Исследование цепей однофазного переменного тока с параллельным соединением активного, индуктивного и емкостного

Сопротивлений

Вопрос 1: В каких цепях и при каких условиях возникает резонанс токов?

Ответ: В цепях с параллельным соединением X_L и X_C и при X_L = X_C.

Вопрос 2: Почему в момент резонанса токов сила тока в ветвях с индуктивностью и емкостью может быть больше тока до разветвления?

Ответ: При резонансе токов проводимость цепи определяется только проводимостью активного сопротивления катушки и подводящих проводов, поэтому ток до разветвления будет минимальным. Однако при незначительной активной проводимости цепи, но при больших индуктивной и емкостной проводимостях, несмотря на небольшой ток, поступающий к контуру, состоящему из параллельного соединения X_L и X_C, от источника, в самом контуре могут циркулировать токи во много раз превышающие подводимый ток. Например, если U=100 В, g=0,1 См, b_L=b_C=10 См, то I=U_g=100^. 0,1=10 А, I_L=I_C=100^.10=1000 А.

Вопрос 3: Как влияет на величину cosφ включение конденсаторов в цепь, обладающую индуктивностью?

Ответ: Увеличивает cos(φ) цепи.

Вопрос 4: Чем вызывается необходимость повышения cosφ в электроустановках переменного тока?

Ответ: Повышение cos(φ) означает значительную экономию электрической энергии, т.к. уменьшаются потери в генераторах, трансформаторах, в воздушных и кабельных сетях. Одновременно разгрузка электрических установок от реактивной составляющей тока позволяет лучше использовать установленную мощность, т.е. увеличить активную мощность, развиваемую генераторами, и передачу энергии через трансформаторы и по линиям.

Вопрос 5: В чем состоит пожарная опасность явления резонанса токов?

Ответ: При резонансе токов общий ток цепи (активный) будет минимальным, но токи I_L и I_C могут значительно превосходить общий ток (в десятки раз), что может привести к перегреву и возгорании изоляции катушки, а также выходу из строя конденсатора и короткому замыканию цепи конденсатора, а значит и всей цепи. При возгорании изоляции катушки так же возникает короткое замыкание всей цепи, которое при несвоевременном отключении цепи защитой создает опасность возникновения пожара и взрыва, если пожар возникнет во взрывоопасной зоне.

Исследование цепей трехфазного тока при включении

Потребителей звездой

Вопрос 1: Доказать что при соединении звездой, равномерной нагрузке линейное напряжение в раза больше фазного.

Ответ: U_АВ=U_A-U_B

Вопрос 2: В чем заключается преимущества трехфазного тока перед однофазным?

Ответ: Во-первых, трехфазной системой обеспечивается наиболее выгодная передача электроэнергии: с помощью 3^х проводов передаётся три тока, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°, а для передачи однофазного тока требуется два провода. Таким образом, при передаче определенной мощности 3^х фазной системой вместо передачи этой мощности тремя однофазными становятся ненужными для передачи три провода, т.е. экономия в расходе металла на передачу составит 50%. Во-вторых, трехфазная система позволяет просто получить два разных напряжения при соединении фаз генератора звездой с нулевым проводом, на которые могут подключаться приемники. В-третьих, трехфазная система позволяет создавать простые, надежные и дешевые электродвигатели, генераторы и трансформаторы.

Вопрос 3: Для чего необходим нулевой провод в осветительных сетях?

Ответ: Он необходим для обеспечения равенства фазных напряжений, на которое включается освещение. Его отсутствие или обрыв нарушит равенство фазных напряжений: фазы более нагруженные окажутся под меньшим напряжением, а менее нагруженные под большим.

Вопрос 4: Почему при совместном питании электродвигателей и освещения от общего источника применяется четырехпроводная сеть?

Ответ: Приемники электрической энергии можно разделить на две группы. К одной из них относятся электрические лампы, нагревательные приборы и другие однофазные приемники, которые не могут обеспечить равномерные нагрузки фаз. Для их питания нужна четырехпроводная сеть для обеспечения равенства фазных напряжений, на которое включается эти приемники. К другой группе относятся трехфазные электродвигатели, которые обеспечивают равномерную нагрузку трех фаз. Для них нулевой провод не нужен. Их включают в трехфазную сеть без нулевого провода, их линейное напряжение должно быть равно линейному напряжению трехфазной сети, в которую они включаются, а освещение требует применения четырехпроводной сети.

Вопрос 5: Почему в нулевой провод запрещается устанавливать аппараты защиты?

Ответ: Это делается во избежание разрыва нулевого провода, т.к. при этом нарушается равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз: фазы более нагруженные окажутся под меньшим, а менее нагруженные под большим напряжением.

Вопрос 6: В чем состоит пожарная опасность аварийных режимов работы исследованной цепи.

Ответ: При коротком замыкании фазы может произойти перегорание лампы и нагревательных приборов, а также возгорание изоляции электродвигателей настольных вентиляторов, пылесосов, стиральных машин, холодильников, включенных в две незамкнутых накоротко фазы.