Построение векторной диаграммы напряжений.
4.1 На комплексной плоскости строятся векторы фазных напряжений питающей сети А, В, С; соединив их концы, получают векторы линейных напряжений АВ, ВС, СА. Затем строятся векторы фазных напряжений нагрузки А нагр., В нагр., С нагр. Для их построения можно использовать обе формы записи комплексов токов и напряжений.
Например, вектор А нагр. строится по показательной форме следующим образом: от оси +1 под углом 6 10 , т.е. против часовой стрелки, откладывается отрезок длиной 6,96 см; по алгебраической форме его можно построить, отложив по оси +1 отрезок длиной 6,81 см, а по оси + j отрезок длиной 0,76 см, концы этих отрезков являются координатами конца вектора А нагр.
4.2 Т.к. линейные напряжения нагрузки заданы питающей сетью, для определения положения нейтрали нагрузки необходимо выполнить параллельный перенос векторов фазных напряжений нагрузки А нагр., В нагр., С нагр. так, чтобы их концы совпали с концами фазных напряжений питающей сети.
Точка 0, в которой окажутся их начала, есть нейтраль нагрузки. В этой точке находится конец вектора напряжения смещения нейтрали 0, его начало расположено в точке 0. Этот вектор можно также построить, используя данные таблицы 9.
Построение векторной диаграммы
Вращая вектор Im‘ против движения часовой стрелки, в прямоугольной системе координат построим график изменения проекции его на вертикальную ось в пределах одного оборота (одного периода). Получим известный уже график синусоидальной функции, соответствующий заданному уравнению.
При построении векторов положительные углы отсчитывают от положительного направления горизонтальной оси против вращения часовой стрелки, а отрицательные — по ее движению.
В процессе расчета электрической цепи определяется ряд синусоидальных величин. Все их можно изобразить на одном чертеже при помощи вращающихся векторов, привязав к одной паре взаимно перпендикулярных осей.
Совокупность векторов, изображающих на одном чертеже несколько синусоидальных величин одинаковой частоты в начальный момент времени, называется векторной диаграммой.
Например, напряжение и ток в электрической цепи выражаются уравнениями:
u = 125 sin(ωt + 30°)
i = 12 sin(ωt — 20°).
Векторная диаграмма такой цепи изображена на рис. 12.11. Если выбрать масштабы напряжения и тока
Mu = 50 В/см; Mi = 4 А/см;
то
Um = Um/Mu = 125/50 = 2,5 см; Im = Im = im/Mi = 12/4 = 3 см.
Векторная диаграмма содержит векторы синусоидальных величин одинаковой частоты, поэтому они вращаются с одинаковой частотой и их взаимное расположение не меняется.
Начало отсчета времени выбирают произвольно, поэтому один из векторов диаграммы можно направить произвольно; остальные же нужно располагать с учетом сдвига фаз по отношению к первому или предыдущему вектору.
Новости ›› FastView 4.0 – Осциллограмма обретает жизнь
Специалистами НТЦ «Механотроника» разработана новая версия программы FastView, позволяющая в значительной мере упростить анализ аварийных осциллограмм.
Программа FastView 4.0 предназначена для просмотра и анализа осциллограмм, сохранённых в международном формате comtrade, а также во внутреннем формате «osc» ООО «НТЦ «Механотроника».
Новый продукт компании, помимо традиционных для программ просмотра осциллограмм векторной и частотной диаграммы, предоставляет возможность обработки сигналов в редакторе расчётных каналов. Теперь доступно вычисление симметричных составляющих, мощностей, сопротивлений, выделение гармонических составляющих и другие операции. При помощи встроенного калькулятора пользователь может задавать и другие, более сложные алгоритмы математической обработки сигналов.
Примеры применения
В следующих разделах приведены описания задач, которые решают с помощью представленной методики. Следует подчеркнуть, что применение комплексных чисел пригодно для сложных расчетов с высокой точностью. Однако на практике достаточно часто сравнительно простой векторной графики с наглядным отображением исходной информации на одном рисунке.
Механика, гармонический осциллятор
Таким термином обозначают устройство, которое можно вывести из равновесного состояния. После этого система возвращается в сторону исходного положения, причем сила (F) соответствующего воздействия зависит от дальности первичного перемещения (d) прямо пропорционально. Величину ее можно уточнить с помощью постоянного корректирующего коэффициента (k). Отмеченные определения связаны формулой F=-d*k
Формулы для расчета основных параметров гармонического осциллятора
К сведению. Аналогичные процессы происходят в системах иной природы. Пример – создание аналога на основе электротехнического колебательного контура (последовательного или параллельного). Формулы остаются теми же с заменой соответствующих параметров.
Свободные гармонические колебания без затухания
Продолжая изучение темы на примерах механических процессов, можно отметить возможность построения двухмерной схемы. Скорость в этом случае на оси Х отображается так же, как и в одномерном варианте. Однако здесь можно учесть дополнительно фактор ускорения, которое направляют под углом 90° к предыдущему вектору.
Гармонический осциллятор с затуханием и внешней вынуждающей силой
В этом случае также можно воспользоваться для изучения взаимного влияния дополнительных факторов векторной графикой. Как и в предыдущем примере, скорость и другие величины представляют в двухмерном виде. Чтобы правильно моделировать процесс, проверяют суммарное воздействие внешних сил. Его направляют к центру системы (точке равновесия). С применением геометрических формул вычисляют амплитуду механических колебаний после начального воздействия с учетом коэффициента затухания и других значимых факторов.
Расчет электрических цепей
Векторную графику применяют для сравнительно несложных цепей, которые созданы из набора элементов линейной категории: конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности. Для более сложных схем пользуются методикой расчета «Комплексных амплитуд», в которой реактивные компоненты определяют с помощью импедансов.
Векторная диаграмма для схемы соединений без нейтрального провода – звезда
Векторная диаграмма в данном случае выполняет функцию вспомогательного чертежа, который упрощает решение геометрических задач. Для катушек и конденсаторов, чтобы не пользоваться комплексным исчислением, вводят специальный термин – реактивное сопротивление. При синусоидальном токе изменение напряжения на индуктивном элементе описывается формулой U=-L*w*I0sin(w*t+f0).
Несложно увидеть подобие с классическим законом Ома. Однако в данном примере изменяется фаза. По этому параметру на конденсаторе напряжение отстает от тока на 90°. В индуктивности – обратное распределение. Эти особенности учитывают при размещении векторов на рисунке. В формуле учитывается частота, которая оказывает влияние на величину этого элемента.
Схемы и векторные диаграммы для идеального элемента и диэлектрика с потерями
Преобразование Фурье
Векторные технологии применяют для анализа спектров радиосигналов в определенном диапазоне. Несмотря на простоту методики, она вполне подходит для получения достаточно точных результатов.
Сложение двух синусоидальных колебаний
В ходе изучения таких источников сигналов рекомендуется работать со сравнительно небольшой разницей частот. Это поможет создать график в удобном для пользователя масштабе.
Фурье-образ прямоугольного сигнала
В этом примере оперируют суммой синусоидальных сигналов. Последовательное сложение векторов образует многоугольник, вращающийся вокруг единой точки. Для правильных расчетов следует учитывать отличия непрерывного и дискретного распределения спектра.
Для этого случая пользуются тем же отображением отдельных синусоид в виде векторов, как и в предыдущем примере. Суммарное значение также вписывается в окружность.
Файл-архив ›› Векторные диаграммы в релейной защите и автоматике. Шацков Ю. Л., Каргин С. В Библиотека электротехника
Изложены основные понятия и принципы снятия векторных диаграмм. Приведены примеры практического использования векторных диаграмм для проверки правильности подключения устройств РЗА, а также рассмотрены особенности снятия и использования векторных диаграмм при анализе работы МП РЗА. Для специалистов, занимающихся эксплуатацией, монтажом и наладкой устройств РЗА.Книга из серии Библиотечка электротехника. 120 выпуск
СодержаниеПредисловиеГЛАВА ПЕРВ АЯ. Построение векторных диаграмм . . . .1.1. Основные понятия и определения1.2. Общие вопросы построения векторных диаграмм.1.3. Построение вектора первичного тока1.4. Построение вектора вторичного тока1.5. Построение вектора вторичного напряжения1.6. Снятие векторных диаграмм.ГЛАВА ВТОРАЯ. Примеры практического использования векторных диаграмм2.1. Проверка правильности включения реле мощности нулевой последовательности.2.2. Проверка правильности включения реле мощности обратной последовательности (РМОП).2.3. Проверка правильности подключения приборов учета электрической энергии (счетчиков).2.4. Проверка правильности схемы соединений трансформаторов тока по фазам и по их полярности дифференциальной защиты трансформатора.2.5. Реле мощности в схеме автоматики, действующей при повышении напряжения2.6. Проверка направленности реле сопротивления дистанционной защиты типа ЭПЗ-1636 2.7. Проверка направленности защит типа ШДЭ 2801(2802) ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Современные микропроцессорные(цифровые) устройства РЗА3.1. Некоторые особенности применениямикропроцессорных устройств РЗА (МП РЗА).3.2. Использование векторных диаграммпри проверке рабочим током и напряжением.3.3. Применение векторных диаграммдля анализа работы защиты при возникновениивозмущений в электрических сетях.3.4. Векторные диаграммы в регистраторахаварийных событий (РАС)
Разновидности векторных диаграмм
Для корректного отображения переменных величин, которые определяют функциональность радиотехнических устройств, хорошо подходит векторная графика. Подразумевается соответствующее изменение основных параметров сигнала по стандартной синусоидальной (косинусоидальной) кривой. Для наглядного представления процесса гармоническое колебание представляют, как проекцию вектора на координатную ось.
С применением типовых формул несложно рассчитать длину, которая получится равной амплитуде в определенный момент времени. Угол наклона будет показывать фазу. Суммарные влияния и соответствующие изменения векторов подчиняются обычным правилам геометрии.
Различают качественные и точные диаграммы. Первые применяют для учета взаимных связей. Они помогают сделать предварительную оценку либо используются для полноценной замены вычислений. Другие создают с учетом полученных результатов, которые определяют размеры и направленность отдельных векторов.
Круговая диаграмма
Допустим, что надо изучить изменение параметров тока в цепи при разных значениях сопротивления резистора в диапазоне от нуля до бесконечности. В этой схеме напряжение на выходе (U) будет равно сумме значений (UR и UL) на каждом из элементов. Индуктивный характер второй величины подразумевает перпендикулярное взаимное расположение, что хорошо видно на части рисунка б). Образованные треугольники отлично вписываются в сегмент окружности 180 градусов. Эта кривая соответствует всем возможным точкам, через которые проходит конец вектора UR при соответствующем изменении электрического сопротивления. Вторая диаграмма в) демонстрирует отставание тока по фазе на угол 90°.
Линейная диаграмма
Здесь изображен двухполюсный элемент с активной и реактивной составляющими проводимости (G и jB, соответственно). Аналогичными параметрами обладает классический колебательный контур, созданный с применением параллельной схемы. Отмеченные выше параметры можно изобразить векторами, которые расположены постоянно под углом 90°. Изменение реактивной компоненты сопровождается перемещением вектора тока (I1…I3). Образованная линия располагается перпендикулярно U и на расстоянии Ia от нулевой точки оси координат.
Сложение и вычитание векторов
Главным достоинством векторных — это возможность простого сложения и вычитания двух величин. Например: требуется сложить, два тока, заданных уравнениями
Сложим два заданных тока i1 и i2 по известному правилу сложения векторов (рис. 12.12, а). Для этого изобразим токи в виде векторов из общего начала 0. Результирующий вектор найдем как диагональ параллелограмма, построенного на слагаемых векторах:
Im = Im1 + Im2
Сложение векторов, особенно трех и более, удобнее вести в таком порядке: один вектор остается на месте, другие переносятся параллель
но самим себе так, чтобы начало последующего вектора совпало с концом предыдущего.
Вектор Im, проведенный из начала первого вектора в конец последнего, представляет собой сумму всех векторов (рис. 12.12, б).
Вычитание одного вектора из другого выполняют сложением прямого вектора (уменьшаемого) и обратного (вычитаемого) (рис. 12.13):
При сложении синусоидальных величин в отдельных случаях можно применить аналитическое решение: применительно к рис. 12.12, а — по теореме косинусов; к рис. 12.14, а — сложение модулей векторов; б — вычитание модулей векторов, в — по теореме Пифагора.
Построение векторной диаграммы напряжений и токов
Для изучения технологии выберем однофазный источник синусоидального напряжения (U). Ток изменяется по формуле I=Im*cos w*t. Подключенная цепь содержит последовательно подключенные компоненты со следующими значениями:
- резистор: Ur=Im*R*cos w*t;
- конденсатор: Uc=Im*Rc*cos (w*t-π/2), Rc=1/w*C;
- катушка: UL= Im*RL*cos(w*t+π/2), RL=w*L.
При прохождении по цепи переменного тока на реактивных элементах будет соответствующий сдвиг фаз. Чтобы построить вектора правильно, рассчитывают амплитуды и учитывают изменение направлений. Ниже приведена последовательность создания графики вручную.
Диаграмма напряжений и токов на отдельных элементах
Далее с применением элементарных правил геометрии проверяют взаимное влияние векторов.
Решение векторного уравнения
На первом рисунке приведен результат сложения двух векторов при условии, когда Uc меньше UL. Добавив значение на сопротивление, получим результирующее напряжение Um. На третьей иллюстрации отмечен общий фазовый сдвиг.
Векторное отображение процессов в параллельном колебательном контуре, резонанс напряжений
В топографической диаграмме начало координат совмещают с так называемой точкой «нулевого потенциала». Такое решение упрощает изучение отдельных участков сложных схем.
Специализированный редактор онлайн
В интернете можно найти программу для построения векторных диаграмм в режиме online.
Основы релейной защиты ›› Векторные диаграммы токов и напряжений при коротком замыкании КЗ в сети
Назначение и условия построения векторных диаграмм. Для уяснений условий работы реле удобно использовать векторные диаграммы подведенных к ним напряжений и токов. За основу построения векторных диаграмм приняты следующие исходные положения: для упрощения рассматривается начальный момент КЗ на ЛЭП с односторонним питанием при отсутствии нагрузки (рис.1.3, а); для получения действительных углов сдвига фаз между токами и напряжениями учитывается падение напряжения не только в индуктивном, но и в активном сопротивлении R цепи КЗ; электрическая система, питающая место КЗ, заменяется одним эквивалентным генератором с фазными ЭДС ЕА, ЕВ, ЕС, представляющими симметричную и уравновешенную систему векторов, относительно которых строятся векторы токов и напряжений. Для упрощения построения диаграмм обычно рассматриваются металлические КЗ, при которых переходное сопротивление в месте замыкания RП = 0. За положительное направление токов принимается их направление от источника питания к месту повреждения, соответственно положительными считаются ЭДС и падения напряжения, направления которых совпадают с направлением положительного тока.
Заказать решение ТОЭ
- Метрология Электрические измерения
- Пигарев А.Ю. РГЗ по электротехнике и электронике в Multisim
-
Теория линейных электрических цепей ТЛЭЦ
-
—
Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: задание на контрольные работы № 1 и 2 с методическими указаниями для студентов IV курса специальности Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте-
—
Контрольная работа №1 -
—
Контрольная работа №2
-
—
-
—
-
Электротехника и основы электроники
-
—
Электротехника и основы электроники: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Соколов Б.П., Соколов В.Б. – М.: Высш. шк., 1985. – 128 с, ил-
—
Контрольная работа № 1 Электрические цепи -
—
Контрольная работа № 2 Трансформаторы и электрические машины -
—
Контрольная работа № 3 Основы электроники
-
—
-
—
-
Теоретические основы электротехники ТОЭ
-
—
Артеменко Ю.П., Сапожникова Н.М. Теоретические основы электротехники: Пособие по выполнению курсовой работы МГТУ ГА 2009 -
—
Переходные процессы Переходные процессы в электрических цепях -
—
Теоретические основы электротехники Методические указания и контрольные задания для студентов технических специальностей вузов-
—
Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока-
—
Задача 1.1 Линейные электрические цепи постоянного тока -
—
Задача 1.2 Линейные электрические цепи синусоидального тока
-
—
-
—
Задание 2 Четырехполюсники, трехфазные цепи, периодические несинусоидальные токи, электрические фильтры, цепи с управляемыми источниками
-
—
-
—
Теоретические основы электротехники сб. заданий Р.Я. Сулейманов Т.А. Никитина Екатеринбург УрГУПС 2010 -
—
Трехфазные цепи. Расчет трехфазных цепей -
—
УГТУ-УПИ Решение ТОЭ Билеты по ТОЭ -
—
Электромагнитное поле Электростатическое поле Электростатическое поле постоянного тока в проводящей среде Магнитное поле постоянного тока
-
—
