Новости

Электрическая энергия, ее свойства и область применения

Работа добавлена:






Электрическая энергия, ее свойства и область применения на http://mirrorref.ru

1 Электрическая энергия, ее свойства и область применения

Из всех видов энергии в настоящее время наиболее широко применяется электромагнитная энергия, которую называютэлектрической.

 Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать и внедрить целый ряд технологических процессов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, основанных на новых принципах, ускоряющих, облегчающих и удешевляющих процесс получения окончательного продукта, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях.

были названы «колоссальной революцией». Развитие электроэнергетики сегодня является основным условием научно-технического прогресса и технического совершенствования производства.

 В электрическую легко преобразуются любые виды энергии (тепловая, атомная, механическая, химическая, лучистая, энергия водного потока), и наоборот, электрическая энергия легко может быть преобразована в любой другой вид энергии.

· Электроэнергию можно передавать практически на любое расстояние.

· Ее можно легко дробить на любые части (мощность электроприемников может быть от долей ватта до тысяч киловатт).

· Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии можно просто и эффективно автоматизировать.

· Управление процессами, в которых используется электроэнергия, обычно очень простое (нажатие кнопки, выключателя и т. п.).

· Использование электроэнергии способствует созданию комфортных условий на производстве и в быту.

Единственным недостатком электрической энергии является «отсутствие склада готовой продукции», т. е. запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электрическая энергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком ее требует потребитель.

 

· Электроэнергию преобразуют в механическую с помощью электродвигателей, которые используют для привода станков и вращающихся машин в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и быту.

· Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, для получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, для очистки материалов и газов и т. д.

· Работа современных средств связи — телеграфа, телефона, радио, телевидения, Интернета — основана на применении электрической энергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники и т. д.

· Электроэнергия является сейчас практически единственным видом энергии для искусственного освещения. Намечаются и осваиваются новые области использования электрической энергии (магнитная подушка для транспортных средств, электромагнитные насосы для перекачивания жидких металлов и т. п.).

 2 Трансформаторы напряжения и тока. Принцип действия, конструкции

    сердечников

В электротехнике довольно часто возникает необходимость измерения величин с большими значениями. Для решения этой задачи применяются трансформаторы тока, назначение и принцип действия которых делает возможным проведение любых измерений. С этой целью выполняется последовательное включение первичной обмотки устройства в цепь с переменным током, значение которого необходимо измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам. Между токами в первичной и вторичной обмотке существует определенная пропорция. Все трансформаторы этого типа отличаются высокой точностью. В их конструкцию входит две и более вторичных обмоток, к которым подключаются защитные устройства, измерительные средства и приборы учета.

Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле. 

 а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока

Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. 

Демонстрацию процессов, происходящих при преобразованиях электрической энергии внутри трансформатора, поясняет схема. 

Через силовую первичную обмотку с числом витков ω1 протекает ток I1, преодолевая ее полное сопротивление Z1. Вокруг этой катушки формируется магнитный поток Ф1, который улавливается магнитопроводом, расположенным перпендикулярно направлению вектора I1. Такая ориентация обеспечивает минимальные потери электрической энергии при ее преобразовании в магнитную.

Пересекая перпендикулярно расположенные витки обмотки ω2, поток Ф1 наводит в них электродвижущую силу Е2, под влиянием которой возникает во вторичной обмотке ток I2, преодолевающий полное сопротивление катушки Z2 и подключенной выходной нагрузки Zн. При этом на зажимах вторичной цепи образуется падение напряжения U2.

Величина К1, определяемая отношением векторов I1/I2, называется коэффициентом трансформации. Ее значение задается при проектировании устройств и замеряется в готовых конструкциях. Отличия показателей реальных моделей от расчетных значений оценивается метрологической характеристикой — классом точности трансформатора тока.

Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.

 

Трансформаторы напряженияприменяются в электроустановках на напряжение выше 1000 В и предназначены:

) для преобразования переменного первичного напряжения в стандартное вторичное напряжение 100, 100/, 100:3 В;

) для защиты персонала и приборов от высокого напряжения первичной цепи.

) для питания оперативных цепей на подстанциях с выпрямленным и переменным оперативным током.

Трансформатор напряжения работает в режиме близком к холостому ходу

Измерительные трансформаторы устроены аналогично понижающим силовым трансформаторам, и состоят из металлического сердечника, выполненного из электротехнической листовой стали, первичной и вторичной обмоток. Трансформаторы могут оснащаться несколькими вторичными обмотками, в зависимости от конструкции и предъявляемых требований к трансформатору.

К первичной обмотке подключается высокое напряжение, а с вторичной обмотки снимается напряжение измерительными устройствами. Коэффициент трансформации такого устройства равен отношению первичного высокого напряжения к номинальному значению вторичного напряжения.

Если бы трансформатор функционировал абсолютно без потерь и с абсолютной точностью, то оба напряжения на обеих обмотках совпадали бы по фазе, и коэффициент трансформации был бы равен единице. Однако на практике коэффициент трансформации всегда меньше единицы, так как всегда имеются некоторые потери энергии при работе трансформатора.

3 Четырехпроводная цепь. Роль нулевого провода

Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380 В — для питания электродвигателей и 220 В — для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) применяют четырехпроводную систему электроснабжения. Четырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи IA, IB, IC и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I0, называемый нулевым или нейтральным током. Такая система соединения обмоток трехфазного генератора и приемников (потребителей) называется «звездой» и показана на рисунке 3.

Рисунок 3

 

Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, поэтому для упрощения расчетов таких цепей (если не требуется большая точность) сопротивления проводов можно не учитывать (ZЛ = 0, ZN = 0). Тогда фазные напряжения приемника Ua, Ub и Uc будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии(генератора или вторичной обмотки трансформатора), т.е. Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Za = Zb = Z c, то токи в каждой фазе можно определить по формулам:

İa = Úa / Za;

İb = Úb / Zb;

İ c = Ú c / Z c.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе:

 

İN = İa + İb + İc = İA + İB + İC.

 

Векторная диаграмма напряжений четырехпроводной трехфазной цепи:

Из диаграммы видно, что UЛ = √3 UФ

Нулевой (нейтральный) провод необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны. Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки, так как внутреннее падение напряжения в фазе генератора незначительно. Поэтому напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически неизменным при изменениях нагрузки.

Задача

Определить заряд и напряжение каждого конденсатора в схеме, если емкости их С1=10 мкФ, С2=7 мкФ, С3=3мкФ. Общее напряжениеU=220 В.

Решение:

Конденсаторы С2 и С3 соединяются параллельно относительно точек 2,3 схемы. Заменим эти два конденсатора одним с эквивалентной емкостью С2,3. Получим:

С2323=7+3=10 мкф

В новой, упрощенной схеме между точками 1, 2 вместо двух конденсаторов включен один С2,3. Емкость его равна емкости двух конденсаторов С2 и С3. При такой замене распределение напряжений в схеме не изменилось, не изменился и общий заряд в системе.

По отношению к точкам 1 и 3 конденсаторы С2,3 и С1 соединены последовательно.

Заменим эти два конденсатора одним с эквивалентной емкостью С, которая является общей емкостью между точками 1 и 3 в схеме. После замены получим схему, где к зажимам источника напряжения (точки 1, 3) подключен один конденсатор.

Согласно известным формулам, имеем:

мкф

Общий заряд системы конденсаторов:

Общий заряд системы равен заряду конденсатора С1 и конденсатора С2,3:

Напряжение U2 является общим для конденсаторов С2 и С3. Заряды этих конденсаторов:

Проверка:

Электрическая энергия, ее свойства и область применения на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Силикатный кирпич. Свойства. Область применения

2. Реферат Навигационный буй, в котором электрическая энергия вырабатывается при воздействии на него течения

3. Реферат НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НУТРОМЕРОВ

4. Реферат Назначение и область применения планетарных передач

5. Реферат КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

6. Реферат Область применения и классификация имитационных моделей

7. Реферат Контроллеры, командоаппараты, реостаты. Определения. Область применения

8. Реферат окарные станки, назначение, классификация и область применения

9. Реферат Способы гашения электрической дуги. Область применения

10. Реферат Газовое реле. Принцип работы. Область применения