Основні властивості електричних мереж постійного струму

n        – кількість  поділок,

 на яке відхилилася стрілка  приладу при вимірюванні.

5.                 Абсолютна похибка – різниця  між показанням приладу та  дійсним значенням вимірюваної  фізичної величини:

D = А – Ад ,                                      

де      D       – абсолютна похибка;

А       – показання  приладу;

Ад      – дійсне значення вимірюваної фізичної величини.

6.                 Відносна похибка – відношення  абсолютної похибки до дійсного  значення вимірюваної фізичної  величини (виражене у відсотках):                                        

7.                 Приведена похибка – відношення  абсолютної похибки до межі  вимірювання приладу (виражене  у відсотках):                                   

8.                 Клас точності – відношення  максимальної абсолютної похибки  (встановлюваної при проектуванні  приладу) до межі вимірювання  приладу (виражене у відсотках)

Для зменшення похибки вимірювання  необхідно вибирати межу вимірювання  приладу так, щоб його показання  знаходилося на останній третині  шкали приладу

При роботі електровимірювальний прилад повинний споживати мінімально можливу  потужність, щоб не змінювати режим  роботи контрольованого об'єкта.

 

 

Електричні вимірювання  трифазної мережі

Для вимірювань потужності і енергії  трифазної системи можуть бути застосовані  один прилад (ватметр або лічильник), два прилади або три прилади.

Метод одного приладу застосовується в симетричних трифазних системах, де фазні напруги, струми і кути зсуву  фаз рівні між собою, і   ґрунтується  на використовуванні виразів для  потужності P = 3UфІф·cos φ =

При асиметричній системі, в якій значення струмів і напруг окремих фаз  не однакові, а також розрізняються  кути зсуву фаз між векторами  струмів і напруг, використовується метод двох приладів. Нарешті, в загальному випадку, у тому числі і в чотирипровідній  асиметричній системі, застосовується метод трьох приладів, а потужність і енергія визначається як сума фазних параметрів.

Надалі обмежимося розглядом тільки методів вимірювання потужності, що дає також уявлення і про  методи вимірювання енергії.

Метод одного приладу. Якщо трифазна система симетрична, а навантаження сполучені зіркою з доступною  нульовою точкою, то однофазний ватметр  включають по схемі рисунок 2, а  і вимірюють ним потужність однієї фази.

 

Потужність однофазної мережі постійного струму

Відомо, що потужність постійного електричного струму Ρ=U·I, а звідси випливає, що у колах постійного струму потужність можна виміряти за допомогою вольтметра та амперметра, увімкнення яких здійснюється за схемами, що зображені на рис. 5.3. Величина потужності буде дорівнювати добутку напруги на силу струму. Але з ряду причин цей метод недостатньо точний, а тому він практично не використовується.

Вимірювання потужності в електричному колі постійного струму зручніше і точніше можна провести за допомогою спеціального приладу, який називається ватметром електродинамічної системи. Увімкнення ватметра у коло здійснюється за однією зі схем, зображених на рис.1.

У цьому випадку величина потужності визначається для схеми рис.1, а за формулою

 

де U·І — дійсне значення потужності, що споживається; Uпосл -

напруга у послідовному колі ватметра; для схеми (рис.1, б) за формулою

 

де U·I — дійсне значення потужності, що споживається; Іпар -струм, що тече у паралельному колі ватметра.

Рис.1. Схема вимірювання  потужності

 

 

 

 

Електричні трьохфазні мережі

3 метою заощадження електричної  енергії під час її транспортування  та ефективності її використання  у техніці об'єднують низку  кіл з незалежними джерелами  живлення в одну Мережу. Широко вико­ристовуються трифазні та шестифазні кола.

Трифазну Мережу вперше розробив та впровадив наприкінці XIX ст. М.О. Доліво-Добровольський. Джерелом енергії у трифазних  системах є три обмотки генератора. Обмотки укладаються таким чином, що вони індукують змінні ЕРС, які  зсунуті на третину періоду.

Трифазне електрична  мережа—  це сукупність трьох електричних  кіл, що мають синусоїдну ЕРС однакової  частоти. ЕРС зсунуті за фазою  на одну третину періоду. Ці ЕРС генеруються  в одному (звичайно машинному) джерелі  живлення.

Мережами називають незалежні  електричні кола з незалежними джерелами  живлення, що об'єднуються в одну Мережу.

Мережами також називаються  незалежні джерела живлення кожного  кола, що об'єднуються.

Мережами ще називаються приймачі електричної енергії в кожному  колі, що об'єднуються.

За визначенням трифазної мережамимиттєві  значення фазних ЕРС є:

Мережи джерел позначаються буквами  Л, В, С, а Мережи приймачів а, в, с. На рис. 11 наведено векторну діаграму ЕРС.

Трифазна мережа, що має однакові умови в усіх фазах (комплексні опори  та амплітуди ЕРС рівні), називається  симетричною.

 Три незалежних кола можна  об'єднати таким чином, що кінці  фазних обмоток генератора та  Мережи приймачів утворять два  вузли. Таке об'єднання називається  з 'єднанням зіркою.

Провід, що з'єднує два вузли, називається  нейтральним, або нейтраллю. Інші проводи (Аа, Вв, Сс) називаються лінійними. Напруга  на затискачах фаз генератора (або  навантаження) називається фазною напругою. Струм у обмотках фаз або фазних навантаженнях — це фазний струм. Напруга між лінійними проводами  —лінійна напруга. Струм у лінійних проводах називається лінійним струмом.

 

 

              Основні поняття та принципи аналіза перехідних процесів в електричних мережах

1. Основнi поняття та визначення

Стацiонарний режим (процес) характеризується тим, що струми i напруги  або незмiннi у часi (кола постiйного  струму), або є перiодичними функцiями  часу (кола змiнного струму).

Реальнi електричнi процеси  завжди вiдрiзняються вiд стацiонарних, тому що будь-яка неперiодична змiна типу дiї або змiна параметрiв кола (або вигляду схеми) викликає порушення  стацiонарностi режиму.

Перехiдним зветься процес, який виникає в електричному колi при переходi вiд одного усталеного режиму до iншого. Перехiднi процеси  виникають за певних умов, наприклад, при комутацiї.

Комутацiя - це змiна параметрiв або схеми кола, пiдключення або вiдключення джерела електричної енергiї. Якщо коло мiстить тiльки активнi опори, то комутацiя "миттєво" викликає вiдповiднi змiни струмiв i напруг у вiтках. За наявностi реактивних елементiв комутацiя супроводжується появою перехiдних процесiв.

Отже, умовами виникнення перехiдних процесiв є:

1. комутацiя; 2) наявнiсть у колi реактивних елементiв.

3. Класичний метод аналiзу перехiдних процесiв. Вимушений i вiльний режими

 

Аналiз електричних процесiв  в ЛЕК, як вiдомо, базується на розв'язаннi рiвнянь Кiрхгофа для миттєвих значень  напруг i струмiв в елементах кола. Цi рiвняння приводяться до лiнiйного  неоднорiдного диференцiйного рiвняння з постiйними коефiцiєнтами.

У загальному виглядi процеси  в ЛЕК описуються лiнiйним диференцiйним рiвнянням n-го порядку:

де  - шукана функцiя; - вiдома функцiя, яка залежить вiд зовнiшньої дiї; - постiйнi коефiцiєнти.

 

В математицi існують рiзнi способи розв'язання рiвняння (1). Згiдно  з класичним методом розв'язок (1) слiд шукати у виглядi суми двох функцiй:

 

, (2)

 

де  - загальний розв'язок (1), який характеризує електричнi явища за вiдсутнiстю зовнiшньої дiї ( ). Якщо , то коло знаходиться в режимi власних (вiльних) коливань. Функцiї, що визначаються за загальним розв'язком, звуться вiльними складовими (струмiв, напруг тощо). В (2) - частинний розв'язок, що характеризує вимушений режим, який обумовлений зовнiшнiм джерелом. Якщо - постiйна функцiя або перiодична за часом, то вимушений струм (напруга) буде одночасно i усталеним.

 

Діючи та середні значення несінусоідальних величин

Способи подання несинусоїдальних величин. Відомо кілька способів подання  несинусоидально, що змінюються величин: у вигляді тригонометричних функцій, графіків, що обертаються векторів і комплексних чисел. Розглянемо подання несинусоидально, що змінюються величин, що обертаються векторами  й комплексними числами.

 Подання несинусоїдальних величин  обертовими векторами. Для подання  несинусоидально, що змінюється  величини, з початковою фазою  обертовим вектором побудуємо  радіус-вектор Ат цієї величини  довжиною (у масштабі побудови), рівній  амплітуді, і під кутом до  горизонтальної осі. Це буде  його вихідне положення в момент  початку відліку часу t=0.

 Якщо радіус-вектор обертати  з постійною кутовою швидкістю  Q, чисельно рівній кутовій частоті  несинусоїдальної величини а,  проти напрямку руху годинникової  стрілки, то його проекція на  вертикальну вісь буде дорівнює. За значеннями цих величин  можна побудувати графік залежності  несинусоїдальної величини від  фази або від часу. Така побудова  наведена для деяких значень  t.

 Подання несинусоїдальних величин  комплексними числами. Неважко  бачити, що мнима частина обертового  вектора дорівнює заданій синусоїдальній  величині. Подання несинусоїдальної  величини комплексною амплітудою  Ат і відповідної їй вектором  на комплексній площині геометрично  подібно поданню тієї ж несинусоїдальної  величини обертовим радіусом-вектором  А" у момент часу t=0.

 Тому може створитися враження, що обоє подання несинусоїдальних  величин практично збігаються. У  дійсності це не так. У випадку  подання несинусоїдальних величин  комплексними числами можна застосувати  ефективний комплексний метод  аналізу електричних кіл несинусоїдального  струму, що у цей час завоював  загальне визнання.

 

Потужність трехфазної системи

Трифа́зна система— змінний струм  у електричному колі, сконструйованому таким чином, щоб у трьох лініях коливання сили струму відбувалися  із зсувом фази на 2π / 3. Трифазний струм  широко використовується в системах промислового і побутового електропостачання. Свого розвитку трифазний (а не скажімо  дво- або чотирифазний) струм набув  завдяки тому, що дозволяє легко  створювати обертове магнітне поле, необхідне  для електродвигунів змінного струму. Тридротова лінія електропередач ("трифазка") дозволяє передавати втричі більшу потужність, ніж дводротова лінія завдяки  більшій рівномірності. Зараз трифазний  струм є основним стандартом підключення  побутових споживачів (будинків у  містах, вулиць у селах) та непотужних промислових споживачів.

Існують схеми трифазного струму із нульовим проводом і без нульового  провода. Нульовий провід дозволяє отримувати водночас вищу напругу, використовуючи переваги трифазної схеми електропостачання, зберігаючи можливість однофазного  підключення з меншою напругою.

В схемі з нульовим проводом споживач може під'єднувати навантаження між  нульовим проводом і однією з фаз  або між двома різними фазами.

Джерело трифазного струму конструюється  таким чином, що електрорушійна сила в трьох різних проводах трифазної  схеми описується формулами

де ν — частота.

Різниця напруг між двома фазами, наприклад, 1-ою і 2-ою дорівнює має в  разів більшу амплітуду.

Наприклад, в стандартній мережі електропостачання в Україні  напруга 220 В, а при підімкненні  між фазами — 380 В.

 Наведені формули справедливі  у випадку добре збалансованої  трифазної мережі, коли навантаження  у всіх трьох фазах однакові. В незбалансованих мережах існують  відхиленя кутів зсуву від  значення 2π / 3 і значеннь амплітуд  у фазах.

 Обертове магнітне поле в  електродвигуні трифазного струму.

Більшість побутових приладів розраховані  на роботу із однією фазою. Водночас потужні  трифазні електродвигуни конструктивно  простіші за однофазні, оскільки не потребують системи зсуву фаз.

 

 

                                             Призначення та принцип дії трансформатора

Трансформа́тор — пристрій, що використовується для зміни напруги  й сили змінного струму.

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. Передача електроенергії відбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій  силі струму. Тому зазвичай лінії електропередач високовольтні. Водночас побутові й  промислові машини вимагають високої  сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну.

Трансформатори характеризуються дуже високим коефіцієнтом корисної дії.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році, хоча ще в 1876 році Яблочков використовував аналогічний  пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова».

Будова й принцип дії

 Позначення трансформатора  у схемі

Трансформатор складається з обмоток  на спільному осерді. Одна з обомоток під'єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження. Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу е.р.с. у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношення е.р.с. у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках. В ідеальному випадку де індексом P позначені величини, що стосуються первинної обмотки, а індексом S — відповідні величини для вторинної обмотки, U — напруга, N — кількість витків, I — сила струму.