Резонанс в электрических цепях Топологические методы расчета


Способы соединения фаз трехфазных приемников

Анализ полученных выражений позволяет сделать следующие выводы. При активной нагрузке (φ = 0), показания ваттметров равны (W1 = W2).

При активно-индуктивной нагрузке(0 ≤ φ ≤ 900) показание первого ваттметра меньше, чем второго (W1 < W2), а при φ>600 показание первого ваттметра становится отрицательным (W1<0).

При активно-емкостной нагрузке(0 ≥ φ≥ -900) показание второго ваттметра меньше, чем первого (W1>W2), а при φ<-600 показание второго ваттметра становится отрицательным.

8.Вращающееся магнитное поле

Одним из важнейших достоинств трехфазной системы является возможность получения с ее помощью кругового вращающегося магнитного поля, которое лежит в основе работы трехфазных машин (генераторов и двигателей).

Для получения кругового вращающегося магнитного поля необходимо и достаточно выполнить два условия. Условие первое: необходимо 3p одинаковых катушки (p =1, 2, 3,….) расположить в пространстве так, чтобы их оси были расположены в одной плоскости и сдвинуты взаимно на равные углы ∆α=360o/3p. Условие второе: необходимо пропустить по катушкам равные по амплитуде и сдвинутые во времени на ∆t=T/3 или ∆ωt = 360o/3=120o переменные токи (симметричный трехфазный ток). При соблюдении указанных условий в пространстве вокруг катушек будет создано круговое вращающееся магнитное поле с постоянной амплитудой индукции Вmax вдоль его оси и с постоянной угловой скоростью вращения  ωп.

На рис. 103 показано пространственное расположение трех (p = 1) одинаковых катушек под равными углами в 120o согласно первому условию.

По катушкам, по направлению от их начал (A, B, C) к концам (X, Y, Z) протекает симметричный трехфазный ток:

iA = Im×sin(wt+0),

iB = Im×sin(wt-1200),

iC = Im×sin(wt+1200).

Магнитное поле, создаваемое каждой катушкой в отдельности, пропорционально току катушки (B = k×i), следовательно магнитные поля отдельных катушек в центре координат образуют симметричную трехфазную систему В(t):

BA = Bm×sin(wt+0),

BB = Bm×sin(wt-1200),

BC = Bm×sin(wt+1200).

Положительные направления магнитных полей каждой катушки (векторов BA, BB, BC) в пространстве определяются по правилу правоходового винта согласно принятым положительным направлениям токов катушек (рис. 103).

Для нахождения постоянных интегрирования запишем

откуда   и .

Тогда

.

На рис. 5представлены качественные кривые  и , соответствующие колебательному переходному процессу при .

При подключении R-L-C-цепи к источнику синусоидального напряжения для нахождения принужденных составляющих тока в цепи и напряжения на конденсаторе следует воспользоваться символическим методом расчета,  в соответствии с которым

и

,

где ; .

Таким образом,

        и     .

Здесь также возможны три режима:

1. ;  

2.

3.

Результирующий вектор индукции магнитного поля B для любого момента времени может быть найден путем пространственного сложения векторов BA, BB, BC отдельных катушек. Определим значение результирующего вектора индукции магнитного поля B для нескольких моментов времени ωt = 00; 300; 600. Пространственное сложение векторов  выполним графически (рис. 104а, б, в ). Результаты расчета сведены в отдельную таблицу:

wt

BA

BB

BC

B

a

0

0

-/2×Bm

/2×Bm

3/2×Bm

0

30

1/2×Bm

-Bm

1/2×Bm

3/2×Bm

300

60

/2×Bm

-/2×Bm

0

3/2×Bm

600

Частоту вращения магнитного поля можно изменять плавно изменением частоты питающего тока f, и ступенчато - изменением числа пар полюсов p. В промышленных условиях оба способа регулирования частоты вращения поля являются технически и экономически  малоэффективными. При постоянной частоте промышленного тока f=50 Гц шкала синхронных частот вращения магнитного поля в функции числа пар полюсов выглядит следующим образом:

р, пар пол.

1

2

3

4

5

6

n, об/мин

3000

1500

1000

750

600

500

На рис. 1 представлены симметричные составляющие некоторой несимметричной рехфазной системы напряжений UA,UB,UC.

В методе симметричных составляющих для упрощения формы записи уравнений пользуются коэффициентом (поворотный множитель), умножением на который поворачивают вектор на угол в 1200 без изменения его модуля. Свойства поворотного множителя: .

Используя поворотный множитель “a” и “a2”, выразим все слагаемые правой части уравнений через симметричные составляющие фазы А:

 

Умножим все члены уравнения (2) на “a”, а все члены уравнения (3) на “a2”, сложим все три уравнения почленно и получим:

Из полученного уравнения следует формула для выделения симметричной составляющей прямой последовательности из несимметричной системы векторов:

.

Умножим все члены уравнения (2) на “a2”, а все члены уравнения (3) на “a”, сложим все три уравнения почленно и получим:

Используя принцип наложения, расчет цепи с ненулевыми начальными условиями можно свести к расчету схемы с нулевыми начальными условиями. Последнюю цепь, содержащую пассивные элементы, можно затем с помощью преобразований последовательно-параллельных соединений и треугольника в звезду и наоборот свести к виду, позволяющему определить искомый ток по закону Ома с использованием формул включения.

 


Электрические цепи трехфазного тока