Основні властивості електричних мереж постійного струму

Основні властивості електричних  мереж постійного струму

Пості́йний струм — електричний  струм, незмінний в часі.

Необхідно відзначити деяку некоректність  терміну постійний струм: насправді  для постійного струму незмінним  є перш за все значення напруги (вимірюється  у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо  термін саме в цьому значенні.

Використовування терміну постійний  струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений  для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощо

Нерідко цим терміном називають  також електричний струм, який з  часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). Останнє  обумовлюється можливістю розкладу одержуваного сигналу в ряд Фур'є, у якого постійна складова буде не нульова.

Постійний струм широко використовується в техніці: переважна більшість  електронних схем як живлення використовує постійний струм. Змінний струм  використовується переважно для  зручнішої передачі від генератора до споживача.

Простим джерелом постійного струму є хімічне джерело (гальванічний елемент або акумулятор), оскільки полярність такого джерела не може мимовільно змінитися. Для отримання  постійного струму використовують також  електричні машини — генератори постійного струму. У електронній апаратурі, що живиться від мережі змінного струму, для отримання пульсуючого струму використовують випрямляч. Далі для зменшення пульсацій може бути використаний згладжуювальний фільтр і, при необхідн мості, стабілізатор напруги.

Автотрансформаторы

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.

Схема автотрансформатора

Схема «безопасного» автотрансформатора

Закон Кірхгофа

Зако́ны Кирхго́фа (или правила  Кирхгофа) — соотношения, которые  выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической  цепи. Правила Кирхгофа позволяют  рассчитывать любые электрические  цепи постоянного и квазистационарного тока. Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так  как пригодны для решения многих задач теории электрических цепей. Применение правил Кирхгофа к линейной цепи позволяет получить систему  линейных уравнений относительно токов, и соответственно, найти значение токов на всех ветвях цепи. Сформулированы Густавом Кирхгофом в 1845 году.

Формулировка

Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической цепи выделяются узлы — точки соединения трёх и  более проводников и контуры  — замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может  входить в несколько контуров.

В этом случае законы формулируются  следующим образом.

Первый закон

Первый закон Кирхгофа (Закон  токов Кирхгофа, ЗТК) гласит, что  алгебраическая сумма токов в  любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся  с обратным знаком):

Второй закон

Второй закон Кирхгофа (Закон  напряжений Кирхгофа, ЗНК) гласит, что  алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное  падение напряжений равно нулю:

для постоянных напряжений

для переменных напряжений

 

 

 

Режими роботи електричної  мережі постійного струму

Вхідні дані для розрахунку сталого  режиму роботи мережі наступні:

- схема з'єднань елементів, параметри  елементів мережі;

- потужності навантажень споживачів;

- значення напруги в одному  з вузлів мережі. Цей вузол  називають опорним по напрузі.

 Задача розрахунку сталого  режиму полягає в більшості  випадків у визначенні режимних  параметрів мережі: значення напруг  у всіх вузлах (на всіх шинах), потужностей у всіх гілках.

 Електричну систему будь-якої  складності при розрахунках представляють  відповідною схемою заміщення.  Схема заміщення складається  з схем заміщення елементів,  які є в електричній мережі, що розглядається.  Вибір різновиду  схеми заміщення  елемента  залежить від мети розрахунку, класу напруги мережі. Ці схеми  заміщення окремих елементів  сполучаються між собою згідно  з схемою електричної мережі. Параметри схеми заміщення визначаються  за каталожним даними елементів  мережі.

 Існують традиційні (без ПЕОМ) методи розрахунку і класичні  методи, які реалізовані в програмах  розрахунку аналізу режимів електричної  мережі на ПЕОМ.

 Розрахунок сталого режиму  роботи електричної мережі без  ПЕОМ складається з наступних  етапів:

1. Розробка схем заміщення: вихідної, з приведеними навантаженнями, з  розрахунковими навантаженнями  і визначення параметрів цих  схем заміщення. 

2. Розрахунок потокорозподілу  в розрахунковій схемі заміщення.  Виконується при переміщенні  від периферійних вузлів до  джерела живлення. При цьому на  кожній дільниці мережі використовуються  значення потужностей в кінці  гілки, напруга в кінцевому  вузлі гілки. На першій (нульовий) ітерації розрахунку в задаються  напругами у вузлах мережі. Рекомендуються  приймати їх рівними номінальній  напрузі мережі. На наступних  ітераціях використовуються значення  напруг попередньої ітерації  розрахунку.

3. Розрахунок напруг у вузлах  мережі. При цьому переміщаються  від джерела живлення до периферійних  вузлів.

 Розрахунок напруги в кінці  гілки виконують по потужностях  на початку гілки і по напруги  у вузлі початку гілки.

         4. Перевіряють  виконання критерію закінчення  розрахунку. При невиконанні критерію  переходять до чергової ітерації  розрахунку. Кожна ітерація включає  в себе етапи 2-4.

2. Схеми заміщення: вихідна,  з приведеними навантаженнями, з  розрахунковими навантаженнями. Розрахунок  сталого режиму магістральної  мережі. Розглянемо мережу напругою 110 кВ (рис. 1)

 

Електричні однофазні  мережі сінусоідального струму

Універсальні стаціонарні однофазні  машини для сінусоідального струму(рис. 1, табл. 1) складаються з корпуса, в середині якого знаходиться  сінусоідального струму, колодки  вторинного витка якого з'єднані з консолями-хоботами, електродотримачами і електродами гнучкими та жорсткими  шинами. Верхній електрод переміщується  вверх і вниз (робочий і додатковий хід) разом із верхнім повзуном механізму  стику. Найбільше розповсюдження в  цих машинах набули пневматичні  приводи зусилля (пневмопоршневі й  пневмодіафрагмові). У пневматичних системах обладнання для контактного  зварювання використовуються електропневматичні клапани та пневморозподілювачі, які  змінюють напрямки потоків стиснутого повітря у пневмоприводах, типів  КПЭМ (змінного струму), КЭП, П-ЭПР, П-РЭ, В та П-Р4Ф (постійного струму на 12, 24, 36...В), перемикачі та пневморозподілювачі  ручні кранові типів ППМ, П-РВП, В-71 та ін.

Схема машини сінусоідального струму

Діючи та середні значення сінусоідальних напруг та струмів

У колі змінного синусоїдального струму напруга сила струму весь час змінюються. Виникає питання, яке значення сили струму чи напруги прийняти за характеристики цього струму. Середні значення сили струму напруги за період дорівнюють нулю і не можуть служити їх характеристиками. Можна, звичайно, користуватися амплітудними значеннями, але з ряду міркувань  в електротехніці і радіотехніці користуються переважно не амплітудними значеннями сили струму і напруги, а  так званими діючими. Ознайомимося з цими поняттями і встановимо зв'язок між діючими й амплітудними значеннями. Найзручніше це зробити, розглядаючи потужність, яка виділяється  в провіднику під час проходження  змінного струму.

Під час проходження по колу змінний  струм промислової частоти (50 Гц) нагріває провідник, наприклад нитку  електричної лампи чи спіраль  електроплитки. Сила струму і напруга  в колі змінюються і до того ж  порівняно швидко – 50 раз на секунду. Тому кількість виділеної енергії  також дужо швидко змінюється з часом. Цих змін ми не помічаємо, оскільки при великій частоті змінного струму нитка чи спіраль не встигають  охолонути за моменти часу, коли сила струму дорівнює нулю.

Виділювана в колі потужність також  змінюється з часом. Але, як правило, у всіх випадках нам слід знати  середню потужність струму на ділянці  кола за великий інтервал часу, який включає багато періодів. Для цього  досить знайти середню потужність за один період (у наступні періоди  в колі виділяється така сама кількість  енергії). Середня за період потужність змінного струму дорівнює відношенню сумарної енергії, яка надійшла в  коло за період, до тривалості періоду.

 

 

 

 

Електричні вимірювання  в мережах постійного струму

Метод вимірювання – сукупність способів використання засобів вимірювальної  техніки та принципу вимірювань для  створення вимірювальної інформації.

Серед різних видів вимірювань ФВ найточнішими за інших рівних умов є пряме вимірювання. Розглянемо класифікацію методів прямих вимірювань.

Диференційний (різницевий) метод. Метод  вимірювання, за яким невелика різниця  між вимірюваною величиною та вихідною величиною одноканальної  міри вимірюється відповідним засобом  вимірювання.

Він реалізується шляхом подання на один вхід вимірювальної схеми порівняння (ВСП) величини X, що вимірюється, а на другий вхід через масштабний вимірювальний  перетворювач одиниці ФВ N від міри М, однорідної з ФВ X, що вимірюється.

На виході ВСП видається різниця  , де k – коефіцієнт перетворення масштабного перетворювача. Схема проведення такого порівняння показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурна схема для  здійснення диференційного методу вимірювання

 

Електричні вимірювання  в однофазних мережах сінусоідального  струму

Електричні вимірювання в однофазних мережах сінусоідального струму виконує перетворення різних електричних  величин (сили струму, напруги, активних і реактивних потужностей та енергій, коефіцієнта потужності, опору, індуктивності, ємності та інших) у візуальну  форму, зручну для сприйняття.

Електричні вимірювання в однофазних мережах сінусоідального струму, який поміщений у корпус, та допоміжних частин (затиски для підключення, перемикачі меж вимірювань, блок живлення, коректор та інші). Вимірювальний механізм складається з рухомої і нерухомої  частин, та має шкалу з певною кількістю поділок.

Принцип дії вимірювального механізму  може бути заснований на явищі електромагнетизму, електромагнітної сили або теплової дії струму. В результаті цих явищ виникає обертаючий момент, який повертає рухому частину вимірювального механізму  разом з покажчиком (стрілкою). Стрілка  відхиляється на кут, прямо пропорційний значенню вимірюваної фізичної величини. В протидію обертаючому моменту (електромагнітним або механічним шляхом) створюється рівний та протидіючий  момент, тому що інакше стрілка буде відхилятися до кінця шкали при  будь-якому значенні вимірюваної  величини (відмінної від нуля).

Електровимірювальні прилади характеризуються наступними величинами:

1.       Межа вимірювання  – найбільше значення фізичної  величини, яке можна вимірити  приладом.

2.       Ціна поділки  – кількість одиниць вимірюваної  фізичної величини в одній  поділці шкали приладу:

де      Сп      – ціна поділки приладу;

          Аmax   – межа вимірювання приладу;

          nmax   – кількість поділок на шкалі  приладу.    

3.                 Чутливість – кількість поділок  шкали, на яку відхиляється  стрілка приладу при зміні  вимірюваної фізичної величини  на одну одиницю:.                                           

4.                 Показання приладу – значення  фізичної величини, яке вимірює  прилад (визначається як добуток  ціни поділки приладу на кількість  поділок, на яке відхилилася  стрілка приладу при вимірюванні):

А = Сп n ,                                                   (

де      А       – показання приладу;