Какими способами можно соединять потребители электрической энергии

Способы соединения потребителей электроэнергии.

1. Последовательное соединение

При последовательном соединении во всей цепи (и в источнике в том числе) ток одинаковый

Iобщ = I1 = I2 = I3 = Iист;

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого потребителя

Общее напряжение складывается из падений напряжений на каждом потребителе

1) При подключении потребителей последовательно общее сопротивление цепи увеличится, а общий ток уменьшится (Iобщ = Uобщ/Rобщ);

2) При последовательном соединении, наибольшее падение напряжения и выделение тепловой энергии будет на потребителе наименьшей мощности, т.е. с наибольшем сопротивлением.

Прим. Так как подключение или отключение потребителей при последовательном соединении будет влиять на работу остальных потребителей, такое соединение применяется редко (гирлянда, тяговые двигатели на некоторых локомотивах) – для уменьшения напряжения на каждом потребителе.

Параллельное соединение

При параллельном соединении каждый потребитель подключается на одинаковое напряжение (часто говорят, что напряжение подается на потребитель)

Uобщ = U1 = U2 = U3;

Общий ток в цепи складывается из токов через каждый потребитель;

Iобщ= I1 + I2 + I3; (по 1-му закону Кирхгофа)

В такой схеме складываются не сопротивления потребителей, а их проводимости

1) общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет всегда меньше самого наименьшего сопротивления любой из ветви;

2) при увеличении числа потребителей включенных параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается, а общий потребляемый ток увеличивается(увеличивается нагрузка цепи);

3) больший ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением;

4) если при параллельном соединении сопротивление потребителей одинаково, то общее сопротивление R_общ можно определять по формуле:

R — сопротивление одного потребителя

R_общ= —-

N — количество потребителей

3. Смешанное соединение (мостовая схема)

Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.

Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали

А – С — питающая диагональ

В – D — измерительная диагональ.

При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек ВиD будут равны (φв = φD ). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным. При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник

Способы соединения потребителей электроэнергии.

Последовательное соединение

При последовательном соединении во всей цепи (и в источнике в том числе) ток одинаковый:

Iобщ = I1 = I2 = I3 = Iист;

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого потребителя:

Общее напряжение складывается из падений напряжений на каждом потребителе:

Ø При подключении потребителей последовательно общее сопротивление цепи увеличится, а общий ток уменьшится (Iобщ = Uобщ/Rобщ);

Ø При последовательном соединении, наибольшее падение напряжения и выделение тепловой энергии будет на потребителе наименьшей мощности, т.е. с наибольшем сопротивлением.

Прим. Так как подключение или отключение потребителей при последовательном соединении будет влиять на работу остальных потребителей, такое соединение применяется редко (гирлянда, тяговые двигатели на некоторых локомотивах) – для уменьшения напряжения на каждом потребителе.

Параллельное соединение

При параллельном соединении каждый потребитель подключается на одинаковое напряжение (часто говорят, что напряжение подается на потребитель):

Uобщ = U1 = U2 = U3;

Общий ток в цепи складывается из токов через каждый потребитель:

Iобщ= I1 + I2 + I3; (по 1-му закону Кирхгофа)

В такой схеме складываются не сопротивления потребителей, а их проводимости:

Ø общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет всегда меньше самого наименьшего сопротивления любой из ветви;

Ø при увеличении числа потребителей включенных параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается, а общий потребляемый ток увеличивается(увеличивается нагрузка цепи);

Ø больший ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением;

Ø если при параллельном соединении сопротивление потребителей одинаково, то общее сопротивление R_общ можно определять по формуле:

R — сопротивление одного потребителя

R_общ= —-

N — количество потребителей

3. Смешанное соединение (мостовая схема)

Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.

Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали

А – С — питающая диагональ

В – D — измерительная диагональ.

При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек ВиD будут равны (φв = φD ). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным.

Равновесие моста имеет место не только при равенстве параметров всех потребителей, но и при условии R1 /R4= R2 /R3.При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.

Источник

Способы подключения потребителей электрической энергии

С самых первых шагов внедрения электрической энергии в жизнь и быт людей и различное производство тогдашние инженеры и разработчики много внимания уделяли способам подключения потребителей электрической энергии.

В результате проведенных многих исследований были выявлены 3 основных способа подключения электрических приборов и устройств к источникам электрической энергии – последовательный способ, параллельный и комбинированный или смешанный способ. При этом каждый способ обладает своими принципиальными особенностями. С давних пор известно, что каждое электрическое устройство или прибор обладает определенной мощностью и определенным сопротивлением, а также на какое номинальное напряжение они рассчитаны, от которого зависит и величина потребления тока.

Последовательное соединение выполняется путем подключения приборов один за другим, когда второй вывод первого приемника электроэнергии соединяется с первым выводом второго приемника, а второй его вывод соединяется с первым выводом третьего приемника и т.д. Далее первый вывод первого потребителя и второй вывод последнего потребителя подключается к источнику питания. Основная особенность последовательного соединения электрической цепи заключается в том, что величина тока во всей цепи будет постоянной, а напряжение после каждого потребителя будет снижаться на величину его падения, а сумма падения напряжения после всех потребителей будет равна величине общего номинального напряжения.

Эта особенность последовательного соединения широко используется при устройстве различных электрических сетей, особенно при соединении аналогичных потребителей электрической энергии. К примеру чтобы подключить к источнику энергии напряжением 220 В электрические устройства (ламп и других) напряжением каждого в 10 В потребуется 22 устройства. Такое свойство последовательного соединения можно использовать при необходимости подключения в бытовую и иную сеть любого электрического устройства меньшего напряжения необходимо включить в цепь резистор (сопротивление) с определенной величиной сопротивления. И еще необходимо иметь ввиду, что при выходе из строя любого потребителя при последовательном соединении, цепь будет полностью обесточена.

В то же время наиболее распространенным способом электрического соединения как в быту, так и на производстве является параллельное соединение, которое заключается в том, что электрические устройства, приборы, бытовая и иная техника подключается через определенные электроустановочные соединения к магистральной сети. При параллельном соединении величина напряжения перед каждым устройством остается постоянным, равным напряжению источника питания. При этом величина тока при каждом потребители будет равна в соответствии с известным законом Ома частному от деления величины напряжения (220В) на величину электрического сопротивления. Суммарная величина электрического тока в сети будет равна сумме величин токов, проходящих по каждому потребителю. Этот способ соединения позволяет подключать разнообразные приборы и технику – группы освещения, холодильники, телевизоры, пылесосы и т.д. В отличие от последовательного соединения, выход из строя отдельного потребителя не влияет на работу других приборов и техники.

При смешанном комбинированном соединении потребителей электрической энергии заключается в том, что группы потребителей подключаются по параллельном соединении, а внутри группы потребители могут быть соединены последовательно.

Источник

Способы соединения потребителей электроэнергии

В трехфазной системе потребители электроэнергии соединя­ются звездой или треугольником. Передача электрической энер­гии от источника к потребителю в трехфазной трехпроводной системе осуществляется с помощью линейных проводов. В четы-рехпроводной трехфазной системе имеется четвертый — ней­тральный (Nn) провод, соединяющий общие точки фаз источника N и потребителя п.

Соединение, при котором концы всех трех фаз потребителя объединяют в общую точку п, называемую нейтральной точкой, а начала фаз подсоединяют к трехфазному источнику питания посредством линейных проводов, называется соеди­нением звездой трехфазного потребителя (рис. 2). Токи I_A, I_B и 1_C в соответствующих линейных проводах назы­ваются линейными, токи, протекающие по фазам, — фаз­ными, а ток I_N в нейтральном проводе — нейтральным. При рассмотрении трехфазной системы исходим из предполо­жения, что трехфазный источник является симметричным, фаз­ные напряжения которого равны между собой и сдвинуты по фа­зе относительно друг друга на угол 2п/3. Напряжения между линейными проводами потребителя Uab, Ubc и Uca называются линейными, а между началом и концом фаз потребителя, включенного звездой, U_A, U_B и U_C — фазными.

Из схемы рис. 2 видно, что при соединении потребителя звездой по его фазам протекают те же токи 1а, 1в и 1с, что и по линейным проводам. Это означает, что при соединении потреби­теля звездой фазные токи оказываются равными соответствую­щим линейным токам: I_Ф=I_л.

При этом по первому закону Кирхгофа для нейтральной точ­ки п можно записать

При соединении потребителя звездой, независимо от величи­ны и характера сопротивлений его фаз, а также от того, имеется или отсутствует нейтральный провод, между линейными и фаз­ными напряжениями потребителя существуют следующие соот­ношения, полученные по второму закону Кирхгофа:

В большинстве практических случаев трехфазные потребите­ли представляют собой симметричную нагрузку, подключенную к симметричному трехфазному источнику питания.

Нагрузка, при которой комплексные сопротивления всех фаз потребителя равны между собой (Za=Zb=Zc), называется сим­метричной. При этом

Сопротивления линейных проводов,
так же как и сопротивление нейтрально­
го, обычно малы и ими можно пренеб­
речь. При этом линейные напряжения
генератора равны линейным напряжени­
ям потребителя и соответственно фазные
напряжения генератора равны фазным л
напряжениям потребителя. В этом слу­
чае векторная диаграмма напряжений
потребителя будет совпадать с вектор­
ной диаграммой напряжений генерато­
ра. Исходя из полученных уравнений и Рис. 3

построений, можно сделать вывод о том,

что линейные напряжения потребителя,

так же как и фазные, сдвинуты относи­тельно

друг друга на угол 2л/3 (рис.3). На рис. 3—8. принято:

Из диаграммы следует, что при соединении потребителя элек­троэнергии звездой при симметричной нагрузке между фазными и линейными напряжениями существует соотношение:

U_л= U_Ф.

Фазные токи потребителя определяют по закону Ома:

При этом напряжение между нейтральными токами U_nN=0. Так как фазные напряжения и фазные сопротивления потребите­ля электроэнергии равны между собой, то фазные токи при сим­метричной нагрузке также равны между собой I_A=I_B=I_C=I_Ф и сдвинуты относительно фазных напряжений на равные углы φ_a= φ_b=φ_c=φ_ф , определяемые из выражений

При симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе, оп­ределяемый как векторная сумма фазных токов, оказывается рав­ным нулю, поэтому при симметричной нагрузке этот провод ста­новится не нужным и применять его нет смысла. При несимметричной нагрузке комплексные сопротивления всех трех фаз в общем случае не равны между собой, т. е. Z_a≠Z_b≠Z_c.

Пренебрегая сопротивлениями линейных проводов, можно считать, что линейные напряжения потребителя независимо от характера нагрузки равны соответствующим линейным напряже­ниям генератора, т. е. система линейных напряжений и при не­симметричной нагрузке симметрична.

При включении нейтрального провода и несимметричной на­грузке (сопротивлением нейтрального провода пренебрегаем) по­тенциал нейтральной точки потребителя п равен потенциалу ней­тральной точки N генератора. Следовательно фазные напряжения потребителя равны соответствующим фазным напряжениям гене­ратора, а напряжение между нейтральными точками U_nN=0.

При наличии нейтрального провода и несимметричной на­грузке геометрическая сумма фазных токов трехфазной системы в соответствии с первым законом Кирхгофа для нейтральной точки равна току в нейтральном проводе

При этом векторная диаграмма для несимметричной нагрузки с нейтральным проводом имеет вид, представленный на рис.4.

При отключении нейтрального провода потенциал нейтраль­ной точки п потребителя электроэнергии не равен потенциалу нейтральной точки N генератора при несимметричной нагрузке, так как эти точки не соединены между собой. При этом нейтраль­ная точка п на векторной диаграмме потребителя сместится из своего первоначального положения в другое (п’), при котором геометрическая сумма фазных токов потребителя равна нулю:

В этом случае векторная диаграмма принимает вид представ­ленный на рис. 5, из которой следует, что при несимметричной нагрузке в трехфазной системе без нейтрального провода фазные напряжения потребителя оказываются не равными друг другу. При этом на одних фазах может быть пониженное напряжение по сравнению с фазными напряжениями генератора на других повышенное.

В этом случае между фазными токами, напряжениями и со­противлениями существуют те же соотношения, обусловленные законом Ома, что и при симметричной нагрузке.

Рис.4 Рис. 5 Короткое замыкание одной фазы потребителя электроэнергии, соединенного звездой без нейтрального провода, следует рассмат­ривать как частный случай несимметричной нагрузки, при кото­ром напряжение на короткозамкнутой фазе потребителя становит­ся равным нулю, а напряжение на двух других фазах увеличивается до значений, равных линейным напряжениям (рис. 6). Нейтраль­ная точка п на векторной диаграмме смещается в этом случае в вер­шину треугольника линейных напряжений (и’), соответствующую короткозамкнутой фазе. При этом напряжение £/#«’ между ней­тральными точками генератора и потребителя становится равным фазному напряжению питающего генератора.

Ток в короткозамкнутой фазе зависит от сопротивлений, вклю­ченных в двух других фазах потребителя. Геометрическая сумма векторов всех трех фазных токов в этом случае равна нулю.

Отключение нагрузки одной из фаз в трехфазной системе при соединении потребителя электроэнергии звездой без нейтрально­го провода можно также рассматривать как частный случай не­симметричной нагрузки, при которой сопротивление отключен­ной фазы равно бесконечности. При этом если сопротивления двух других фаз оказываются равными, то нейтральная точка п на векторной диаграмме переместится в середину одной из сто­рон треугольника (п) линейных напряжений (рис. 7). При обрыве линейного провода трехфазный потребитель на­ходится под линейным напряжением, так как при этом ни одна из точек нагрузки не будет под потенциалом оборванного линейного провода. В этом случае векторная диаграмма трехфазного по­требителя при соединении звездой и отсутствии нейтрального провода приобретает вид, представленный на рис. 8.

Соединение, при котором конец первой фазы х соединяется с началом второй b, конец второй у — с началом третьей с, а конец третьей z — с началом первой а, называется соединением трехфазного потребителя электрической энер­гии треугольником. При этом начала всех фаз потребите­ля присоединяют к источнику электрической энергии с помощью линейных проводов. Из рис. 9 видно, что каждая фаза потреби­теля присоединяется соответственно к двум линейным проводам. Поэтому при соединении потребителя треугольником фазные на­пряжения оказываются равными соответствующим линейным на­пряжениям: U_Ф-U_Л. Фазные токи при соединении трехфазного потребителя треугольником не равны линейным, так как в нача­ле каждой фазы потребителя имеется узел разветвления токов. При этом независимо от сопротивлений потребителя между фаз­ными и линейными токами существуют соотношения, получен­ные на основании первого закона Кирхгофа для узлов разветвле­ния токов:

Пользуясь указанными соотношениями, по векторам фазных токов, I_ab, I_bc, I_ca можно построить векторы линейных токов I_A, I_B, I_C,

Соотношения между фазными напряжениями, токами и со­противлениями при соединении потребителя треугольником на­ходят в соответствии с законом Ома: I_ab=U_AB/Z_ab, I_bc=U_BC/Z_bc,

Углы сдвига по фазе между векторами фазных напряжений, U_AB, U_BC, U_AC, и соответствующих фазных токов I_ab, I_bc, I_ac опреде­ляются фазными сопротивлениями потребителя:

При симметричной нагрузке комплексные сопротивления всех трех фаз одинаковы, т. е. Z_ab=Z_bc=Z_ac. При этом как актив­ные, так и реактивные сопротивления фаз потребителя равны: R_ab=R_bc=R_ac, X_ab=X_bc=X_acпричем реактивные сопротивления имеют одинаковый (индуктивный или емкостный) характер. В этом случае фазные токи и соответствующие углы сдвига по фа­зе между фазными напряжениями и фазными токами будут равны между собой: I_ab=I_bc=I_ac=I_ф, φ_ab=φ_bc=φ_ac=φ_ф

Таким образом, при соединении трехфазного потребителя электроэнергии треугольником при симметричной нагрузке токи всех трех фаз равны между собой и сдвинуты относительно соот­ветствующих линейных напряжений на одинаковые углы. Из век­торной диаграммы для симметричной нагрузки при соединении потребителя треугольником, представленной на рис..10, видно, что линейные токи оказываются равными и сдвинутыми относи­тельно друг друга по фазе на угол 2п/3. При этом между фазными и линейными токами существует соотношение:

При несимметричной нагрузке фазные токи и углы сдвига по фазе между фазными токами и фазными напряжениями в общем случае не одинаковы. Так же как и при симметричной нагрузке, они могут быть определены по соответствующим формулам. Ли­нейные токи и в этом случае определяются через соответствую­щие фазные токи. Векторная диаграмма, построенная для случая несимметричной активной нагрузки трехфазного потребителя при соединении треугольником, представлена на рис..11.

Отключение нагрузки одной из фаз сле-

дует рассматривать как частный случай не-

симметричной нагрузки, когда сопротиление

отключенной фазы равно бесконечности. В

этом случае векторная диаграмма приобре-

тает вид, представленный на

При обрыве линейного провода в цепи трехфазного потребителя электроэнергии, соединенного треуголь­ником, следует рассматривать его как потребителя, подключенно­го к однофазному источнику (U_ab)- Векторная диаграмма токов и напряжений для этого случая представлена на рис.13.

Активную мощность трехфазного потребителя электроэнер­гии в общем случае можно определить как сумму активных мощ­ностей всех его фаз:

при соединении звезоой

при соединении треугольником

При симметричной нагрузке фазные напряжения, токи и уг­лы сдвига фаз оказываются равными. Вследствие этого равны также и активные мощности всех трех фаз потребителя электро­энергии.

Активная мощность трехфазного потребителя независимо от схемы его соединения может быть найдена через линейные токи и напряжения:

Аналогично можно получить и формулу для реактивной мощности трехфазного потребителя при симметричной на­грузке:

Полная мощность трехфазного потребителя при симметрич­ной нагрузке:

Задание по работе

1. Исследовать трехпроводную трехфазную электрическую цепь при соединении потребителей электроэнергии звездой и ус­тановить соотношения между линейными и фазными токами I_л и I_ф и напряжениями U_л и U_ф при симметричном и несимметричном режимах работы.

2. Исследовать четырехпроводную трехфазную цепь при со­единении потребителей звездой и установить соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями при симметрич­ном и несимметричном режимах работы.

3. Исследовать трехфазную цепь при соединении потребите­лей треугольником и установить соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями.

4. Для исследуемых цепей построить векторные диаграммы токов I и напряжений U при симметричном и несимметричном режимах работы.

Источник