Pollife.ru

Стройка и ремонт
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Колебания напряжения в сети

Колебания напряжения в сети

Колебания напряжения в сетиРазобраться в явлении, именуемом «скачками», «прыжками» и «проседанием», следует для понимания последствий, которые могут наступить вследствие этих процессов. Любое колебание напряжение в сети – это отклонение от стандартов качества потребления. Разобраться в причинах происходящего довольно сложно, но необходимо для максимальной нейтрализации вредного фактора.

Основные показатели качества

Описать порядок всех норм официальных измерений и существующие требования к стандартам параметров электроэнергии не представляется возможным в рамках одного обзора. Для непосвященного читателя очень сложно разобраться в хитросплетениях огромного количества сложных и объемных формул и прочесть десятки страниц текстов, размещенных в ГОСТах. Рассмотрим только обобщенные понятия существующих норм по качественным характеристикам и некоторые, часто встречающиеся, виды отклонений.

  • отклонение напряжения на конкретном отрезке времени;
  • выявленный размах имеющегося изменения;
  • специальный коэффициент трансформации синусоидальности графического изображения кривой напряжения;
  • коэффициент, характеризующий гармоническую составляющую n-ого порядка;
  • номинальная доза фликера;
  • коэффициент для определения несимметрии напряжения в случае обратной последовательности;
  • появившееся отклонение частоты;
  • показатель несимметрии для варианта с нулевой последовательностью;
  • выявленная длительность имеющегося провала напряжения;
  • наличие импульсного напряжения;
  • характеристики перенапряжения временного типа.

Ознакомившись с основной информацией об этих показателях и их особенностями, вы приобретаете надежный инструмент для борьбы с плохим качеством и сможете вовремя предотвратить все его негативные последствия для вашего дома.

Явление отклонения напряжения

К числу самых главных параметров качества относится имеющееся в сети отклонение рабочего напряжения.

Рассмотрим нормы, которые установлены для данного значения. К ним относятся нормальные и предельно допустимые показатели установившегося отклонения. Определяются они на выводах в зонах приема энергии. Обычно на практике данная величина равняется +5, +10 % от рабочих стандартов напряжения в нашей сети. Для замеров существует строгое правило – выполнять их на протяжении, как минимум одной минуты.

В перечень нормальных отклонений входят все параметры, укладывающиеся в диапазон 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В). А вот в случае с предельными показателями применяется следующая раскладка – диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В).

Есть четко регламентируемая норма обозначить качество потребляемого электричества. Все имеющиеся отклонения отрицательного и положительного вида в конкретной точке передачи находятся в рамках 10 % от известных потребителю согласованных параметров напряжения на протяжении всего времени в течение недели.

kolebaniya napryazheniya v seti1

Колебания

Вторым по важности моментом является этот показатель. Для колебания характерны такие показатели, как доза фликера и размах изменения.

Во многом все значения идентичны стандартам отклонения с одной особенностью – длительность процесса составляет меньше минуты. Для нормально допустимого колебания существует такая норма – диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В). Для предельного принято такое значение – 10 %, то есть: +/-10 % (от 198 В до 242 В).

kolebaniya napryazheniya v seti2

Не упускайте из внимания важный нюанс – не следует путать положения двух ГОСТов, которые определяют нормы качества для сетей и для питания. Первый из них регламентирует правила для поставщиков энергии, а второй – к приборам по параметрам нормальной работы.

Читайте так же:
Где ставить выключатель для светодиодной ленты

Провал

Эта величина характеризуется временем своего проявления. В сетях с номиналом до 20 000 В предельным числом для данного показателя является 30 секунд. Выдержки сроков релейной защиты и срабатывания автоматики определяют длительность автономного устранения провала в любой точке в автоматическом режиме.

Значение падения до 0,9U и протяженность подобного процесса определяют начало провала. Максимальная длительность – 30 секунд. В отдельных случаях параметры провала могут достигать 100 %.

kolebaniya napryazheniya v seti3

Перенапряжение

Определяется коэффициентом временного порядка. Более 342 В – предел, за которым необходимо принимать в расчет данную величину. Верхняя граница в ГОСТах не обозначена. Временной отрезок чрезвычайно короткий – не превышает 1 секунды.

kolebaniya napryazheniya v seti4

Виды отклонений

На приведенных рисунках показаны возможности определения качественных показателей потребляемого электричества. Здесь вы можете отыскать отклонения по всем параметрам и четко определиться по характеристикам вышерассмотренных нарушений.

kolebaniya napryazheniya v seti5

Коротко об улучшении качества

В создавшейся ситуации с имеющимися значительными отклонениями параметров питающей сети от положенных стандартов, в первую очередь обратитесь к обслуживающему вас поставщику электричества. Для этого оформите официальный запрос к данной организации.

Может случиться так, что добиться конкретных результатов при таких административных действиях не удастся. В таком случае, используйте средства защиты специального назначения.

Для улучшения всех качественных характеристик существует много модификаций устройств типа стабилизаторов напряжения, приборов, обеспечивающих питание в бесперебойном режиме.

Тест с ответами: “Переменный ток”

2. Сила переменного тока практически во всех сечениях проводника одинакова потому, что:
а) сечение проводника везде одинаково
б) время распространения электромагнитного поля превышает период колебаний +
в) все электроны одинаковы по размерам

3. Сила тока на активном сопротивлении прямо пропорционально напряжению. Это выражение справедливо:
а) только для мгновенных значений силы тока и напряжения
б) только для амплитудных значений силы тока и напряжения
в) для мгновенных и амплитудных значений силы тока и напряжения +

4. Бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В. Это такое значение переменного напряжения:
а) действующее +
б) амплитудное
в) среднее

5. Показания амперметров в цепи переменного и постоянного тока одинаковы. Это означает, что на одинаковых сопротивлениях в цепи переменного тока выделяется мощность:
а) большая, чем в цепи постоянного тока
б) меньшая, чем в цепи постоянного тока
в) такая же, как в цепи постоянного тока +

6. Какое явление лежит в основе действия генераторов:
а) электролиз
б) электромагнитная индукция +
в) намагничивание

7. Как называется подвижная часть генератора:
а) трансформатор
б) статор
в) ротор +

8. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нем свободные электрические заряды:
а) упорядоченно +
б) хаотично
в) совершают колебательное движение

9. Что принято за направление электрического тока:
а) направление упорядоченного движения отрицательно заряженных частиц
б) определенного ответа дать нельзя
в) направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц +

10. Как изменилась сила тока в цепи, если увеличилась концентрация заряженных частиц в 4 раза, а скорость электронов и сечение проводника остались прежними:
а) не изменилась
б) увеличилась в 4 раза +
в) уменьшилась в 4 раза

Читайте так же:
Как провести интернет кабеля с розетками

11. Реактивное сопротивление обозначается:
а) Х +
б) R
в) Z

12. Ёмкость определяется формулой:
а) Q= I 2 * Х
б) С =1/2f Хс +
в) L= Х L /2f

13. Полная мощность цепи определяется формулой:
а) S= U* I +
б) Q= I 2 * Х
в) Р = I 2 * R

14. Индуктивное сопротивление определяется формулой:
а) L= Х L /2f
б) Х L = 2f/ Х L
в) Х L = 2f L +

15. Выберите верное(-ые) утверждение(-я):
а) в электрических сетях нашей страны используется переменный ток +
б) в электрических сетях нашей страны используется постоянный ток
в) оба варианта верны

16. Где происходит промышленное получение, переменного тока:
а) на заводах
б) на электростанциях +
в) на фабриках

17. Какова роль источника тока в электрической цепи:
а) порождает заряженные частицы
б) создает и поддерживает разность потенциалов в электрической цепи
в) нет верного ответа +

18. Применение в осветительной сети напряжение переменного тока частотой в 10-15 Гц изменит характер работы устройств:
а) да
б) нет +
в) в редких случаях

19. Частота изменения переменного тока в промышленных цепях составляет:
а) 60 Гц
б) 70 Гц
в) 50 Гц +

20. Действующее значение силы переменного тока соответствует определенному значению силы постоянного тока, выделяющего такое же количество теплоты:
а) не соответствует
б) соответствует +
в) иногда

21. В цепи с емкостным сопротивлением колебания силы тока отстают от колебаний напряжения:
а) нет +
б) да
в) периодически

22. Переменный ток в цепи – это результат свободных электромагнитных колебаний:
а) да
б) нет +
в) периодически

23. Конденсатор создает бесконечное сопротивление постоянному току и определенное конечное значение для переменного тока:
а) не создает
б) время от времени
в) создает +

24. В цепи с индуктивным сопротивлением колебания напряжения отстают от колебаний силы тока:
а) не отстают
б) отстают +
в) периодически отстают

25. Возрастает ли индуктивное сопротивление с увеличением частоты колебаний:
а) сначала возрастает, потом падает
б) нет
в) да +

26. Действующее значение – это характеристика переменного тока:
а) нет
б) да +
в) в редких случаях

27. При совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура происходит резкое возрастание амплитуды колебаний силы тока:
а) происходит +
б) не происходит
в) когда как

28. Действующие значения силы тока и напряжения для данного переменного тока – постоянные величины:
а) периодически
б) нет
в) да +

29. В рамке, вращающейся в магнитном поле, индуцируется переменная ЭДС вследствие электромагнитной индукции:
а) индуцируется +
б) не индуцируется
в) периодически

30. Активное сопротивление поглощает энергию электромагнитного поля безвозвратно:
а) не поглощает
б) поглощает +
в) периодически

Вынужденные колебания. Переменный ток

Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего периодического источника тока, называются вынужденными колебаниями. Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в электрических цепях, являются незатухающими . Периодический внешний источник обеспечивает приток энергии к системе и не дает колебаниям затухать, несмотря на наличие неизбежных потерь. Особый интерес представляет случай, когда внешний источник, напряжение которого изменяется по гармоническому закону с частотой ω, включен в электрическую цепь, способную совершать собственные свободные колебания на некоторой частоте ω. Если частота ω свободных колебаний определяется параметрами электрической цепи, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешнего источника. Для установления стационарных вынужденных колебаний необходимо некоторое время Δt после включения в цепь внешнего источника. Это время по порядку величины равно времени τ затухания свободных колебаний в цепи. Электрические цепи, в которых происходят установившиеся вынужденные колебания под действием периодического источника тока, называются цепями переменного тока. Рассмотрим последовательный колебательный контур, то есть RLC-цепь, в которую включен источник тока, напряжение которого изменяется по периодическому закону (рис. 1):

Читайте так же:
Как подключить свет от двух выключателей

e(t) = cos ωt,

где – амплитуда, ω – круговая частота.

Рисунок 1. Вынужденные колебания в контуре.

Предполагается, что для электрической цепи, изображенной на рис. 1, выполнено условие квазистационарности . Поэтому закон Ома можно записать для мгновенных значений токов и напряжений:

Величина – это перенесенная с изменением знака из правой части уравнения в левую ЭДС самоиндукции катушки. Эту величину принято называть напряжением на катушке индуктивности. Уравнение вынужденных колебаний можно записать в виде

uR + uC + uL = e(t) = cos ωt,

где uR(t), uC(t) и uL(t) – мгновенные значения напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке соответственно. Амплитуды этих напряжений будем обозначать буквами UR, UC и UL. При установившихся вынужденных колебаниях все напряжения изменяются с частотой ω внешнего источника переменного тока. Для наглядного решения уравнения вынужденных колебаний можно использовать метод векторных диаграмм. На векторной диаграмме колебания определенной заданной частоты ω изображаются с помощью векторов (рис. 2).

Рисунок 2. Изображение гармонических колебаний A cos (ωt + φ1), B cos (ωt + φ2) и их суммы C cos (ωt + φ) с помощью векторов на векторной диаграмме.

Длины векторов на диаграмме равны амплитудам колебаний A и B, а наклон к горизонтальной оси определяется фазами колебаний φ1 и φ2. Взаимная ориентация векторов определяется относительным фазовым сдвигом Δφ = φ1 – φ2. Вектор, изображающий суммарное колебание, строится на векторной диаграмме по правилу сложения векторов: Для того, чтобы построить векторную диаграмму напряжений и токов при вынужденных колебаниях в электрической цепи, нужно знать соотношения между амплитудами токов и напряжений и фазовый сдвиг между ними для всех участков цепи. Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока к резистру с сопротивлением R, конденсатору емкости C и катушки индуктивности L. Во всех трех случаях напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке равны напряжению источника переменного тока. 1. Резистор в цепи переменного тока

Здесь через IR обозначена амплитуда тока, протекающего через резистор. Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением

RIR = UR.

Фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю. 2. Конденсатор в цепи переменного тока

Читайте так же:
Лифан солано выключатель света

Соотношение между амплитудами тока IC и напряжения UC:

Ток опережает по фазе напряжение на угол 3. Катушка в цепи переменного тока

Соотношение между амплитудами тока IL и напряжения UL:

ωLIL = UL.

Ток отстает по фазе от напряжения на угол Теперь можно построить векторную диаграмму для последовательного RLC-контура, в котором происходят вынужденные колебания на частоте ω. Поскольку ток, протекающий через последовательно соединенные участки цепи, один и тот же, векторную диаграмму удобно строить относительно вектора, изображающего колебания тока в цепи. Амплитуду тока обозначим через I0. Фаза тока принимается равной нулю. Это вполне допустимо, так как физический интерес представляют не абсолютные значения фаз, а относительные фазовые сдвиги. Векторная диаграмма для последовательного RLC-контура изображена на рис. 2.

Рисунок 3. Векторная диаграмма для последовательной RLC-цепи.

Векторная диаграмма на рис. 2 построена для случая, когда или В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ. Из рисунка видно, что

Из выражения для I0 видно, что амплитуда тока принимает максимальное значение при условии

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω электрической цепи называется электрическим резонансом . При резонансе

Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений . Аналогичным образом с помощью векторной диаграммы можно исследовать явление резонанса при параллельном соединении элементов R, L и C (так называемый резонанс токов ) При последовательном резонансе (ω = ω) амплитуды UC и UL напряжений на конденсаторе и катушке резко возрастают:

Ране было введено понятие добротности RLC-контура:

Таким образом, при резонансе амплитуды напряжений на конденсаторе и катушке в Q раз превышают амплитуду напряжения внешнего источника.

Рисунок 4. Резонансные кривые для контуров с различными значениями добротности Q.

Рис. 4 иллюстрирует явление резонанса в последовательном электрическом контуре. На рисунке графически изображена зависимость отношения амплитуды UC напряжения на конденсаторе к амплитуде напряжения источника от его частоты ω для различных значений добротности Q. Кривые на рис. 3 называются резонансными кривыми. Можно показать, что максимум резонансных кривых для контуров с низкой добротностью несколько сдвинуты в область низких частот.

Вынужденные колебания в контуре. Резонанс

Вынужденными колебаниями называют периодические изменения параметров, которые описывают систему под влиянием внешней силы. Для реализации вынужденных электрических колебаний в $RLC$ контуре в него включают переменную ЭДС (рис.1).

В общем случае вынужденные колебания в таком контуре можно записать как:

где $L$ — индуктивность, $R$ — сопротивление, $C$ — емкость, $Uleft(tright)$ — внешнее воздействие.

Рассмотрим случай, когда в контур подается переменное напряжение ($U$) изменяющееся по гармоническому закону:

Тогда уравнение колебаний запишется в виде:

где $_0=frac<1>>$- собственная частота колебаний контура, $beta =frac<2L>.$ По аналогии с механическими колебаниями можно записать частное решение данного уравнения как:

Как известно, общее решение неоднородного уравнения получают как сумму частного решения данного уравнения (в нашем случае это (4)) и общего решения соответствующего однородного уравнения. Так для уравнения:

Читайте так же:
Кабель ввг его токи

общим решением является выражение:

Так как выражение (6) содержит множитель $e^$, то при $tto infty , $ $e^to 0,$ поэтому для установившихся колебаний решением уравнения (3) считают функцию (4).

Сила тока для установившихся вынужденных колебаний может быть записана как:

где $I_m=_m$, $varphi =Psi-frac<2>$ — сдвиг фаз между тока и приложенного напряжения. Соответственно:

Готовые работы на аналогичную тему

Надо отметить, что выполняется равенство:

Выражение (9) означает, что сумма напряжений на каждом из элементов цепи в момент времени $t$ равна приложенному напряжению.

Резонанс

Появление сильных колебаний при частоте внешней силы равной (или почти равной) собственной частоте колебательного контура, называют резонансом. Суть явления заключается в том, что как бы одиночные «толчки» усиливают друг друга. В таком случае получается, что энергия, которая вкладывается в систему, является максимальной. Амплитуда колебаний нарастает до тех пор, пока увеличивающиеся силы трения (в среднем) за период толчка не станут компенсировать действие каждого «толчка». В этот момент устанавливается максимум энергии и максимум амплитуды.

Резонансной частотой для заряда ($_$) и напряжения ($_$) на конденсаторе являются частоты, заданные уравнениями:

Резонансные кривые для заряда и напряжения на конденсаторе имеют одинаковый вид (рис.2).

Если $omega =0$ кривые (рис.2) сходятся в одной точке, при этом напряжение на конденсаторе равно напряжению, которое возникает на нем при подключении источника:

Максимум резонансной кривой выше и острее, чем меньше коэффициент затухания (меньше $R$, больше $L$).

Кривые для силы тока изображены на рис. 3. Амплитудное значение силы тока максимально, если $omega L-frac<1>=0. $Частота силы тока при резонансе ($_$):

Задание: Получите функции $U_R(t),U_C(t),U_L(t)$ в $RCL$ контуре, если приложенное напряжение задано уравнением: $U=U_m.$

Решение:

В качестве основы для решения задачи используем выражение:

[Ileft(tright)=left(omega t-varphi right)left(1.1right).]

Исходя из (1.1) для напряжения на сопротивлении ($U_R$) в соответствии с законом Ома для участка цепи можно записать, что:

[U_Rleft(tright)=RIleft(tright)=<_m cos >left(omega t-varphi right)left(1.2right).]

Используя закон изменения заряда в контуре, заданном в условии:

найдем $U_Cleft(tright)$ как:

где $U_=frac=frac<Сomega >.$ Напряжение на катушке индуктивности найдем как:

Задание: Определите, во сколько раз напряжение на конденсаторе может превышать напряжение, которое приложено к $RLC$ контуру, если добротность контура равна $O$. Считать, что внешнее напряжение подчиняется гармоническому закону, затухание в контуре мало.

Решение:

Условие малости затухания для контура означает, что:

и резонансную частоту можно считать равной собственной частоте.

Напряжение на конденсаторе можно выразить как:

где $q_m=frac^2>>$. Если при резонансе в нашем случае $omega approx _0$, то максимальное напряжение на конденсаторе при резонансе равно ($U_$):

где при малом затухании можно считать, что $_0L-frac<1><_0C>approx 0$

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector