ĆWICZENIE 2

Prąd sinusoidalny zmienny

Amplituda- to największe wychylenie ciała z położenia równowagi

Okres- to czas, w którym ciało wykonuje pełne drgania, tzn. przebywa drogą od jednego skrajnego położenia do drugiego i z powrotem.

Częstotliwość- jest odwrotnością okresu f=1/T

Częstotliwość drgań wynosi 1 herc, jeśli w czasie 1 sekundy ciało wykonuje jedno drganie.

Pulsacja- jest to prędkość kątowa obrotu ramki ω= 2Π/T

wyrażona w radianach na sekundę (1rad/s) nazywamy pulsacją prądu zmiennego.

Faza początkowa- kąt jaki tworzy promień z osią odciętych odpowiada przesunięciu fazowemu przebiegu sinusoidalnego dla t=0, zwanemu falą początkową. Promień taki nazywany jest wektorem lub fazorem.

Wartość skuteczna i średnia prądu i napięcia:

Wartością średnią definiujemy dla połowy okresu (dla całego okresu sinusoidy wartość średnia równa się zeru). Wartość średnia jest wysokością prostokąta o podstawie równej T/2 i o polu równym polu powierzchni ograniczonej przez pół sinusoidy.

Wartość skuteczna prądu przemiennego jest to wartość zastępczego prądu stałego, który w okresie T spowoduje wydzielenie się na rezystancji R takiej samej ilości ciepła (energii cieplnej) jak przy przepływie prądu przemiennego.

Źródła napięcia sinusoidalnie zmiennego

Zasada wytworzenia prądu sinusoidalnie zmiennego:

Aby otrzymać prąd sinusoidalny w obwodzie zamkniętym o rezystancji R potrzebne jest źródło napięcia sinusoidalnego. Najprościej źródło takie można sobie wyobrazić w postaci prostokątnej ramki z przewodu, wirującej ze stałą prędkością w równoramiennym polu magnetycznym o indukcji B. Końce ramki są połączone z pierścieniami, po których w czasie wirowania ślizgają się szczotki. Obserwacje rozpoczniemy od chwili, w której płaszczyzna ramki jest prostopadła do linii indukcji magnetycznej; strumień magnetyczny obejmowany ramką przy jej obrocie zmienia się z funkcji czasu i linie pola są przecinane przez ramkę. Zmienność tego strumienia w czasie można wyrazić zależnością:

Φ = B*S*cosα

Kąt obrotu α jest przy stałej prędkości obrotowej proporcjonalny do czasu α = ωt. Współczynnikiem proporcjonalności jest prędkość kątowa ramki ω.

3-fazowa prądnica synchroniczna: składa się z następujących elementów:

• nieruchomego stojana

ruchomego wirnika

Stojan wykonany jest z pakietu blach wzajemnie od siebie odizolowanych. Obudowa żeliwna, staliwna na obwodzie wewnętrznym wycięte są rowki, w których umieszczone jest uzwojenie stojana. Wewnątrz jest wirnik również zbudowany z blach wzajemnie od siebie odizolowanych. Na zewnętrznym obwodzie wycięte są rowki, w których umieszczone są zwoje wirnika. Mamy wirniki z biegunami utajonymi.

Zasada działania oparta jest o zjawisko indukcji magnetycznej. Uzwojenie wirnika zasila się prądem stałym lub napięciem stałym. Źródłem napięcia stałego najczęściej jest wzbudnica czyli prądnica bocznikowa prądu stałego ale również może być to akumulator źródła napięcia z prostownikiem.

Wirnik jest zasilony napięciem stałym i równocześnie jest napędzany za pomocą turbiny parowej lub wodnej, silnika spalinowego.

Schemat prądnicy trójfazowej...

Układy 3-fazowe symetryczne

Prądy i napięcia w układach 3-fazowych

W układach trójfazowych rozróżniamy :SEM, napięcie i prądy w poszczególnych fazach zwane wielkościami fazowymi oraz SEM i napięcia międzyprzewodowe (np. między fazą A oraz B) i prądy przewodowe, płynące w przewodach łączących źródło z odbiornikiem. W układzie prądy przewodowe są równe prądom fazowym.

Moc w układach trójfazowych:

W obwodzie trójfazowym, podobnie jak w okładach jednofazowych można rozpatrywać zależności mocy chwilowej oraz mocy biernej, czynnej i pozornej od napięcia i prądu oraz kąta przesunięcia fazowego między nimi. Zależności w odniesieniu do każdej fazy są przy tym analogiczne jak zależności dla układu jednofazowego.

Moce dla kazdej fazy wynoszą:

P_f = U_fI_fcosϕ

Q_f = U_fI_fsinϕ

S_f = U_fI_f

Moce pobierane przez trzy fazy układu trójfazowego jest sumą mocy pobieranych przez poszczególne fazy, w przypadku układu symetrycznego jest zatem trzykrotnie większa od mocy wyrażonych zależnościami:

P = 3P_f = 3 U_fI_fcosϕ

Q = 3Q_f = 3U_fI_fsinϕ

S = 3S_f = U_fI_f

Pomiary w obwodach prądu zmiennego

Kompensacja mocy biernej indukcyjnej:

Moc bierna indukcyjna pobierana przez te odbiorniki musi być do nich dostarczona ze źródeł, do których można zaliczyć: generatory w elektrowniach, pojemności linii elektrycznych, oraz dodatkowe źródła - kondensatory statyczne i kompensatory synchroniczne. Miarą charakteryzująca stopień zapotrzebowania mocy biernej jest współczynnik mocy cosϕ = 1.

Dostarczanie mocy biernej indukowanej wymaga przesyłania prądu biernego indukcyjnego od źródeł do odbiorników. Przesył prądu biernego indukcyjnego jest związany z:

- wzrostem spadków napięć

- wzrost natężenia prądu

- wzrost strat mocy i energii czynnej.

Zapotrzebowanie mocy biernej może być ograniczone dzięki:

• właściwemu doborowi silników elektrycznych do napędzanych maszyn

• właściwemu doborowi mocy transformatorów do mocy zasilanych obiektów

• ograniczeni czasów pracy nieobciążonych silników i transformatorów

• zastosowanie silników synchronicznych zamiast silników indukowanych

dobór rodzajów źródeł mocy, wielkości oraz rozmieszczenie tych źródeł wynika z porównania techniczno-ekonomicznego różnych rozwiązań. Możliwe jest przy tym:

- instalowanie kondensatorów statycznych dopasowanych do poszczególnych odbiorników - tzw. Kompensacja indywidualna

- instalowanie baterii kondensatorów statycznych dla grup odbiorników lub przyłączonych do szyn zasilających niskiego i średniego napięcia, tzw. Kompensacja grupowa lub centralna

- instalowanie kondensatorów synchronicznych przyłączonych do szyn zasilających

• instalowanie różnych źródeł mocy biernej w różnych punktach sieci.

Pomiary prądu, napięcia mocy czynnej, biernej, za pomocą watomierzy w układach trójfazowych symetrycznych i niesymetrycznych (schematy układów pomiarowych):

Prąd trójfazowy, jest to zespół trzech prądów zmiennych przesuniętych w fazie 1/3 okresu płynących w trzech lub czterech przewodach. W układzie czteroprzewodowym przy równomiernym obciążeniu faz można dokonać pomiaru mocy jednym watomierzem. Przyrząd mierzy moc jednej fazy. Ponieważ przy obciążeniu równomiernym wszystkich faz poszczególnych moce fazowe są sobie równe, zatem całkowita moc pobierana przez obwód równa się sumie poszczególnych mocy: P = 3P_f . w układzie trójfazowym trójprzewodowym przy symetrycznym obciążeniu faz można również mierzyć moc jednym watomierzem, ale przepuszczając przez uzwojenie prądowe watomierza nie prąd przewodowy, lecz fazowy. Moc całkowita będzie trzy razy większa od mocy wykazywanej przez watomierza.

Pomiary wielkości elektrycznych

Miernik wskazówkowy - miernik przeznaczony do wskazywania z określoną dokładnością wartości wielkości mierzonej za pomocą wskazówki materialnej lub świetlnej, przesuwającej się wzdłuż podziałki.

Działanie:

Częścią składową każdego miernika jest ustrój pomiarowy. Ustrój posiada część nieruchomą i ruchomą, tzw. Organ ruchomy, do którego przymocowana jest wskazówka. Podziałka miernika o organie ruchomym obraca się dookoła osi. Poza tym organ ruchomy to następujące części:

Oś, sprężyna, trzymak sprężyny, korektor, wskazówka, ciężarek.

Klasa dokładności miernika K oznacza liczbę określającą procentowo nieprzekraczalną granicę jego błędu podstawowego. Występują następujące klasy dokładności: 0,1;0,2;0,5;1;1,5;2,5;5.

Błąd względny pomiaru jest odchyłką wartości poprawnej od wartości odczytanej z miernika

mająca mieć miejsce przy pomiarze.

Zakres pomiarowy - nazywa się tą część zakresu wskazań od dolnej granicy do górnej, w której wskazania nie powinny być obarczone błędem większym niż dopuszczalny błąd podstawowy

Uchyb względny miernika- uchyb miernika dogodnie jest określić w stosunku do wartości końcowej zakresu pomiarowego x_max.

Uchyb bezwzględny miernika - jest to różnica między wartością wielkości mierzonej wskazaną przez miernik x_w a wartością tej wielkości określoną za pomocą przyrządu kontrolnego x_o.

Błąd podstawowy miernika- jest to największy dopuszczalny błąd bezwzględny miernika w warunkach w jakich był wzorcowany (częstotliwość, temperatura, obecność obcych pól magnetycznych itp.)przy czym błąd bezwzględny jest różnicą między wartościami wskazanymi przez miernik, a wartością poprawną zmierzoną za pomocą przyrządu o odpowiedniej dokładności.

---