Резонансные явления в линейных электрических цепях синусоидального тока

Известно, что в механической системе резонанс наступает при равенстве собственной частоты колебаний системы и частоты колебаний возмущающей силы, действующей на систему. В цепях переменного тока, где есть индуктивность и емкость, могут возникнуть явления резонанса, которые аналогичны явлению резонанса в механической системе. Однако полная аналогия - равенство собственной частоты колебаний электрического контура частоте возмущающей силы (частоте напряжения сети) — возможна не во всех случаях.

В общем случае под резонансом электрической цепи понимают такое состояние цепи, когда ток и напряжение совпадают по фазе, и, следовательно, эквивалентная схема цепи представляет собой активное сопротивление. Такое состояние цепи имеет место при определенном соотношении ее параметров r,L, С, когда резонансная частота цепи равна частоте приложенного к ней напряжения.

Резонанс вэлектрической цепи сопровождается периодическим переходом энергии электрического поля емкости в энергию магнитного поля индуктивности и наоборот.

При резонансе в электрической цепи малые напряжения, приложенные к цепи, могут вызвать значительные токи и напряжения на отдельных ее участках. В цепи, где r,L, С соединены последовательно, может возникнуть резонанс напряжений, а в цепи, где r,L, С соединены параллельно,— резонанс токов.

Элемент цепи переменного тока является линейным, если при подключении его к идеальному источнику переменного тока амплитуда колебаний напряжения U _max на этом элементе прямо пропорциональна амплитуде колебаний силы тока I _max. К линейным элементам относятся резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. При прохождении гармонического сигнала через линейный элемент цепи частота сигнала не изменяется.

19.Трехфазные цепи: соединения «в звезду».
Если, как показано на рис. 1, концы всех обмоток соединены вместе, получаем соединение звездой.

Точка соединения называется нулевой точкой, или просто нулем. В этом случае нагрузка может быть соединена с генератором с помощью трех или четырех проводов. На рис.2 показаны оба эти случая.

Провода, идущие от начала обмоток генератора, называют линейным, а провод, выведенный от нулевой точки,—нулевым. Напряжение между одним из линейных проводов и нулевым проводом называется фазным напряжением. Фазные напряжения (U_ф) обозначаются U₁, U₂ и U₃. Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток трехфазного генератора, можно считать, что фазные напряжения равны фазным э. д. с. Таким образом, фазные напряжения равны по величине и сдвинуты относительно друг друга на угол

На рис.3 приведены векторная и развернутая диаграммы фазных напряжений. Напряжения между линейными проводами называются линейными напряжениями. Линейные напряжения (U_л) обозначаются U_1-2, U_2-3 и U_3-1.

Рассмотрим зависимость между линейным и фазным напряжениями. На рис.2, а вольтметр включен между 1 и 2 линейными проводами и показывает линейное напряжение U_1-2. Обходя контур, состоящий из двух фаз обмотки генератора и вольтметра, можем составить уравнение второго закона Кирхгофа в комплексной форме:

E₁-E₂=U_1-2 (1)

Знак минус перед Е₂ взят потому, что направление обхода фазы 1 — от конца к началу, а фазы 2 — от начала к концу.
Считая Е1≈U1 и E2≈U2 можем написать

U_1-2=U₁-U₂. (2)

Аналогично

U_2-3=U₂-U₃ (3);

U_3-1=U₃-U₁ (4).

Вычитание комплексов напряжений удобно произвести на векторной диаграмме (рис.4).

Как известно, по правилам векторного сложения для получения суммы двух векторов нужно из конца первого вектора провести вектор, равный и параллельный второму, и тогда вектор, соединяющий начало первого вектора с концом второго, будет представлять собой векторную сумму. В случае вычитания из конца первого вектора проводится вектор, равный по величине второму, но сдвинутый относительно него на 180°. Полученные на диаграмме треугольники представляют собой равнобедренные треугольники с боковой стороной, равной величине фазного напряжения, и углом при вершине, равным 120° (рис5).

Углы при основании треугольника будут, очевидно, равны 30°.Из треугольника следует

(5)

Следовательно, линейные напряжения в трехфазной системе, соединенной звездой, в раз больше фазных напряжений. Линейные напряжения, так же как и фазные, сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, причем напряжение U_1-2 опережает напряжение U1 на 30°, соответственно напряжение U_2-3 опережает на 30° напряжение U₂, а напряжение U_3-1— напряжение U₃.
Низковольтные электросети работают либо с линейным напряжением 380 в, либо с линейным напряжением 220 в. При этом фазные напряжения составляют:
1) при линейном напряжении 380 в

2) при линейном напряжении 220 в

Так как при соединении звездой конец фазной обмотки непосредственно соединен с линейным проводом, то величина линейного тока равна величине тока соответствующей фазы, т. е. I_л=I_ф

Дата добавления: 2015-05-06