ψ_u).Соотношения (2.23) и (2.24) будут равны если выполняется условие равенства амплитуд и фаз(2.25)U_mC = 1 / (ωC) · I_mC,(2.26)ψ_u = ψ_i - 90°.Уравнение (2.25) можно переписать для действующих значений(2.27)U_C = 1 / (ωC) · I_C.Уравнение (2.26) показывает, что фаза напряжения в емкости отстает от фазы тока на 90°. Величину X_C = 1 / (ωC) в уравнении (2.25) называют емкостным сопротивлением цепи и измеряют его в Омах. Графически электрические процессы в емкости представлены на рис. 2.13, 2.14.Рис. 2.13 и 2.14

5 . Неразветвленная цепь переменного тока, содержащая R, L, C. второй закон кирхгфа. закон ома. активное реактивное и полное сопротивление цепи. треугольник сопротивлений. резонанс напряжений. В любом участке неразветвленной цепи протекает одинаковый по силе ток, который прямо пропорционален напряжению на концах участка и обратно пропорционален его сопротивлению. Проведем анализ работы электрической цепи с последовательным соединением элементов R, L, С.Положим, что в этой задаче заданы величины R, L, С, частота f, напряжение U. Требуется определить ток в цепи и напряжение на элементах цепи. Из свойства последовательного соединения следует, что ток во всех элементах цепи одинаковый. Задача разбивается на ряд этапов.1. Определение сопротивлений.Реактивные сопротивления элементов L и С находим по формулам X_L= ωL, X_C = 1 / ωC, ω = 2πf.Полное сопротивление цепи равно ,угол сдвига фаз равен(2.42)φ = arctg((X_L - X_C) / R),2. Нахождение тока. Ток в цепи находится по закону ОмаI = U / Z, ψ_i = ψ_u + φ.Фазы тока и напряжения отличаются на угол φ.3. Расчет напряжений на элементах. Напряжения на элементах определяются по формуламU_R = I R, ψ_uR = ψ_i ;U_L = I X_L, ψ_uL = ψ_i + 90° ;U_C = I X_C, ψ_uC = ψ_i - 90°.Для напряжений выполняется второй закон Кирхгофа в векторной форме.Ú = Ú_R + Ú_L + Ú_C.4. Анализ расчетных данных. В зависимости от величин L и С в формуле (2.42) возможны следующие варианты: X_L > X_C; X_L < X_C; X_L = X_C.Для варианта X_L > X_C угол φ > 0, U_L > U_C. Ток отстает от напряжения на угол φ. Цепь имеет активно-индуктивный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид (рис. 2.16).Для варианта X_L < X_C угол φ < 0, U_L < U_C. Ток опережает напряжение на угол φ. Цепь имеет активно-емкостный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид (рис. 2.17).Для варианта X_L = X_C угол φ = 0, U_L = U_C. Ток совпадает с напряжением. Цепь имеет активный характер. Полное сопротивление z=R наименьшее из всех возможных значений X_L и X_C. Векторная диаграмма напряжений имеет вид (рис. 2.18). Этот режим называется резонанс напряжений (U_L = U_C). Напряжения на элементах U_L и U_C могут значительно превышать входное напряжение. Под законом Ома в комплексной форме понимают:Í = Ú / Z Комплексное сопротивление участка цепи представляет собой комплексное число, вещественная часть которого соответствует величине активного сопротивления, а коэффициент при мнимой части – реактивному сопротивлению.По виду записи комплексного сопротивления можно судить о характере участка цепи:R + j X — активно-индуктивное сопротивление;R – j X — активно-емкостное. Второй закон. В замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма комплексных действующих значений ЭДС равна алгебраической сумме комплексных падений напряжений в нём. . Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию). Реактивное сопротивление - это сопротивление проводников переменного тока с учётом поверхностного эффекта. Z = R + iX, где Z — импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, i — мнимая единица. Полное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I в этой цепи, где r и x — активное и реактивное сопротивления. Измеряется в омах. В треугольнике сопротивления, показанном отдельно на фиг. 156, все стороны обозначают сопротивления, причем гипотенуза его является полным или кажущимся сопротивлением цепи.Из треугольника сопротивлений видно, что полное или кажущееся сопротивление z равно геометрической сумме активного r и индуктивного x_L сопротивлений.Применяя теорему Пифагора к треугольнику сопротивлений, получаем:Если одно из сопротивлений цепи - (активное или реактивное), например, в 10 и более раз меньше другого, то меньшим можно пренебречь, в чем легко убедиться непосредственным расчетом. Резонансом называется такой режим работы цепи, включающей в себя индуктивные и емкостные элементы, при котором ее входное сопротивление (входная проводимость) вещественно. Следствием этого является совпадение по фазе тока на входе цепи с входным напряжением.

6. Активная, реактивная и полная проводимости. Треугольник проводимостей. Связь между проводимостями и сопротивлениями. В цепях синусоидального  тока ,  как и в цепях  постоянного тока ,  вводится понятие  проводимости . Под  комплексной проводимостью  Y понимают  отношение комплексного  действующего значения  тока  к комплексному  действующему  значению  напряжения . Y=I/U= 1/Z   ( 2.46)  Так как  Z= R+jX  , то     (2.47) Действительную  часть  комплексной проводимости обозначают G=R/(R2+ X2) = R/Z2    (2.48) и называют активной проводимостью. Важно отметить, что выражение активной проводимости при синусоидальном токе и зависит как от активного R, так и от реактивного Х сопротивления Мнимую часть комплексной  проводимости обозначают В= Х/Z2= X_L/Z2 –Xc/Z2=BL-Bc        (2.50) где BL= XL/ Z2  (2.51) индуктивная проводимость ; Bс= Xc/Z2      (2.51 б) емкостная проводимость 2.7.2. Модуль и аргумент  комплексной проводимости. Треугольник проводимостей. С учетом принятых обозначений ( 2.47) можно записать в виде: Y=G-jB      (2.52) или  показательной форме   (2.53) Здесь   Y=     (2.54) -модуль или полная проводимость;       (2.54) аргумент проводимости. Записав все величины в ( 2.46) в показательной форме , получим откуда следует, что полная  проводимость Y=I/U,j- угол  сдвига  фаз между напряжением  и током ,  равный аргументу  проводимости  с  обратным знаком . B=BL-BC при j>0 j Формулы  (2.54) и (2.55) легко  получится  из так называемого треугольника  проводимостей  (рис 2.33). Рис 2.33Из (2.46) выражение закона Ома через комплексную проводимостьI=YU (2.55)Из формул ( 2.48) и( 2.49), связывающих проводимости с сопротивлениями , можно выразить сопротивление через проводимости (2.56)Представление участка цепи комплексным сопротивлением Z=R+jX или проводимостью Y= G-jB соответствует двум схемам замещения этого участка : с последовательным соединением ( рис 2.34 а ) и с параллельным соединением элементов.

7. Разветвленные цепи переменного тока. Первый закон кирхгофа. методы расчета токов в разветвленных цепях. резонанс токов. Первый закон (ЗТК, Закон токов Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком): .Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Резонанс токов – возникает при параллельном соединении колебательного контура с источником энергии. Резонанс токов возникает тогда, когда индуктивная и емкостная проводимости одинаковы. При этом индуктивный и емкостный токи, направленные в противоположные стороны, полностью компенсируют друг друга. Ток в неразветвленной части схемы совпадает по фазе с напряжением.      Из условия возникновения резонанса тока получим формулу для резонансной частоты тока .       В режиме резонанса тока полная проводимость цепи - минимальна, а полное сопротивление - максимально. Ток в неразветвленной части схемы в резонансном режиме имеет минимальное значение. В идеализированном случае R = 0,       и       .        Ток в неразветвленной части цепи I = 0. Такая схема называется фильтр - пробкой.

8. Расчет цепи переменного тока при смешанном соединении приемников. Метод двух узловМетод двух узлов используется для цепей, имеющих n ветвей и два узла а и в (например, цепь, представленная на рис. 1).  Узловое напряжение определяется по формуле:           где - алгебраичес кая сумма произведений ЭДС ветвей на проводимости этих ветвей;- сумма проводимостей всех ветвей, соединяющих узлы а и в.Метод наложенияТок в любой ветви может быть рассчитан как алгебраическая сумма токов, вызываемых в ней от ЭДС каждого источника напряжения в отдельности. При расчете токов, вызванных каким-либо одним источником ЭДС, другие источники ЭДС замыкаются накоротко.Метод эквивалентного генератораДля определения тока I в произвольной ветви ав с сопротивлением r, нужно разомкнуть эту ветвь и часть цепи, подключенную к этой ветви заменить эквивалентным генератором с эдс Еrи внутренним сопротивлением rr.Расчет Еr ведется любым известным способом. Расчет rrведут полагая, что оно равно входному сопротивлению цепи с закороченными источниками эдс относительно ав. Определяют ток в искомой ветви:          Замена n последовательно соединенных сопротивлений эквивалентным:          Замена п параллельно соединенных сопротивлении эквивалентным:           Переходя к проводимостям получим:          Эквивалентное сопротивление при смешанном соединении сопротивлений складывается из суммы последовательно соединенныхсопротивлений и эквивалентного значения параллельно соединенных.

10. Коэффициент мощности и компенсация реактивной мощности. Экономическое значение повышения коэф. мощности. Методика расчета батареи статических конденсаторов. Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления предприятия, выработке методики и поиску средств для компенсации реактивной мощности.Компенсация реактивной мощности: средства компенсации реактивной мощностиИндуктивной реактивной нагрузке, создаваемой электрическими потребителями, можно противодействовать с помощью ёмкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, потребляемую от сети и называется корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности. Коэффициент мощности характеризует приёмник электроэнергии переменного тока. Численно равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность — расходуется на совершение полезной работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощности. В электроэнергетике имеет либо обозначение cosφ (где φ — сдвиг фаз между силой тока и напряжением), либо λ.Коэффициент мощности — комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть. Равен отношению активной и полной мощностей P/S (Вт/ВА)

9. Мощность в цепи переменного тока. мгновенная мощность. активная, реактивная и полная мощности. треугольник мощностей. Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Мгновенная электрическая мощность P (t), выделяющаяся на элементе электрической цепи — произведение мгновенных значений напряжения U (t) и силы тока I (t) на этом элементе: Если элемент цепи — резистор c электрическим сопротивлением R, то . Активная мощность Среднее за период Т значение мгновенной мощности называется активной мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением . Единица активной мощности — ватт (W, Вт). Реактивная мощностьРеактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = UI sin φ. Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (var, вар). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: . Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.Необходимо отметить, что величина sinφ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sinφ для значений φ от 0 до минус 90 ° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sinφ реактивная мощность может быть отрицательной величиной. Но отрицательное значение мощности нагрузки характеризует нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, емкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии. Модуль величины Q = UI sinφ приблизительно описывает реальные процессы преобразования энергии в магнитных полях индуктивностей и в электрических полях емкостей. Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения. Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sinφ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.Полная мощностьПолная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: , где Р — активная мощность, Q — р еактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (VA, ВА).Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: Возьмем треугольник сопротивлений и умножим его стороны на квадрат тока в цепи. Получим подобный треугольник мощностей (рис. 6.18).

6 1. Рабочие характеристики синхронного двигателя и сравнение их с характеристиками асинхронного двигателя.Рабочими характеристиками синхронного двигателя называют зависимость оборотов n2, тока статора I, подведенной мощности Р, полезного вращающего момента М, cos φ и к.п.д. η от полезной мощности на валу двигателя P при постоянных напряжении сети U, частоте сети f и токе возбуждения i. Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, развиваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности cos φ и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 сети остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя. в отличие от асинхронного двигателя, cos φ у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения cos φ и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе.

59. Трехфазные синхронные машины. Устройство, принцип действия генератора и двигателя.Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции - возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита - ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем.Вращающееся магнитное поле, создаваемое расположенными на статоре обмотками с током, взаимодействует с токами ротора, приводя его во вращение.

58. Система двигатель-генератор. Генератор-двигатель» система электропривода, система «Г-Д», система Леонарда, система электропривода, в которой исполнительный электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от генератора тока также независимого возбуждения. «Г.-д.» с. применяется главным образом для электроприводов, работающих в напряжённом режиме с частым включением, с широким регулированием скорости или с особыми требованиями к регулированию скорости, момента и др. характеристик электропривода. «Г.-д.» с. наиболее распространены в установках металлургической промышленности.

57. Двигатель постоянного тока (ДПТ). Классификация. Основные характеристики.Электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.По виду магнитной системы статора С постоянными магнитами С электромагнитами По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статораДвигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.Механические характеристики и характеристики момента двигателей постоянного тока.

56. Машины постоянного тока (МПТ), обратимость. Реакция якоря. Коммутация. ЭДС МПТ. Уравнения электрического равновесия ДПТ.Электрическая машина для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.Обрати́мость — свойство какого-либо процесса, выражающееся в существовании другого процесса, симметричного исходному относительно времени.Машина постоянного тока образуется из синхронной обращенной конструкции, если ее якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты.Коммутация — процессы, происходящие в первый момент времени после переключения в электрических цепях при замыканиях и размыканиях различных участков цепиУравнения электрического равновесия двигателя U=Ея+Rя

52. Механическая характеристика АД.Механическая характеристика асинхронного двигателя показывает взаимосвязь между частотой вращения п и вращающим моментом М двигателя при изменении режима от холостого хода до состояния покоя (пуск). Частота вращения лишь очень медленно падает с возрастанием нагрузки [примерно 5—10% от холостого хода до номинальной нагрузки (Мном)]

50. Электрические машины. Общие вопросы выбора электрических двигателей.Это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

53. Способы пуска АД с короткозамкнутым ротором.Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором очень прост. Для этого нужно при помощи рубильника (или другого пускового приспособления) включить обмотку статора под напряжение, и ротор начнет вращаться. При пуске двигатель с короткозамкнутым ротором берет из сети пусковой ток в 5—7 раз больший, чем ток, который потребляет двигатель при нормальной работе (номинальный ток).

55. Однофазные асинхронные двигатели.Однофазные асинхронные двигатели в отличие от трехфазных двигателей имеют на статоре однофазную обмотку (фиг. 239, a, б и в, обмотка А). Ротор однофазного двигателя имеет трехфазную обмотку с кольцами или короткозамкнутую обмотку. Выше было указано, что однофазный ток не создает вращающегося магнитного поля. Поэтому однофазные двигатели не имеют начального или пускового вращающегося момента. Для создания пускового момента на статоре двигателя располагают вторую, так называемую пусковую обмотку, сдвинутую относительно рабочей обмотки на угол 90° (фиг. 239, a и б, обмотка В). Обе обмотки питаются от сети однофазного тока. Для создания сдвига фаз между токами обеих обмоток на угол, близкий к 90°, последовательно с пусковыми обмотками, включается активное сопротивление или емкость (фиг. 239, a и б). Пусковая обмотка включается только на время пуска, и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она посредством рубильника К отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой.У однофазных двигателей малой мощности (0,5—30 Bт) пусковая обмотка представляет собой короткозамкиутые витки.В этом случае на статоре имеются явно выраженные полюсы, часть которых охватывается короткозамкнутыми витками. Токи в такой обмотке индуктируются рабочей обмоткой.Однофазные асинхронные двигатели по сравнению с трехфазными двигателями имеют следующие недостатки: 1) отсутствие начального пускового момента; 2) малая перегрузочная способность; 3) более низкий к. п. д.; 4) меньший коэффициент мощности

54. Способы пуска АД с фазным ротором.Электродвигатель с фазным ротором имеет ротор, на котором, как и на статоре, помещены три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами.Выше мы указывали на то, что введение активного сопротивления в цепь ротора при пуске уменьшает пусковой ток двигателя и увеличивает пусковой вращающий момент. Для этой цели двигатели с фазным ротором имеют пусковой реостат, соединенный с обмоткой ротора при помощи щеток, наложенных на контактные кольца. При пуске двигателя вводится полное сопротивление реостата.

49. Измерительные трансформаторы напряжения и тока.Электрический трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток (вторичное напряжение) практически пропорционален (пропорционально) первичному току (первичному напряжению), применяется в качестве измерительного преобразователя при измерениях больших токов, напряжений. У измерительных трансформаторов переменного тока при правильном включении разность фазовых углов на первичной и вторичной обмотках близка к нулюТрансформаторы напряжения бывают следующих видов:заземляемый трансформатор напряжения — однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен, или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;незаземляемый трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;каскадный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединенных секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток;емкостный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, содержащий емкостный делитель;двухобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку;трехобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.По исполнению и применению трансформаторы тока бывают следующих видов:встроенный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства;опорный трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для установки на опорной плоскости;проходной трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для использования его в качестве ввода;шинный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства (шинные трансформаторы тока имеют изоляцию, рассчитанную на наибольшее рабочее напряжение);втулочный трансформатор тока — проходной шинный трансформатор тока;разъемный трансформатор тока — трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого может размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током;электроизмерительные клещи — переносный разъемный трансформатор тока.

48. Автотрансформаторы, их экономические и технические достоинства по сравнению с обычными трансформаторами.Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет. Зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге - меньшая стоимость

4 7. Трехфазные трансформаторы.Трехфазные трансформаторы изготовляют главным образом стержневыми.Схема построения магнитопровода трехфазного стержневого трансформатора показана на рис. 102, а. Три одинаковых одно фазных трансформатора выполнены так, что их первичные и вторичные обмотки размещены на одном стержне сердечника, а другой стержень магнитопровода каждого трансформатора не имеет обмотки. Если эти три трансформатора расположились так, что бы стержни, не имеющие обмоток, находились рядом, то эти три стержня можно объединить в один 0 (рис. 102, б). Через объединенный стержень 0 будут замыкаться магнитные потоки трех одно фазных трансформаторов, которые равны по величине и сдвинуты по фазе на одну треть периода. Так как сумма трех равных по амплитуде и сдвинутых по фазе на 1/3 периода магнитных потоков равна нулю в любой момент времени (Фа + Фb + Фс=0), то в объединенном стержне магнитного потока нет и надобность в этом стержне отпадает. Таким образом, для магнитопровода достаточно иметь три стержня, которые по конструктивным соображениям располагаются в одной плоскости (рис. 102, в). На каждом стержне трехфазного трансформатора размещаются обмотки высшего и низшего напряжения одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом сверху и снизу. Легко видеть, что длина магнитных линий потока среднего стержня меньше, чем крайних стержней, так лак магнитный поток среднего стержня встречает на своем пути меньшее магнитное сопротивление, чем магнитные потоки крайних стержней. Поэтому в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток, чем в фазах, обмотки которых помещены на крайних стержнях.

46. Коэффициент полезного действия трансформатора. Экономические и технические достоинства трансформатора.КПД трансформатора находится по следующей формуле: гдеP₀ — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряженииP_L — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токеP₂ — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузкуn — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

4 5. Внешняя характеристика трансформатора. Влияние характера нагрузки трансформатора на вид внешней характеристики. Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичными током и напряжением при изменении нагрузки, неизменном значении первичного напряжения U₁ и заданном коэффициенте мощности cos φ₂ во вторичной цепи.Вторичное напряжение U₂ при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которое зависит от величины нагрузки.Внешняя характеристика может быть построена как по расчетным данным активного и индуктивного падений напряжения (расчетная внешняя характеристика), так и по опытным данным (внешняя характеристика конкретного трансформатора). Построение внешней характеристики показано на рис. 6.3. По оси ординат откладывается вторичное напряжение U₂, а по оси абсцисс — величина нагрузки α(в % или долях от номинальной мощности). Начальная точка внешней характеристики начинается от ординаты, равной U_2НОМ, а другой ее конец, против абсциссы α = 1 (т. е. при номинальной нагрузке), будет опущен против начала на величину ΔU — изменения напряжения.Так как изменение напряжения пропорционально нагрузочному токуI₂ (см. § 6.1), то внешняя характеристика практически представляет прямую линию. На рис. 6.3 построены две внешние характеристики — для cos φ₂=1 и cos φ₂= 0,8.Положения характеристик зависят от мощности и характера нагрузки трансформатора и при малой мощности они могут поменяться местами (при активной и активно-индуктивной нагрузках).

44. Опыт короткого замыкания. Определение потерь в меди и параметров трансформатора. Опыт короткого замыкания проводиться для определения активных сопротивлений  и  и индуктивностей рассеяния  и  первичной и вторичной обмоток трансформатора. Опыт проводиться по схеме, приведенной на рис. 2-8 при закороченной вторичной обмотке.Р ис. 2.8С помощью регулятора напряжения РН напряжение на первичной обмотке трансформатора постепенно увеличивается до значения,  , при котором ток в первичной обмотке достигнет номинального тока  . Это напряжение носит название напряжения короткого замыкания трансформатора. При этом измеряется мощность, потребляемая трансформатором  .Однако потери меди силовых трансформаторов в режиме холостого хода малы, в силу того, что мал ток холостого хода правильно спроектированного трансформатора.

43. Параметры и схема замещения приведенного трансформатора.

42. Работа трансформатора под нагрузкой. Роль Уравнение равновесия ЭДС для первичной и вторичной цепи.При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом: Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

41. Режим холостого хода трансформатора. Опыт холостого хода. Определение потерь в стали.Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Возможен вариант исполнения трансформатора с приблизительно равными токами холостого хода и под нагрузкой. Трансформаторы, не имеющие режима холостого хода, получаются меньше и легче.

40. Трансформаторы. Устройство, принцип действия, коэффициент трансформации.Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.Соотношение напряжений на входе и выходе трансформатора называется коэффициентом трансформации n :n=U1/U2=e1/e2=W1/W2 U1,U2 - входное и выходное напряжения соответственно e1,e2 - ЭДС в омотках катушек W1,W2 - число витков катушекЕсли n<1,то трансформатор повышающий; n>1 – понижающий

1 9 методы изменения активной мощности в трехфазных цепях.Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 3.18), каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную мощность.Рис. 3.18Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях.При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы P_Ф по схеме рис. 3.19. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 P_Ф.Рис. 3.19На рис. 3.19 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.Измерение активной мощности двумя ваттметрами. В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами (рис. 3.21). Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.На рис. 3.21 показана одна из возможных схем включения ваттметров: здесь токовые катушки включены в линейные провода с токами I_A и I_B, а катушки напряжения – соответственно на линейные напряжения U_AC и U_BC.Рис. 3.21При симметричной нагрузкеI_A = I_B = I_Л, U_AC = U_BC = U_Л.Рис. 3.22

1 1. Расчет сложных электрических цепей по уравнению Кирхгофа, методом контурных токов, методом эквивалентного генератора, методом наложения и методом узловых напряженийРасчет резистивных цепей методом составления уравнений Кирхгофа. С помощью законов Кирхгофа можно рассчитать токи в сколь угодно сложных цепях. Для этого необходимо проделать следующее: определить количество ветвей в заданной цепи; задаться предполагаемыми токами во всех ветвях и направлениями обходов в контурах (например, по часовой стрелке); по первому закону составитьn-1 уравнений, где n – количество узлов цепи; определить количество элементарных контуров в цепи; составить по второму закону Кирхгофа m уравнений, где m – число элементарных контуров.Рис. 1.17. Двухконтурная цепь.Например, в цепи рис. 1.17 по второму закону Кирхгофа можно составить два независимых уравнения, поскольку элементарных контуров два– FDABF и BAMNB.Для контура FDABF: (1.32)Для контура BAMNB: (1.33)В полученную систему уравнений подставить числовые значения  и любым методом рассчитать неизвестные в ветвях токи.Нанести на схему действительные токи с указанием их величин.Расчет сложной электрической цепи методом контурных токов выполняется в следующем порядке:1.Произвольно выбирают направление контурных токов, обозначают их и для удобства считают такое же направление обхода по контурам.2.Составляют уравнения по второму закону Кирхгофа с контурными токами. При этом если на участке цепи действует несколько контурных токов, то падение напряжения на этом участке равно алгебраической сумме падений напряжений, созданных каждым контурным током.Для определения величины и направления реальных токов применяют правила:  1.если на участке цепи действует только один контурный ток, то действительный ток равен контурному и имеет такое же направление;2.если на участке цепи действуют два контурных тока противоположных направлений, то действительный ток равен их разности и направлен в сторону большего тока;3.если в ветви действуют контурные токи одинакового направления, то действительный ток равен сумме и совпадает по направлению с ними.Р ис. 1.19. Схема, поясняющая метод контурных токов.Расчет электрической цепи методом эквивалентного генератора. Метод эквивалентного генератора используется для определения тока, напряжения или мощности в одной ветви сложной эквивалентной цепи. При этом всю остальную часть сложной цепи, к которой подключена данная ветвь, представляют в виде двухполюсника.Различают два метода эквивалентного генератора: метод эквивалентного генератора напряжения и метод эквивалентного генератора тока.Рис. 1.20 Схемы, поясняющие метод эквивалентного генератора.Метод расчета тока в выделенной ветви, основанный на замене активного двухполюсника эквивалентным генератором, принято называть методом эквивалентного генератора.1.        при расчете тока этим методом необходимо:2.        Найти напряжение на зажимах разомкнутой ветви;3.        Определить входное сопротивление Rвх всей схемы по отношению к зажимам ab при закороченных источниках ЭДС;4.        Определить ток по формуле: (1.43)Где R — сопротивление ветви ,в которой определяется ток.Расчет электрической цепи методом суперпозиции (наложения). При применении метода наложения для расчета сложных электрических цепей с несколькими источниками вначале предполагают, что в электрической цепи действует только одна ЭДС, и определяют токи, созданные ею. Эти токи называются частичными. При расчете частичных токов должны учитываться внутренние сопротивления источников, исключенных в этом случае из схемы.После этого оставляют в электрической цепи какую-либо другую ЭДС и исключают все остальные. При этом опять определяют частичные токи. Таким способом находят поочередно частичные токи, созданные каждой ЭДС отдельно. Затем производят наложение частичных токов, при котором определяют величину и направление действительных токов на основании того, что действительный ток в любом участке электрической цепи равен алгебраической сумме частичных токов, гдеI′ и I″ частичные токи т.е. (1.34)Метод суперпозиции основан на принципе независимости действия электродвижущих сил различных источников. Он применим только к линейным цепям, т.е. таким, сопротивление которых не зависит от величины протекающего тока или приложенного напряжения. Процессы в этих цепях описываются уравнениями первой степени. Если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент или в выражении, описывающем процессы в цепи, имеется хотя бы одна переменная величина со степенью выше первой, то метод суперпозиции принцип иально использован быть не может.Пусть имеется цепь. (рис. 1.18):Р ис. 1.18. Одноконтурная цепь.Очевидно, что общий ток в цепи I определяется из выражения .Частичные токи, создаваемые источниками Е1 и Е2 определяются выражениями: и . Учитывая значения E1, E2 и R, приведенные на схеме будем иметь:            .В соответствии с методом суперпозиции имеем: Метод узлового напряженияЭтот метод рекомендуется использовать в том случае, если сложную электрическую схему можно упростить, заменяя последовательно и параллельно соединенные резисторы эквивалентными, используя при необходимости преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду. Если полученная схема содержит несколько параллельно соединенных активных и пассивных ветвей, как, например, схема на рис. 1.27, то ее расчет и анализ весьма просто можно произвести методом узлового напряжения.Пренебрегая сопротивлением проводов, соединяющих ветви цепи, в ее схеме (рис. 1.27) можно выделить два узла: a и b. В зависимости от значений и направлений ЭДС и напряжений, а также значений сопротивлений ветвей между узловыми точками a и b установится определенное узловое напряжение U_ab. Предположим, что оно направлено так, как показано на рис. 1.27, и известно. Зная напряжение U_ab легко найти токи во всех ветвях.Выберем положительные направления токов и обозначим их на схеме. Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров (1.4), проходящих по первой и второй ветви, содержащих источники ЭДС, совершая обход контуров по часовой стрелке.Первая ветвь: E1 = I1(r01 + R1) + Uab.Вторая ветвь: -E2 = -I2(r02 + R2) + Uab.

17. Активная, реактивная и полная мощности несимметричной и симметричной трехфазных систем.активная мощность трехфазного приемника с учетом потерь в с опротивлении нейтрального провода ,реактивная и полная .Суммарная активная мощность симметричной трехфазной системы

1 2. Эквивалентное преобразование звезды в треугольник и обратно.Преобразование треугольник-звезда позволяет упростить расчёт цепей содержащих замкнутые контуры из резисторов и других пассивных элементов. Дальнейшие рассуждения проводятся для резисторов, но фактически применимы к произвольным импедансам. Идея преобразования — замена треугольника из резисторов более простой эквивалентной схемой — звездой.Прямое преобразованиеСопротивление между выводами 1 и 2 в схеме «звезда» есть R₁+R₂, а в схеме «треугольник» резистор R₁₂ соединён параллельно с последовательно соединёнными R₂₃ и R₁₃, то есть сопротивление между выводами 1 и 2 R₁+R₂=R₁₂(R₂₃+R₁₃)/(R₁₂+R₂₃+R₁₃), аналогично для других пар выводов. Решая эту очень простую систему уравнений, получаем: Преобразование треугольник-звезда бывает полезно, например, при расчёте сопротивления неуравновешенного мостаR₁/R₂≠R₄/R₃.Обратное преобразованиеЕсли решить исходную систему уравнений относительно сопротивлений R₁₂, R₁₃ и R₂₃, то получим формулы для обратного преобразования, из звезды в треугольник: Рис. 1.27

13. Четырехполюсники. Основные параметры.Четырёхполюсник — многополюсник, имеющий четыре точки подключения. Как правило, две точки являются входом, две другие — выходом.Основными параметрами четырехполюсника называют: коэффициенты, входящие в основные уравнения четырехполюсника; где ; ; ;  - коэффициенты четырехполюсника.