Неразветвленная цепь переменного тока

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.

Пусть к источнику постоянной э. д. с. присоединена катушка индуктивности L (ее электрическое сопротивление мы относим к общему сопротивлению r цепи). В первые моменты времени после включения ток в катушке почти равен нулю, но скорость его изменения велика, поэтому велика э. д. с. самоиндукции

равная по величине напряжению на зажимах катушки и направленная навстречу ему. По мере нарастания тока скорость изменения тока уменьшается, падает и э. д. с. самоиндукции и, наконец, становится равной нулю. Соответственно этому по мере падения э. д. с. самоиндукции, направленной навстречу э. д. с. источника тока, ток в цепи растет и становится равным E/r.

Графики напряжения на катушке индуктивности и тока, протекающего в рассматриваемой цепи, представлены на рис. 2.

Из графиков следует, что при наличии в цепи индуктивности нарастание тока происходит не мгновенно, а постепенно. Процесс нарастания тока до величины I = E/r носит название неустановившегося процесса.

Сдвиг фаз. Действующее значение переменного тока

На рис. 1 представлены графики ряда синусоидальных токов и напряжений частотой 50 гц.

При рассмотрении рисунка можно обнаружить, что ток i₁ и напряжение u₃ имеют максимальные (при одинаковом направлении) и нулевые значения всегда одновременно, все остальные токи и напряжения имеют максимальные значения в другие (разные) моменты времени.

Рис. 1

Это значит, что для первого тока сдвиг фаз между током и напряжением равен нулю, а между остальными токами и напряжениями не равен нулю.

Синусоидальный переменный ток

Переменным называется ток, величина и направление которого изменяются во времени.
В технике широко применяются периодические переменные токи, т. е. токи, которые принимают одни и те же значения через равные промежутки времени — периоды. За период ток проходит полный цикл изменений. Каждый последующий период тока является повторением предыдущего.

В России для привода и освещения применяют токи, период Т которых равен 1/50 сек. Эти токи проходят 50 циклов изменений в секунду. Количество циклов изменения тока в секунду называют частотой и обозначают буквой f. Частота тока, имеющего период 1/50 сек, равна 50 пер/сек или 50 гц (герц), где 1 гц — частота, соответствующая одному периоду в секунду.

Применяемые в технике периодические токи изменяются в течение всех периодов по определенному синусоидальному закону.

Неисправности электрических машин переменного тока

1. Перегрев обмотки статора синхронной машины

Причина неисправности:

а) Перегрузка генератора по току
б) Межвитковое соединение, короткое замыкание между фазами или заземление в двух местах обмотки статора (междуфазовые напряжения неодинаковы)

Принимаемые меры:

а) Проверить нагрузку, не допускать перегрузки
б) Неисправную катушку перемотать или заменить новой. При последовательном соединении всех катушек одной фазы и соединении фаз «звездой» можно временно выключить поврежденную катушку, разрезав и заизолировав ее. При этом количество витков не должно превышать 10% общего числа витков одной фазы. При параллельном соединении катушек или при включении фаз «треугольником» необходимо отключить соответствующее количество катушек и в других фазах или параллельных группах

2. Перегрев обмотки возбуждения (ротора)

Причина неисправности:

а) Повышенный ток возбуждения
б) Пониженная частота вращения первичного двигателя
в) Низкий коэффициент мощности нагрузки
г) Межвитковое соединение или замыкание на корпус в двух местах обмотки возбуждения, что иногда сопровождается вибрацией

Принимаемые меры:

а) Уменьшить ток возбуждения
б) Проверить и повысить частоту вращения
в) Снизить реактивную нагрузку. Принять меры к улучшению коэффициента мощности
г) Найти и устранить межвитковое соединение или соединение с корпусом

Преимущества ГЭУ переменного тока над постоянным. Системы СГ-СД и СГ-ТПЧ-СД (АД)

В мировой практике судостроения с электродвижением наметилась устойчивая тенденция преимущественного применения ГЭУ переменного тока. Такие установки находят применение на судах самого различного назначения: транспортных, пассажирских, наливных, промысловых, паромных, специальных (кабеле- и трубоукладчиках, спасательных, исследовательских и ледоколах). Причём на последних в течение многих десятилетий гребные двигатели постоянного тока считались незаменимыми. Внедрению ГЭУ переменного тока способствует ряд их преимуществ, которые проявились в полной мере лишь в условиях совершенствования полупроводниковой техники и средств автоматизации. Более высокая экономичность ГЭУ переменного тока достигается за счет лучших массогабаритных показателей, особенно для мощных установок при повышенном напряжении, меньшей строительной стоимости, на 2-3% более высокого КПД машин, а также за счёт более простой возможности компоновки единой электроэнергетической системы.

Немаловажным является также тот факт, что в ГЭУ переменного тока в большей степени возможно использование серийных электрических машин, с отработанной технологией их производства, отлаженными и проверенными в эксплуатации системами возбуждения и регулирования.
Современные ГЭУ переменного тока могут строиться по системе СГ-СД или СГ-АД, т.е. с непосредственным питанием ГЭД от синхронных генераторов, либо по системе СГ-ТПЧ-СД (АД), т.е. с преобразователями частоты тока.

Преимущества ГЭУ по системе СГ-ТПЧ-СД состоят в полной управляемости СД при неизменной частоте вращения генераторов. Однако дополнительные потери в тиристорных преобразователях частоты и нелинейные искажения формы синусоиды напряжения и тока, снижение коэффициента мощности, что особенно важно учитывать в единых ЭЭС, делают их преимущества не бесспорными. ГЭУ по системе СГ-СД проще, надёжнее и дешевле, чем в системе с ТПЧ, имеют выше КПД, обладают лучшими массогабаритными показателями, но требуют управления частотой вращения первичных двигателей, а в случае ЕЭЭС на время динамических режимов шины собственных нужд необходимо отделять от шин электродвижения.