Трехфазные электрические цепи основные понятия и определения: Трехфазные электрические цепи Основные понятия и определения

Содержание

Трехфазные электрические цепи Основные понятия и определения

Трехфазная
цепь является частным случаем многофазных
систем электрических цепей, представляющих
собой совокупность электрических цепей,
в которых действуют синусоидальные ЭДС
одинаковой частоты, отличающиеся по
фазе одна от другой и создаваемые общим
источником энергии.

Каждую
из частей многофазной системы,
характеризующуюся одинаковым током,
принято называть фазой. Таким образом,
понятие «фаза» имеет в электротехнике
два значения: первое – аргумент
синусоидально изменяющейся величины,
второе – часть многофазной системы
электрических цепей. Цепи в зависимости
от количества фаз называют двухфазными,
трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные
цепи – наиболее распространенные в
современной электроэнергетике. Это
объясняется рядом их преимуществ по
сравнению как с однофазными, так и с
другими многофазными цепями:

  • экономичность
    производства и передачи энергии по
    сравнению с однофазными цепями;

  • возможность
    сравнительно простого получения
    кругового вращающегося магнитного
    поля, необходимого для трехфазного
    асинхронного двигателя;

  • возможность
    получения в одной установке двух
    эксплуатационных напряжений – фазного
    и линейного.

Трехфазная
цепь состоит из трех основных элементов:
трехфазного генератора, в котором
механическая энергия преобразуется в
электрическую с трехфазной системой
ЭДС; линии передачи со всем необходимым
оборудованием; приемников (потребителей),
которые могут быть как трехфазными
(например, трехфазные асинхронные
двигатели), так и однофазными (например,
лампы накаливания).

Трехфазный
генератор представляет собой синхронную
машину двух типов: турбогенератор и
гидрогенератор. Модель трехфазного
генератора схематически изображена на
рис. 3.1.

Рис.
3.1

На
статоре 1 генератора размещается обмотка
2, состоящая из трех частей или, как их
принято называть, фаз. Обмотки фаз
располагаются на статоре таким образом,
чтобы их магнитные оси были сдвинуты в
пространстве относительно друг друга
на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рис. 3.1 каждая
фаза обмотки статора условно показана
состоящей из одного витка. Начала фаз
обозначены буквами A, B и C, а концы – X,
Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит,
возбуждаемый постоянным током обмотки
возбуждения 4, расположенной на роторе.

При
вращении ротора турбиной с равномерной
скоростью в обмотках фаз статора
индуктируются периодически изменяющиеся
синусоидальные ЭДС одинаковой частоты
и амплитуды, но отличающиеся друг от
друга по фазе на 120° вследствие их
пространственного смещения.

На
схеме обмотку (или фазу) источника
питания изображают как показано на рис.
3.2.

За
условное положительное направление
ЭДС в каждой фазе принимают направление
от конца к началу. Обычно индуктированные
в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые
амплитуды и сдвинуты по фазе относительно
друг друга на один и тот же угол 120°.
Такая система ЭДС называется симметричной.

Рис.
3.2

Трехфазная
симметричная система ЭДС может
изображаться графиками, тригонометрическими
функциями, векторами и функциями
комплексного переменного.

Графики
мгновенных значений трехфазной
симметричной системы ЭДС показаны на
рис. 3.3.

Если
ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять
за исходную и считать её начальную фазу
равной нулю, то выражения мгновенных
значений ЭДС можно записать в виде

(3.1)

eA
= Em
sin ωt,
eB
= Em
sin (ωt — 120°),
eC
= Em
sin (ωt — 240°) = Em
sin (ωt + 120°).

Из
графика мгновенных значений (рис 3.3)
следует

(3.2)

eA
+ eB
+ eC
= 0

Комплексные
действующие ЭДС будут иметь выражения:

(3.3)

ĖA
= Em
ej0°
= Em
(1 + j0),
ĖB
= Em
e-j120°
= Em
(-1/2 — j/2),
ĖC
= Em
e+j120°
= Em
(-1/2 + j/2).

Векторная
диаграмма трехфазной симметричной
системы ЭДС показана на рис 3.4а.

Рис.
3.4

На
диаграмме рис. 3.4а вектор ĖA
направлен вертикально, так как при
расчете трехфазных цепей принято
направлять вертикально вверх ось
действительных величин. Из векторных
диаграмм рис 3.4 следует, что для
симметричной трехфазной системы
геометрическая сумма векторов ЭДС всех
фаз равна нулю:

(3.4)

ĖA
+ ĖB
+ ĖC
= 0.

Систему
ЭДС, в которой ЭДС фазы В отстает по фазе
от ЭДС фазы А, а ЭДС фазы С по фазе – от
ЭДС фазы В, называют системой прямой
последовательности. Если изменить
направление вращения ротора генератора,
то последовательность фаз изменится
(рис. 3.4б) и будет называться обратной.

Последовательность
фаз определяет направление вращения
трехфазных двигателей. Для определения
последовательности фаз имеются
специальные приборы – фазоуказатели.

В
период зарождения трехфазных систем
имелись попытки использовать несвязанную
систему, в которой фазы обмотки генератора
не были электрически соединены между
собой и каждая фаза соединялась со своим
приемником двумя проводами (рис. 3.5).
Такие системы не получили применения
вследствие их неэкономичности: для
соединения генератора с приемником
требовалось шесть проводов (рис. 3.5)

Рис.
3.5

Более
совершенными и экономичными являются
связанные цепи, в которых фазы обмотки
электрически соединены между собой.
Существуют различные способы соединения
фаз трехфазных источников питания и
трехфазных потребителей электроэнергии.
Наиболее распространенными являются
соединения «звезда» и «треугольник».
При этом способ соединения фаз источников
и фаз потребителей в трехфазных системах
могут быть различными. Фазы источника
обычно соединены «звездой», фазы
потребителей соединяются либо «звездой»,
либо «треугольником».

Понятие о трехфазных цепях — презентация онлайн

1. ПОНЯТИЕ О ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЯХ

Основные понятия и определения
Трехфазная цепь является частным случаем многофазных
систем электрических цепей, представляющих собой
совокупность электрических цепей, в которых действуют
синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по
фазе одна от другой и создаваемые общим источником
энергии.
Каждую
из
частей
многофазной
системы,
характеризующуюся одинаковым током, принято называть
фазой. Таким образом, понятие «фаза» имеет в
электротехнике два значения: первое – аргумент
синусоидально изменяющейся величины, второе – часть
многофазной системы электрических цепей. Цепи в
зависимости от количества фаз называют двухфазными,
трехфазными, шестифазными и т.п.
Основные понятия и определения
Трехфазные цепи – наиболее распространенные в
современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их
преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с
другими многофазными цепями:
экономичность производства и передачи энергии по
сравнению с однофазными цепями;
возможность сравнительно простого получения
кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для
трехфазного асинхронного двигателя;
возможность получения в одной установке двух
эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.
Элементы трехфазных цепей
Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов:
трехфазного генератора, в котором механическая энергия
преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС;
линии передачи со всем необходимым оборудованием;
приемников (потребителей), которые могут быть как
трехфазными
(например,
трехфазные
асинхронные
двигатели), так и однофазными (например, лампы
накаливания).
Элементы трехфазных цепей
Трехфазный генератор представляет собой синхронную
машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор.
Модель трехфазного генератора схематически изображена на
рис. 1.
1 – статор
2 – обмотка, состоящая
из трех частей или фаз
3 – ротор
4 – обмотка
возбуждения
постоянным током
A, B и C – начала фаз
X, Y, Z – концы фаз
Элементы трехфазных цепей
При вращении ротора турбиной с равномерной скоростью в
обмотках фаз статора индуктируются периодически
изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и
амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120°
вследствие их пространственного смещения.
Элементы трехфазных цепей
На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают
как показано на рис. 2.
За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе
принимают направление от конца к началу. Обычно
индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые
амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на
один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется
симметричной.
Элементы трехфазных цепей
Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться
графиками, тригонометрическими функциями, векторами и
функциями комплексного переменного.
Графики мгновенных значений трехфазной симметричной
системы ЭДС показаны на рис. 3.
Элементы трехфазных цепей
Если ЭДС одной фазы (например, фазы A) принять за
исходную и считать её начальную фазу равной нулю, то
выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде
eA=Emsinωt,
eB=Emsin(ωt−120°),
eC=Emsin(ωt−240°)=Emsin(ωt+120°).
Элементы трехфазных цепей
Из графика мгновенных значений (рис. 3) следует
e A+e B+e C=0
Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения:
Ė A=E me j0°=E m(1+j0),
Ė B=E me −j120°=E m(−1/2−j /2),
Ė C=E me +j120°=E m(−1/2+j /2).
Элементы трехфазных цепей
Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы
ЭДС показана на рис. 4а.
Элементы трехфазных цепей
На диаграмме рис. 4а вектор Ė A направлен вертикально, так
как при расчете трехфазных цепей принято направлять
вертикально вверх ось действительных величин.
Из векторных диаграмм рис. 4 следует, что для
симметричной трехфазной системы геометрическая сумма
векторов ЭДС всех фаз равна нулю:
Ė A+Ė B+Ė C=0.
Элементы трехфазных цепей
Систему ЭДС, в которой ЭДС фазы B отстает по фазе от
ЭДС фазы A, а ЭДС фазы C по фазе – от ЭДС фазы B,
называют системой прямой последовательности. Если
изменить направление вращения ротора генератора, то
последовательность фаз изменится (рис. 3.4б) и будет
называться обратной.
Последовательность фаз определяет направление вращения
трехфазных двигателей. Для определения последовательности
фаз имеются специальные приборы – фазоуказатели.
Способы соединения фаз обмотки
генератора
В период зарождения трехфазных систем имелись попытки
использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки
генератора не были электрически соединены между собой и каждая
фаза соединялась со своим приемником двумя проводами (рис. 3.5).
Такие системы не получили применения вследствие их
неэкономичности: для соединения генератора с приемником
требовалось шесть проводов.
Способы соединения фаз обмотки
генератора
Более совершенными и экономичными являются связанные
цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены
между собой. Существуют различные способы соединения
фаз трехфазных источников питания и трехфазных
потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными
являются соединения «звезда» и «треугольник». При этом
способ соединения фаз источников и фаз потребителей в
трехфазных системах могут быть различными. Фазы
источника обычно соединены «звездой», фазы потребителей
соединяются либо «звездой», либо «треугольником».
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
При
соединение
фаз
обмотки
генератора
(или
трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну
общую точку N, называемую нейтральной точкой (или
нейтралью) (рис. 6).
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Провода A−a, B−b и C−c, соединяющие начала фаз
генератора и приемника, называются линейными, провод N−n,
соединяющий точку N генератора с точкой n приемника, –
нейтральным.
Трехфазная цепь
четырехпроводной,
трехпроводной.
с нейтральным проводом будет
без
нейтрального
провода

Соединение фаз генератора и
приемника звездой
В трехфазных цепях различают фазные и линейные
напряжения. Фазное напряжение U Ф – напряжение между
началом и концом фазы или между линейным проводом и
нейтралью (U A , U B , U C у источника; U a , U b , U c у приемника).
Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то фазное
напряжение в приемнике считают таким же, как и в
источнике.
(U A = U a ,
U B= U b,
U C = U c ).
За
условно
положительные направления фазных напряжений принимают
направления от начала к концу фаз.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Линейное напряжение (U Л ) – напряжение между
линейными проводами или между одноименными выводами
разных фаз (U AB , U BC , U CA ). Условно положительные
направления линейных напряжений приняты от точек,
соответствующих
первому
индексу,
к
точкам
соответствующим второму индексу (рис. 6).
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
По аналогии с фазными и линейными напряжениями
различают также фазные и линейные токи:
Фазные (I Ф ) – это токи в фазах генератора и приемников.
Линейные (I Л ) – токи в линейных проводах.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
При соединении в звезду фазные и линейные токи равны
I Ф=I Л.
Ток, протекающий в нейтральном проводе, обозначают I N .
По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n (N)
имеем в комплексной форме
İ N=İ A+İ B+İ C.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
В соответствии с выбранными условными положительными
направлениями фазных и линейных напряжений можно
записать уравнения по второму закону Кирхгофа.
Ú AB=Ú A−Ú B; Ú BC=Ú B−Ú C; Ú CA=Ú C−Ú A.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Согласно этим выражениям на рис. 7 построена векторная
диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе
фазных напряжений система линейных напряжений тоже
симметрична: U AB , U BC , U CA равны по величине и сдвинуты по
фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение U Л ), и
опережают,
соответственно,
векторы
фазных
напряжений U A , U B , U C , (U Ф ) на угол 30°.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Действующие значения линейных напряжений можно
определить графически по векторной диаграмме или по
формуле, которая следует из треугольника, образованного
векторами двух фазных и одного линейного напряжений:
U Л=2U Фcos30°
или
U Л= U Ф.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения
для цепей низкого напряжения связаны между собой
соотношениями:
U Л=660В;U Ф=380В;
U Л=380В;U Ф=220В;
U Л=220В;U Ф=127В.
Соединение фаз генератора и
приемника звездой
Векторную диаграмму удобно выполнить топографической
(рис. 8), тогда каждой точке цепи соответствует определенная
точка на диаграмме. Вектор, проведенный между двумя
точками топографической диаграммы, выражает по величине
и фазе напряжения между одноименными точками цепи.
Классификация приемников в
трехфазной цепи
Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть
либо однофазными, либо трехфазными. К однофазным
приемникам относятся электрические лампы накаливания и
другие осветительные приборы, различные бытовые приборы,
однофазные двигатели и т.д. К трехфазным приемникам
относятся
трехфазные
асинхронные
двигатели
и
индукционные печи.
Классификация приемников в
трехфазной цепи
Обычно комплексные сопротивления фаз трехфазных
приемников равны между собой:
Za = Zb = Zc = Zejφ.
Такие приемники называют симметричными. Если это
условие не выполняется, то приемники называют
несимметричными. При этом, если Za = Zb = Zc, то
трехфазный приемник называют равномерным, если
φa = φb = φc, то однородным.
Четырехпроводная цепь
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.
Четырехпроводная цепь
Если полные комплексные сопротивления фаз приемника
равны Za = Zb = Zc, то токи в каждой фазе можно определить
по формулам
İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.
В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в
нейтральном проводе
İN = İa + İb + İc = İA + İB + İC.
Симметричная нагрузка
приемника
При симметричной системе напряжений и симметричной
нагрузке, когда Za = Zb = Zc, т.е. когда Ra = Rb = Rc = Rф и
Xa = Xb = Xc = Xф, фазные токи равны по значению и углы
сдвига фаз одинаковы
Ia = Ib = Ic = Iф = Uф / Zф,
φa = φb = φc = φ = arctg (Xф/Rф).
Симметричная нагрузка
приемника
Построив векторную диаграмму токов для симметричного
приемника (рис. 9), легко установить, что геометрическая
сумма трех векторов тока равна нулю: İa + İb + İc = 0.
Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в
нейтральном проводе IN = 0, поэтому необходимость в
нейтральном проводе отпадает.
Несимметричная нагрузка
приемника
При симметричной системе напряжений и несимметричной
нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φc токи в фазах
потребителя различны и определяются по закону Ома
İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.
Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме
фазных токов
İN = İa + İb + İc.
Несимметричная нагрузка
приемника
При симметричной системе напряжений и несимметричной
нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φc токи в фазах
потребителя различны и определяются по закону Ома
İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.
Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме
фазных токов
İN = İa + İb + İc.
Несимметричная нагрузка
приемника
Напряжения будут Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC, UФ = UЛ / ,
благодаря нейтральному проводу при ZN = 0.
Следовательно,
нейтральный
провод
обеспечивает
симметрию
фазных
напряжений
приемника
при
несимметричной нагрузке.
Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные
несимметричные нагрузки, например, электрические лампы
накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки,
находящейся под неизменным фазным напряжением
генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз.
Несимметричная нагрузка
приемника
Векторная диаграмма
приведена на рис. 10
при
несимметричной
нагрузке
Трехпроводная электрическая
цепь
Схема соединения источника и приемника звездой без
нейтрального провода приведена на рис. 11.
Трехпроводная электрическая
цепь
Соотношение между фазными и линейными напряжениями
приемника также равно 3, т.е. UФ = UЛ / 3 , а токи в фазах
определяются по тем же формулам, что и для
четырехпроводной цепи. В случае симметричного приемника
достаточно определить ток только в одной из фаз. Сдвиг фаз
между
током
и
соответствующим
напряжением
φ = arctg (X / R).
Трехпроводная электрическая
цепь
При несимметричной нагрузке Za ≠ Zb ≠ Zc между
нейтральными
точками
приемника
и
источника
электроэнергии возникает напряжение смещения нейтрали
UnN.
Для определения напряжения смещения нейтрали можно
воспользоваться формулой межузлового напряжения, так как
схема рис 11 представляет собой схему с двумя узлами,
,
где: Ya = 1 / Za; Yb = 1 / Zb; Yc = 1 / Zc – комплексы
проводимостей фаз нагрузки.
Трехпроводная электрическая
цепь
Очевидно, что теперь напряжения на фазах приемника
будут отличаться друг от друга. Из второго закона Кирхгофа
следует, что
Úa = ÚA — ÚnN; Úb = ÚB — ÚnN; Úc = ÚC — ÚnN.
Зная фазные напряжения приемника, можно определить
фазные токи:
İa = Úa / Za = Ya Úa; İb = Úb / Zb = Yb Úb; İc =
Úc / Zc = Yc Úc.
Трехпроводная электрическая
цепь
Векторы
фазных
напряжений
можно
определить
графически,
построив
векторную
(топографическую)
диаграмму фазных напряжений источника питания и UnN (рис.
12).
Трехпроводная электрическая
цепь
При изменении величины (или характера) фазных
сопротивлений напряжение смещений нейтрали UnN может
изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка
приемника n на диаграмме может занимать разные
положения, а фазные напряжения приемника Úa, Úb и
Úc могут отличаться друг от друга весьма существенно.
Трехпроводная электрическая
цепь
Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный
провод можно удалить и это не повлияет на фазные
напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и
отсутствии нейтрального провода фазные напряжения
нагрузки уже не связаны жестко с фазными напряжениями
генератора, так как на нагрузку воздействуют только
линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка
в таких условиях вызывает несимметрию ее фазных
напряжений Úa, Úb, Úc и смещение ее нейтральной точки n из
центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).
Трехпроводная электрическая цепь
Направление
смещения
нейтрали
зависит
последовательности фаз системы и характера нагрузки.
от
Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:
выравнивать фазные напряжения
несимметричной нагрузке;
приемника
при
подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с
номинальным напряжением в раз меньше номинального
линейного напряжения сети.
Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя
ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя
приведет к разрыву нейтрального провода и появлению
значительных перенапряжений на фазах нагрузки.
Соединение фаз генератора и
приемника треугольником
При соединении источника питания треугольником (рис.
13) конец X одной фазы соединяется с началом В второй
фазы, конец Y второй фазы – с началом С третьей фазы, конец
третьей фазы Z – c началом первой фазы А. Начала А, В и С
фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам.
Соединение фаз генератора и
приемника треугольником
Соединение фаз источника в замкнутый треугольник
возможно при симметричной системе ЭДС, так как
ĖA + ĖB + ĖC = 0.
Если соединение обмоток треугольником выполнено
неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала
двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника
отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это
аварийный режим для источников питания, и поэтому
недопустим.
Соединение фаз генератора и
приемника треугольником
Соединение фаз источника в замкнутый треугольник
возможно при симметричной системе ЭДС, так как
ĖA + ĖB + ĖC = 0.
Если соединение обмоток треугольником выполнено
неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала
двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника
отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это
аварийный режим для источников питания, и поэтому
недопустим.
Напряжение между концом и началом фазы при соединении
треугольником – это напряжение между линейными
проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное
напряжение равно фазному напряжению.
U Л = UФ .
Пренебрегая
сопротивлением
линейных
проводов,
линейные напряжения потребителя можно приравнять
линейным напряжениям источника питания: Uab = UAB,
Ubc = UBC, Uca = UCA. По фазам Zab, Zbc, Zca приемника
протекают фазные токи İab, İbc и İca. Условное положительное
направление фазных напряжений Úab, Úbc и Úca совпадает с
положительным направлением фазных токов. Условное
положительное направление линейных токов İA, İB и
İC принято от источников питания к приемнику.
Соединение фаз генератора и
приемника треугольником
В отличие от соединения звездой при соединении
треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах
приемника определяются по формулам
İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.
Линейные токи можно определить по фазным, составив
уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис
13)
İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.
Соединение фаз генератора и
приемника треугольником
Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20),
получим
İA + İB + İC = 0,
т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при
симметричной, так и при несимметричной нагрузке.
Симметричная нагрузка
При симметричной нагрузке
Zab = Zbc = Zca = Zejφ,
т.е. Zab = Zbc = Zca = Z, φab = φbc = φca = φ.
Симметричная нагрузка
Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC,
UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную
систему
İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.
Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе
относительно друг друга составляют 120°.
Симметричная нагрузка
Линейные токи
İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc;
образуют также симметричную систему токов (рис.14, 15).
Симметричная нагрузка
На векторной диаграмме (рис. 15) фазные токи отстают от
фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника
являются индуктивными, т. е. φ > 0°). Здесь принято, что
напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует,
что любой линейный ток больше фазного в
3
раз.
Линейный ток İA отстает по фазе от фазного тока İab на угол
30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca.
Таким
образом,
при
соединении
треугольником
действующее значение линейного тока при симметричной
нагрузке в 3 раз больше действующего значения фазного
тока и UЛ = UФ; IЛ = IФ.
Симметричная нагрузка
При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи
соединенной треугольником, можно свести к расчету одной
фазы.
Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ,
линейный ток IЛ = IФ, угол сдвига по фазе φ = arctg (XФ / RФ).
Несимметричная нагрузка
В
общем случае при несимметричной нагрузке
Zab ≠ Zbc ≠ Zca. Обычно она возникает при питании от
трехфазной сети однофазных приемников. Например, для
нагрузки, рис. 16, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные
мощности будут в общем случае различными.
Несимметричная нагрузка
Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется
активная нагрузка, в фазе bc – активно-индуктивная, а в фазе
ca – активно-емкостная приведена на рис. 3.16,
топографическая диаграмма – на рис. 3.17.
Несимметричная нагрузка
Построение векторов линейных токов произведено в
соответствии с выражениями
İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.
Важной особенностью соединения фаз приемника
треугольником является то, что при изменении сопротивления
одной из фаз режим работы других фаз остается неизменным,
так как линейные напряжения генератора являются
постоянными. Будет изменяться только ток данной фазы и
линейные токи в проводах линии, соединенных с этой фазой.
Поэтому
схема
соединения
треугольником
широко
используется для включения несимметричной нагрузки.
Несимметричная нагрузка
При расчете для несимметричной нагрузки сначала
определяют значения фазных токов İab, İbc, İca и
соответствующие им сдвиги фаз φab, φbc, φca. Затем
определяют линейные токи в комплексной форме или с
помощью векторных диаграмм (рис. 16, 17).
Мощности трехфазной цепи
В трехфазных цепях, так же как и в однофазных,
пользуются понятиями активной, реактивной и полной
мощностей.
Соединение потребителей звездой
В общем случае несимметричной нагрузки активная
мощность трехфазного приемника равна сумме активных
мощностей отдельных фаз
P = Pa + Pb + Pc,
где
Pa = Ua Ia cos φa; Pb = Ub Ib cos φb; Pc = Uc Ic cos φc;
Ua, Ub, Uc; Ia, Ib, Ic – фазные напряжения и токи;
φa, φb, φc – углы сдвига фаз между напряжением и током.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей звездой
Реактивная мощность соответственно равна алгебраической
сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qa + Qb + Qc,
где
Qa = Ua Ia sin φa;
Qb = Ub Ib sin φb;
Qc = Uc Ic sin φc.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей звездой
Полная мощность отдельных фаз
Sa = Ua Ia; Sb = Ub Ib; Sc = Uc Ic.
Полная мощность трехфазного приемника
.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей звездой
При симметричной системе напряжений (Ua = Ub = Uc = UФ)
и симметричной нагрузке (Ia = Ib = Ic = IФ; φa = φb = φc = φ)
фазные мощности равны Pa = Pb = Pc = PФ = UФ IФ cos φ;
Qa = Qb = Qc = QФ = UФ IФ sin φ.
Активная
приемника
мощность
симметричного
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
трехфазного
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей звездой
Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.
Отсюда следует, что в трехфазной цепи при симметричной
системе напряжений и симметричной нагрузке достаточно
измерить мощность одной фазы и утроить результат.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
В общем случае несимметричной нагрузки активная
мощность трехфазного приемника равна сумме активных
мощностей отдельных фаз
P = Pab + Pbc + Pca,
где
Pab = Uab Iab cos φab;
Pbc = Ubc Ibc cos φbc;
Pca = Uca Ica cos φca;
Uab, Ubc, Uca; Iab, Ibc, Ica – фазные напряжения и токи;
φab, φbc, φca – углы сдвига фаз между напряжением и током.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
Реактивная мощность соответственно равна алгебраической
сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qab + Qbc + Qca,
где
Qab = Uab Iab sin φab;
Qbc = Ubc Ibc sin φbc;
Qca = Uca Ica sin φca.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
Полная мощность отдельных фаз
Sab = Uab Iab;
Sbc = Ubc Ibc;
Sca = Uca Ica.
Полная мощность трехфазного приемника
.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
При симметричной системе напряжений
Uab = Ubc = Uca = UФ
и симметричной нагрузке
Iab = Ibc = Ica = IФ; φab = φbc = φca = φ
фазные мощности равны
Pab = Pbc = Pca = PФ = UФ IФ cos φ;
Qab = Qbc = Qca = QФ = UФ IФ sin φ.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
Активная
приемника
мощность
симметричного
трехфазного
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
Так как за номинальные величины обычно принимают
линейные напряжения и токи, то мощности удобней выражать
через линейные величины UЛ и IЛ.
При соединении фаз симметричного приемника звездой
UФ = UЛ / 3 , IФ = IЛ, при соединении треугольником
UФ = UЛ, IФ = IЛ / 3 . Поэтому независимо от схемы
соединения фаз приемника активная мощность при
симметричной нагрузке определяется одной и той же
формулой
P = UЛ IЛ cos φ.
где UЛ и IЛ – линейное напряжение и ток; cos φ – фазный.
Мощности трехфазной цепи
Соединение потребителей треугольником
Обычно индексы «л» и «ф» не указывают и формула принимает
вид
P = U I cos φ.
Соответственно реактивная мощность
Q = U I sin φ.
и полная мощность
S = U I.
При этом надо помнить, что угол φ является углом сдвига фаз
между фазными напряжением и током, и, что при неизмененном
линейном напряжении, переключая приемник со звезды в
треугольник его мощность увеличивается в три раза:
Δ P = Υ 3P.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят
с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя
различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для
измерения активной мощности определяется схемой сети (трехили четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника
(звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная
или несимметричная), доступностью нейтральной точки.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи
активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 19),
каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную
мощность.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
Активная мощность приемника
показаний трех ваттметров
определяют
по
сумме
P = P1 + P2 + P3,
где P1 = UA IA cos φA; P2 = UB IB cos φB; P3 = UC IC cos φC.
Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых
условиях.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке
активную мощность приемника определяют с помощью одного
ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме
рис. 20. Активная мощность всего трехфазного приемника равна
при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 PФ.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
На рис. 20 показано включение прибора непосредственно в
одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка
приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного
треугольником не выведены, применяют схему рис. 21 с
использованием искусственной нейтральной точки n’.
Измерение активной мощности в
трехфазных цепях
В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с
сопротивлением R = RV.
Измерение активной мощности симметричного приемника в
трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при
полной гарантии симметричности трехфазной системы.

Трехфазные электрические цепи. Лекция | План-конспект занятия:

Основные понятия и определения

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1

На статоре 1 генератора размещается обмотка 2, состоящая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Обмотки фаз располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рис. 3.1 каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, Bи C, а концы – X, Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4, расположенной на роторе.

При вращении ротора турбиной с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения.

На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают как показано на рис. 3.2.

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной.

Рис. 3.2

Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться графиками, тригонометрическими функциями, векторами и функциями комплексного переменного.

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3.

Если ЭДС одной фазы (например, фазы A) принять за исходную и считать её начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде

(3. 1)

eA=Emsinωt,
eB=Emsin(ωt−120°),
eC=Emsin(ωt−240°)=Emsin(ωt+120°).

Из графика мгновенных значений (рис 3.3) следует

(3.2)

eA+eB+eC=0

Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения:

(3.3)

ĖA=Emej0°=Em(1+j0),
ĖB=Eme−j120°=Em(−1/2−j/2),
ĖC=Eme+j120°=Em(−1/2+j/2).

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис 3.4а.

Рис. 3.4

На диаграмме рис. 3.4а вектор ĖA направлен вертикально, так как при расчете трехфазных цепей принято направлять вертикально вверх ось действительных величин. Из векторных диаграмм рис 3.4 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

(3.4)

ĖA+ĖB+ĖC=0.

Систему ЭДС, в которой ЭДС фазы B отстает по фазе от ЭДС фазы A, а ЭДС фазы C по фазе – от ЭДС фазы B, называют системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора, то последовательность фаз изменится (рис. 3.4б) и будет называться обратной.

Последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей. Для определения последовательности фаз имеются специальные приборы – фазоуказатели.

В период зарождения трехфазных систем имелись попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами (рис. 3.5). Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генератора с приемником требовалось шесть проводов (рис. 3.5)

Рис. 3.5

Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой. Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения «звезда» и «треугольник». При этом способ соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены «звездой», фазы потребителей соединяются либо «звездой», либо «треугольником».

Соединение фаз генератора и приемника звездой

При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников (Za, Zb, Zc) также соединяют в одну точку n. Такое соединение называется соединение звезда.

Рис. 3.6

Провода A−a, B−b и C−c, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N−n, соединяющий точку N генератора с точкой n приемника, – нейтральным.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.

В трехфазных цепях различают фазные и линейные напряжения. Фазное напряжение UФ – напряжение между началом и концом фазы или между линейным проводом и нейтралью (UA, UB, UC у источника; Ua, Ub, Uc у приемника). Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то фазное напряжение в приемнике считают таким же, как и в источнике. (UA=Ua, UB=Ub, UC=Uc). За условно положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз.

Линейное напряжение (UЛ) – напряжение между линейными проводами или между одноименными выводами разных фаз (UAB, UBC, UCA). Условно положительные направления линейных напряжений приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам соответствующим второму индексу (рис. 3.6).

По аналогии с фазными и линейными напряжениями различают также фазные и линейные токи:

  • Фазные (IФ) – это токи в фазах генератора и приемников.
  • Линейные (IЛ) – токи в линейных проводах.

При соединении в звезду фазные и линейные токи равны

(3.5)

IФ=IЛ.

Ток, протекающий в нейтральном проводе, обозначают IN.

По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n (N) имеем в комплексной форме

(3.6)

İN=İA+İB+İC.

Рис. 3.7

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.

(3.7)

ÚAB=ÚA−ÚB; ÚBC=ÚB−ÚC; ÚCA=ÚC−ÚA.

Согласно этим выражениям на рис. 3.7а построена векторная диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична: UAB, UBC, UCA равны по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение UЛ), и опережают, соответственно, векторы фазных напряжений UA, UB, UC, (UФ) на угол 30°.

Действующие значения линейных напряжений можно определить графи-чески по векторной диаграмме или по формуле (3.8), которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:

UЛ=2UФcos30°

или

(3.8)

UЛ=UФ.

Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношениями:

UЛ=660В;UФ=380В;
UЛ=380В;UФ=220В;
UЛ=220В;UФ=127В.

Векторную диаграмму удобно выполнить топографической (рис. 3.7б), тогда каждой точке цепи соответствует определенная точка на диаграмме. Вектор, проведенный между двумя точками топографической диаграммы, выражает по величине и фазе напряжения между одноименными точками цепи.

Классификация приемников в трехфазной цепи

Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть либо однофазными, либо трехфазными. К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д. К трехфазным приемникам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи. Обычно комплексные сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой:

(3.9)

Za = Zb = Zc = Zejφ.

Такие приемники называют симметричными. Если это условие не выполняется, то приемники называют несимметричными. При этом, если Za = Zb = Zc, то трехфазный приемник называют равномерным, если φa = φb = φc, то однородным.

Четырехпроводная цепь

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 = Zc, то токи в каждой фазе можно определить по формулам

(3.10)

İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе

(3.11)

İN = İa + İb + İc = İA + İB + İC.

Симметричная нагрузка приемника

При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc, т.е. когда Ra = Rb = Rc = Rф и Xa = Xb = Xc = Xф, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы

(3.12)

Ia = Ib = Ic = Iф = Uф / Zф,

(3.13)

φa = φb = φc = φ = arctg (Xф/Rф).

Построив векторную диаграмму токов для симметричного приемника (рис. 3.8), легко установить, что геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю: İa + İb + İc = 0. Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе IN = 0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.

Рис. 3.8

Несимметричная нагрузка приемника

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φc токи в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома

İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.

Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме фазных токов

İN = İa + İb + İc.

Напряжения будут Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC, UФ = UЛ / , благодаря нейтральному проводу при ZN = 0.

Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные нагрузки, например, электрические лампы накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз.

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рис. 3.9

Рис. 3.9

Трехпроводная электрическая цепь

Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10

При симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc = Zφ, напряжение между нейтральной точкой источника N и нейтральной точкой приемника n равно нулю, UnN = 0.

Соотношение между фазными и линейными напряжениями приемника также равно , т.е. UФ = UЛ / , а токи в фазах определяются по тем же формулам (3.12, 3.13), что и для четырехпроводной цепи. В случае симметричного приемника достаточно определить ток только в одной из фаз. Сдвиг фаз между током и соответствующим напряжением φ = arctg (X / R).

При несимметричной нагрузке Za ≠ Zb ≠ Zc между нейтральными точками приемника и источника электроэнергии возникает напряжение смещения нейтрали UnN.

Для определения напряжения смещения нейтрали можно воспользоваться формулой межузлового напряжения, так как схема рис 3. 10 представляет собой схему с двумя узлами,

(3.14)

,

где: Ya = 1 / Za; Yb = 1 / Zb; Yc = 1 / Zc – комплексы проводимостей фаз нагрузки.

Очевидно, что теперь напряжения на фазах приемника будут отличаться друг от друга. Из второго закона Кирхгофа следует, что

(3.15)

Úa = ÚA — ÚnN; Úb = ÚB — ÚnN; Úc = ÚC — ÚnN.

Зная фазные напряжения приемника, можно определить фазные токи:

(3.16)

İa = Úa / Za = Ya Úa; İb = Úb / Zb = Yb Úb; İc = Úc / Zc = Yc Úc.

Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника питания и UnN (рис. 3.11).

При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали UnN может изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемника n на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемника Úa, Úb и Úc могут отличаться друг от друга весьма существенно.

Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения нагрузки уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает несимметрию ее фазных напряжений Úa, Úb, Úc и смещение ее нейтральной точки n из центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).

Рис. 3.11

Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:

  • выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке;
  • подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в  раз меньше номинального линейного напряжения сети.

Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

Соединение фаз генератора и приемника треугольником

При соединении источника питания треугольником (рис. 3.12) конец X одной фазы соединяется с началом В второй фазы, конец Y второй фазы – с началом С третьей фазы, конец третьей фазы Z – c началом первой фазы А. Начала А, В и С фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам.

Рис. 3.12

Соединение фаз источника в замкнутый треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как

(3.17)

ĖA + ĖB + ĖC = 0.

Если соединение обмоток треугольником выполнено неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это аварийный режим для источников питания, и поэтому недопустим.

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению.

(3. 18)

UЛ = UФ.

Пренебрегая сопротивлением линейных проводов, линейные напряжения потребителя можно приравнять линейным напряжениям источника питания: Uab = UAB, Ubc = UBC, Uca = UCA. По фазам Zab, Zbc, Zca приемника протекают фазные токи İab, İbc и İca. Условное положительное направление фазных напряжений Úab, Úbc и Úca совпадает с положительным направлением фазных токов. Условное положительное направление линейных токов İA, İB и İC принято от источников питания к приемнику.

В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

(3.19)

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Линейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис 3.12)

(3.20)

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.

Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20), получим

(3.21)

İA + İB + İC = 0,

т. е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке.

Симметричная нагрузка

При симметричной нагрузке

(3.22)

Zab = Zbc = Zca = Zejφ,

т.е. Zab = Zbc = Zca = Z, φab = φbc = φca = φ.

Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°.

Линейные токи

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc;

образуют также симметричную систему токов (рис.3.13, 3.14).

Рис. 3.13

На векторной диаграмме (рис. 3.14) фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в  раз. Линейный ток İA отстает по фазе от фазного тока İab на угол 30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca.

Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в  раз больше действующего значения фазного тока и UЛ = UФ; IЛ =IФ.

При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи соединенной треугольником, можно свести к расчету одной фазы.

Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ, линейный ток IЛ =IФ, угол сдвига по фазе φ = arctg (XФ / RФ).

Рис. 3.14

Несимметричная нагрузка приемника

В общем случае при несимметричной нагрузке Zab ≠ Zbc ≠ Zca. Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников. Например, для нагрузки, рис. 3.15, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные мощности будут в общем случае различными.

Рис. 3.15

Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется активная нагрузка, в фазе bc – активно-индуктивная, а в фазе ca – активно-емкостная приведена на рис. 3.16, топографическая диаграмма – на рис. 3.17.

Рис. 3.16

Построение векторов линейных токов произведено в соответствии с выражениями

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.

Рис. 3.17

Таким образом, при несимметричной нагрузке симметрия фазных токов İab, İbс, İca нарушается, поэтому линейные токи İA, İB, İCможно определить только расчетом по вышеприведенным уравнениям (3.20) или найти графическим путем из векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы других фаз остается неизменным, так как линейные напряжения генератора являются постоянными. Будет изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах линии, соединенных с этой фазой. Поэтому схема соединения треугольником широко используется для включения несимметричной нагрузки.

При расчете для несимметричной нагрузки сначала определяют значения фазных токов İab, İbc, İca и соответствующие им сдвиги фаз φab, φbc, φca. Затем определяют линейные токи с помощью уравнений (3.20) в комплексной форме или с помощью векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Общие замечания к расчету трехфазных цепей

1.  При расчете трехфазных цепей исходят из предположения, что генератор дает симметричную систему напряжений. На практике не симметрия нагрузки практически не влияет на систему напряжений генератора в том случае, если мощность нагрузки мала по сравнению с мощностью генератора или сети электроснабжения.

2. Схема соединения обмоток трехфазного генератора не предопределяет схему соединения нагрузки. Так, при соединении фаз генератора в звезду нагрузка может быть соединена в звезду с нейтральным проводом, в звезду без нейтрального провода или, наконец, в треугольник.

 «Расчет трехфазных цепей переменного тока» Задача 1. Симметричный и несимметричный потребители, один из которых соединен треугольником, другой – звездой (при несимметричной нагрузке – звездой с нейтральным проводом), подключены к трехфазному источнику с линейным напряжением 380 В. Исходные данные приведены в таблицах 1, 2, где положительные реактивные сопротивления имеют индуктивный характер, отрицательные — емкостной.

Начертить электрическую схему к задаче, в которой предусмотреть три (для четырехпроводной сети) или два (для трехпроводной сети) ваттметра для измерения активной мощности, отдаваемой источником в нагрузку. Рассчитать фазные токи потребителей, сдвиги их по фазе по отношению к своим напряаениям и активные мощности. Построить в масштабе для каждого потребителя векторную диагромму и определить расчетом или графически линейные токи и ток в нейтрали (если она есть).

Построить в масштабе векторную диаграмму для схемы в целом, на которой показать все линейные токи. Определить графически линейные токи источника и сдвиги их по фазе по отношению к соответствующим фазным напряжениям; для схемы с двумя ваттметрами определить сдвиги по фазе их токов по отношению к их напряжениям. Используя результаты этих расчетов, найти показания ваттметров и сравнить их сумму с суммой активных мощностей потребителей.

Таблица 1

Вариант

Несимметричный потребитель (звезда)

Симмет. потр. (треугольник)

ZA

ZB

ZC

ZAB = ZBC = ZCA

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

1

10

22

18

-21

55

30

47,5

2

13

-22

15

35

33

16

3

12

11

38

16

26

-11

4

-32

25

17

20

38

5

14

19

27

27

-20

Таблица 2

Вариант

Несимметричный потребитель (треугольник)

Симмет. потр. (звезда)

ZAB

ZBC

ZCA

ZA = ZB = ZC

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

R, Ом

X, Ом

6

10

20

30

15

-25

-40

7

32

-15

19

19

45

24

30

8

38

19

-30

27

13

22

9

19

40

-25

38

17

17

10

17

22

40

-47

16

-11

             

Трехфазная система электрических цепей.

Основные понятия и определения

Трехфазные электрические цепи

Трехфазная система электрических цепей – это совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии.

Если все три ЭДС равны по значению и сдвинуты по фазе на 120° или (по отношению друг к другу, то такая система называется симметричной. Если ЭДС не равны по значению и (или) сдвинуты по фазе друг относительно друга на различные углы, то такая система называется несимметричной. Аналогично определяются трехфазные системы напряжений и токов. Векторные диаграммы симметричных и несимметричных систем ЭДС приведены на рис.6.1.

2π/3 2π/3 2π/3

а. б. в.

Рис.6.1

Часть трехфазной системы электрических цепей, в которой может существовать один из токов трехфазной системы, называется фазой. Таким образом, фазой является обмотка источника питания (генератора, трансформатора), в которой индуцируется ЭДС, и приемник (нагрузка), подключенный к этой обмотке. В трехфазных системах электрических цепей используется второе значение термина «фаза».

Применяют следующие обозначения фазы (рис.6.2): А (В, С) или а (в, с) – начало фазы, Х (Y, Z) или x (y, z) – конец фазы (прописные буквы относятся к источнику энергии, а строчные – к нагрузке).

За начало фазы принимают полюс (клемму) источника от которого ток поступает во внешнюю цепь при положительном его значении.

В аналитической форме мгновенные значения фазных ЭДС записываются:

;

; (6.1)

.

A a

EA UA IA ZA

X

z y

UC Z

EB ZB EC UB

C IB

IC

Рис. 6.2

В графическом виде симметричная трехфазная система ЭДС приведена на рис.6.3.

eA eB eC

π/3 2π/3 π 2π

ωt

Рис.6.3

В симметричной трехфазной системе ЭДС сумма мгновенных значений фазных ЭДС в любой момент времени равна нулю: (рис.6.3). Это же выполняется и для амплитудных (действующих) значений векторов: (рис.6.4).

 
 
       
   
 
 

2π/3 2π/3 EA EB

       
 
   
 

p

EC

Рис.6.4

На векторной диаграмме (рис.6.1,а или 6.4) фаза В отстает от фазы А, а фаза С – от фазы В. Такое чередование фаз АВС называется прямой последовательностью, а чередование фаз АСВобратной.

Тема 5. Трёхфазные электрические цепи

Лекция 13. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

138 Лекция 13. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ План 1. Технико-экономические преимущества трехфазных цепей. 2. Соединение звездой и треугольником. 3. Симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи. 4. Заключение.

Подробнее

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. 1. Достоинства трехфазной цепи. 2. Принцип получения трехфазной ЭДС. 3. Соединение трехфазной цепи звездой. 4. Назначение нейтрального провода. 5. Соединение трехфазной цепи

Подробнее

ТРЁХФАЗНЫЕ ЦЕПИ СО СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

3 РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Расчетно-граическая работа РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.. Задание. По заданному номеру варианта изобразить цепь, подлежащую расчету, выписать значения параметров элементов цепи. . Рассчитать азное

Подробнее

ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРЕДИСЛОВИЕ ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1.1.Электрическая цепь 1.2.Электрический ток 1.3.Сопротивление и проводимость 1.4.Электрическое напряжение. Закон Ома 1.5.Связь между ЭДС и напряжением источника.

Подробнее

Тема 4.1. Переменный ток.

Тема 4.1. Переменный ток. Вопросы темы. 1. Определение, получение и характеристики переменного тока.. Действующие значения тока и напряжения. 3. Изображение переменного тока методом векторных диаграмм.

Подробнее

Тема 4.2. Цепи переменного тока

Тема 4.. Цепи переменного тока Вопросы темы.. Цепь переменного тока с индуктивностью.. Цепь переменного тока с индуктивностью и активным сопротивлением. 3. Цепь переменного тока с ёмкостью. 4. Цепь переменного

Подробнее

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Вопросы лекции: 1 Общие сведения о однофазном асинхронном двигателе 2 Принцип подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть 3 Схемы подключения трехфазного асинхронного

Подробнее

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА

Учреждение образования «Могилевский государственный университет продовольствия» ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ по электротехнике для абитуриентов, на основе среднего специального образования для специальности

Подробнее

«Электротехника и электроника»

Тестовые задания для аттестации инженерно-педагогических работников ГБОУ НиСПО «Электротехника и электроника» Формулировка и содержание ТЗ 1. Физический смысл первого закона Кирхгофа 1) Определяет связь

Подробнее

Электрические машины

Согласно учебному плану направления 241000. 62 (18.03.02) «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование

Подробнее

Тема 1. Линейные цепи постоянного тока.

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация

Подробнее

МЕТОД СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Кафедра теоретической и

Подробнее

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ Задача 1. В схеме R 1 = R 3 = 40 Ом, R 2 = 20 Ом, R 4 = 30 Ом, I 3 = 5 А. Вычислить напряжение источника U и ток I 4. Зная ток I 3 (ток в резисторе R 3 ) по закону Ома найдем

Подробнее

3.4. Электромагнитные колебания

3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур

Подробнее

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Зеленодольский институт машиностроения

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С. А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

Тема 3.2 Переменный ток

. Вращение рамки в магнитном поле. Переменный ток 3. Трансформаторы Тема 3. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической

Подробнее

6. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЧЕТЧИКОВ.

6. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЧЕТЧИКОВ. 6.1. Схемы включения трехфазных счетчиков в электроустановках напряжением 380/220 В. В трехфазных четырехпроводных сетях напряжением 380/220 В для измерений электрической

Подробнее

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРОВЕРОЧНЫЕ ТЕСТЫ Для студентов первого курса

Подробнее

( ) ( ) ( ) A m B m C m

ВВЕДЕНИЕ Данное пособие предназначено для студентов, изучающих курс «Электротехника», который может быть успешно усвоен, если теоретические знания подкреплены соответствующими расчетными примерами. Практика

Подробнее

«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»

МИНИСТЕРСТВО ОБРЗОВНИЯ И НУКИ РФ ФЕДЕРЛЬНОЕ ГОСУДРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРЗОВТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНЛЬНОГО ОБРЗОВНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДРСТВЕННЫЙ ВИЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КОМПЛЕКТ ТТЕСТЦИОННЫХ

Подробнее

http://library.bntu.by/krutov-v-teoreticheskie-osnovy-elektrotehniki ВВЕДЕНИЕ… З 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ…5 1.1. Основные сведения об электромагнитном поле…5 1.2. Электростатическое поле. Закон Кулона…

Подробнее

Резонанс «на ладони».

Резонанс «на ладони». Резонансом называется режим пассивного двухполюсника, содержащего индуктивные и ёмкостные элементы, при котором его реактивное сопротивление равно нулю. Условие возникновения резонанса

Подробнее

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

1А Лист 1 из 25 2А Лист 2 из 25 1. Паспорт фонда оценочных средств В результате освоения учебной дисциплины Электротехника обучающийся должен обладать предусмотренными ФГОС по специальности 11.02.01 Радиоаппаратостроение,

Подробнее

«Трёхфазные электрические цепи» — Прочее

Департамент образования и науки Брянской области

Дятьковский филиал государственного автономного профессионального образовательного учреждения

«Брянский техникум энергомашиностроения и радиоэлектроники

имени Героя Советского Союза М. А. Афанасьева»

План — конспект

урока по электротехнике, на тему:

«Магнитные цепи, основные понятия и определения».

Разработал преподаватель

спецдисциплин

Короткова Е. Н.

Дятьково 2018 г.

Основная часть

Тема занятия: «Магнитные цепи, основные понятия и определения»

Тип занятия: комбинированный урок, с применением информационно-коммуникативных технологий.

Цели занятия: познакомить обучающихся с основными понятиями и определениями о магнитных цепях, основными особенностями магнитных цепей.

Задачи занятия:

Обучающие: закрепить знания обучающихся по 1 разделу «электрические цепи постоянного тока» с помощью тестирования на мультимедиапроекторе ; проверить знания, умения, навыки обучающихся по данному разделу; объяснение новой темы – магнитные цепи, основные понятия и определения.

Воспитательные: содействовать формированию творческой деятельности обучающихся.

Развивающие: способствовать развитию самостоятельности мышления. Развивать творческую деятельность, интерес к предмету и профессии.

Дидактическая: Научить использовать различные дидактические материалы. Показать формы и методы управления познавательной деятельностью обучающихся на уроке.

Ожидаемые результаты: освоение данной темы позволит обучающимся овладеть умениями решать задачи по магнитным цепям, расширить сведения о магнитных цепях и их разновидностях, использовать полученные данные в практической деятельности в процессе продолжения обучения.

Формируемые компетенции:

ОК 2 — организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество;

ОК 5 — Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;

ПК 1 — Выполнять работы по монтажу систем автоматического

управления с учетом специфики технологического процесса.

Ресурсы:

— Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, презентация по занятию разработанная преподавателем.

— Наглядные и демонстрационные материалы: презентация по занятию в программе Microsoft Power Point в количестве 19 слайдов, (техническая подготовка информации по занятию, изображений).

— Аппаратное и программное обеспечение: персональный компьютер, мультимедийный проектор.

— Методическое описание: обучающие, демонстрационные.

Организационная структура занятия

Учебный элемент 1: организационный момент

Проверка присутствующих обучающихся, их внешнего вида, соответствия одежды требованиям охраны труда.

Цели: познакомить обучающихся с основными понятиями и определениями о магнитных цепях.

Длительность этапа: 5 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: репродуктивный метод (работа по заданному преподавателем алгоритму)

Основные виды деятельности обучающихся: подготовка информации дежурным, проверка готовности к занятию.

Функции преподавателя на данном этапе: организатор, координатор.

Основные виды деятельности преподавателя: организация внимания обучающихся, приветствие; визуальный контроль готовности рабочего места, внимание обучающихся, выявление отсутствующих, сообщение темы учебного занятия, постановка цели учебного занятия, мотивация к обучению.

Основной вид деятельности со средствами ИКТ: демонстрация слайда 1 содержащего тему, цель занятия.

Учебный элемент 2: проверка домашнего задания

Актуализация знаний и умений обучающихся.

Актуализация знаний осуществляется с помощью выполнения теста по магнитному полю и изображению магнитных линий магнитного, связанных с темой предыдущего урока (тест представлен на презентации).

По окончании выполнения тестовых заданий, преподаватель комментирует результаты и, в случае неправильных ответов, в процессе беседы помогает обучающимся найти правильный ответ.

Цели: актуализация знаний по пройденному материалу.

Длительность этапа: 20 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: индивидуальная

Функции и основные виды деятельности преподавателя на данном этапе: демонстрационные задания по магнитному полю в презентации.

Основной вид деятельности со средствами ИКТ: демонстрация слайдов 2- 14

Учебный элемент 3:

• Формирование новых знаний о магнитных цепях, о разновидностях магнитных цепей

• Создание у обучающихся мотива к выполнению учебного занятия, как внутреннего побудителя, придающего деятельности личностный смысл и соответствующего требованиям процесса обучения и профессиональным требованиям.

• Ознакомление с целями урока.

Цели: познакомить обучающихся с основными понятиями и определениями магнитных цепей.

Длительность этапа: 30 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: оформление записей в тетради в соответствии с правилами составления конспекта и оформления текста в ходе рассказа и показа слайд-шоу в презентации преподавателем.

Функции преподавателя на данном этапе: организатор координатор.

Основной вид деятельности со средствами ИКТ: демонстрация нового материала по занятию по презентации (слайды 15-18).

Учебный элемент 4: обобщение и систематизация изученной темы

Цели: проверить уровень усвоения нового материала.

Длительность этапа: 10 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: фронтальная беседа, обучающиеся отвечают на вопросы преподавателя.

Функции и основной вид деятельности преподавателя на данном этапе: организация совместного рассуждения о магнитной индукции

Основной вид деятельности со средствами ИКТ: демонстрация слайдов учебного занятия (слайд 19)

Учебный элемент 5: выполнение заданий практической направленности

Цели: проверить степень усвоения знаний по теме занятия, сделать вывод по занятию

Длительность этапа: 5 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: выполняют задание в виде составления логической схемы по пройденной теме.

Функции преподавателя на данном этапе: организатор, координатор

Основные виды деятельности преподавателя на данном этапе:

1. Контроль правильности составления логической схемы обучающимися, анализ допущенных ошибок в ходе решения.

2. Совместный вывод об особенностях магнитных цепей, о их разновидностях.

3. На этом этапе оценивается умение выслушать точку зрения других, аргументировать свой ответ.

4. Делает заключение.

Учебный элемент 6: рефлексия

Цели: оценка результатов занятия, подведение итогов

Длительность этапа: 5 мин.

Форма организации деятельности обучающихся: фронтальная беседа.

Функции преподавателя на данном этапе: организатор, эксперт

Основные виды деятельности преподавателя на данном этапе:

1. Подведение итогов учебного занятия, выставление отметок

2. Проведение инструктажа по домашнему заданию.

3. Оценка общего стиля и темпа работы.

Основные понятия и определения | Фазировка оборудования

Страница 2 из 13

Трехфазная система.

Под трехфазной системой ЭДС (напряжений) понимают совокупность трех симметричных ДС, амплитуды, которых равны по значению и сдвинуты (амплитуда каждой ЭДС относительно предшествующей ей амплитуды другой ЭДС) на один и тот же фазный угол. На рис. 1,д приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в. которых наводятся переменные ЭДС, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°. Выводам обмоток присвоены обозначения «начал» АБСа «концов» X, Y, Z соответственно. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,6). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения ЭДС. Когда ось ротора/— / пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная ЭДС. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то и максимумы наведенных ЭДС не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Ед, Eg, Ее оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.

Фаза. Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае ЭДС), называют фазовым углом или простой фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся ЭДС одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между амплитудами. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения ЭДС при переходе от отрицательных 6 значений к положительным.

Рис. 1. Получение трехфазной симметричной системы ЭДС: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — ротор; 4 — обмотка ротора

На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а ). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает по времени от синусоиды с началом в точке а Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на (2/3) Т или на 240° от начала координат (момента, когда / = 0). В равной мере можно говорить, что синусоида с началом в точке а опережает синусоиды с началом в точке b на (1/3) Tvi с началом в точке с — на (2/3) Т.

На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.
Фазы обозначают прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. Краску наносят по всей длине шин.

Шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В — в зеленый и фазы С — в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознавания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.

Порядок следования фаз. Порядок, в котором ЭДС в фазных обмотках генератора проходят через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз. Трехфазные системы ЭДС могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,с, то фазы будут следовать в порядке А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить на противоположное, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В — это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «Чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.

Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины и т. д.) расположены в пространстве, если обход их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при расположении их в вертикальной плоскости: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин в горизонтальной плоскости наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая к коридору обслуживания — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза Ж, 8 справа — фаза К, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).

На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам. Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы Ж, справа — фазы К, если смотреть со стороны шин на трансформатор.
Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски шин РУ ПУЭ допускают в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов BЛ.

Совпадение фаз. При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) вводов на включающем аппарате и подачи на эти вводы напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух систем шин электроустановки имеют одинаковые порядки следования фаз А, В, С и Ах, Bi, С|. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпасть, а порядок чередования обозначений вводов у выключателя может не совпасть (рис- 2, а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений вводов фазируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис. 2, б). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30е, что Характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к КЗ.
В то же время возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в) — Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.

Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда на вводах выключателя, расположенных друг против друга и принадлежащих одной фазе, одноименные напряжения двух частей установки совпадают по фазе, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с соответствующими фазами напряжения и имеют один и тот же порядок чередования.
Векторное изображение синусоидально изменяющихся ЭДС (напряжений, токов). Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис. 1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в).

Рис. 2. Варианты несовпадения (е. б) и совпадения (в) фаз двух частей электроустановки

Для векторов фазных ЭДС Ej4, Eg. Eq> изображенных на этом рисунке, условно приняты направления от начал обмоток к их концам. Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся ЭДС) на вертикальную ось /-/, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропорциональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом V (рис.4). Отставание вектора Eg от вектора Ед показано направлением стрелки угла (против направления вращения векторов).
Следует сказать, что понятие вращающегося вектора ЭДС (напряжения, тока и т.д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике.

Рис. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора

Рис. 4. Изображение двух ЭДС синусоидами и векторами при различных углах сдвига

Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия в пространстве, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, ЭДС трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Основные Схемы соединений трехфазных цепей.

Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.

При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, в), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными ЭДС и обозначают Ед, Eg, Ее, или просто £ф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными tn. Они получаются как разность векторов соответствующих фазных ЭДС генератора, например Ед — Eg = Едд (рис. 5,в).

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (о), векторная диаграмма ЭДС (б), вычитание векторов фазных ЭДС (в)

Рис. 6. Соединение обмоток генератора треугольником (д) и векторная диаграмма ЭДС (б)

Порядок индексов в обозначении линейных ЭДС не произволен — индексы ставятся в порядке
вычитания векторов: Ев-Ес= Евс\ Ес-Ёл = ЕСА- С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора ЭДС отстающей фазы из вектора ЭДС опережающей. В результате векторы линейных ЭДС всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30°. Значения линейных ЭДС в \Д или в 1,73, раз больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.

Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,о. Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными ЭДС промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на (1/3) Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма ЭДС, действующих в контуре треугольника, равна нулю. Убедиться в этом можно, рассматривая векторную диаграмму рис.»6, б и синусоиды мгновенных значений ЭДС трехфазного генератора (рис. 1, б).

Рис. 7. Изменение на 180° фазы наведенной ЭДС при перемене обозначений зажимов:

а — фазы ЭДС Ед и Еа совпадают; б — ЭДС Ед и Eg находятся в противофазе

Из рис. 6, а видно, что при соединении треугольником линейные провода отходят непосредственно от начала и конца обмотки каждой фазы, поэтому фазные ЭДС равны линейным и совпадают с ними по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко и только у турбогенераторов одного типа (ТВС-30).

Обмотки трансформаторов, так же как и генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзага встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки среднего (СН) и низшего (НН) напряжений также соединяют в У или Д.
В отличие от генераторов у мощных трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным [lj.

Группы соединений обмоток трансформаторов. Между первичной я вторичной ЭДС трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.
Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С, а, Ь, с, а концы X, ¥, Z, х, у, г соответственно. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке ЭДС.

Рис. 8. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником

Если у одной из обмоток поменять обозначения начала а и конца * (рис. 7), то, принимая ориентацию ЭДС по отношению к новому началу прежней (от * к в ), необходимо считать вектор ЭДС Еа повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) ЭДС совпадают по направлению, при разносторонней намотке они сдвинуты на 180°.  

Рис. 9. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов :

а — трехфазных двухобмоточных трансформаторов; б — трехфазных трехобмоточнмх трансформаторов; в — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Рис. 10. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме. У/У-0

На рис. 8, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а — у; Ь— z; с — х. Если обмотки соединить в порядке Oi — zt; сх — уЬг — xt (рис. 8,6), то векторы линейных ЭДС НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 8, в) *
Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных ЭДС вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных ЭДС обмотки ВН независимо от того, является трансформатор понижающим или повышающим.

Рис. 11. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки. Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-О, показано в скобках

Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора ЭДС вторичной обмотки от ЭДС Вектора первичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначены У/Д-11, то смещение векторов линейных ЭДС равно 330°.

В ГОСТ 11677-75* предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11 (рис.9). Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов и потом ориентироваться на эти обозначения. Типичными являются следующие случаи. При перемещении обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 10), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим с — к шине фазы Л и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис.11) показывает, что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

*В построениях векторных диаграмм на рнс. 8 и далее принято направление векторов линейных ЭДС (напряжений) обмоток ВН от В к А и обмоток НН — от Ь к а .

Рис. 12. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН: а — исходная группа У/Д-11; б — перемаркировка одноименных фаз А и С, а и с; в — перемаркировка разноименных фаз А и С.  

Рис. 13. Ошибочное обозначение выводов двух фаз b и с на стороне низшего напряжения

Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов ЭДС вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Значение угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются — одноименные или разноименные. На рис. 12 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и. одновременно Ь и с группа 11 превращается в 9.
Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а — b -с порядок чередования будете — с — Ь (рис. 13), и углы сдвига фаз одноименных ЭДС обмоток ВН и НН будут неодинаковы: = 0°; ifpb = 120°; \fCc — 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.

Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи со стороны как высшего, так и низшего напряжения.

Трехфазные системы питания | Многофазные цепи переменного тока

Что такое двухфазные системы питания?

Двухфазные энергосистемы обеспечивают высокий КПД проводников. и — низкий риск для безопасности за счет разделения общего напряжения на меньшие части и питания нескольких нагрузок с этими меньшими напряжениями при одновременном потреблении токов на уровнях, типичных для системы полного напряжения.

Между прочим, этот метод работает так же хорошо для систем питания постоянного тока, как и для однофазных систем переменного тока.Такие системы обычно называются трехпроводными системами , а не расщепленными фазами , поскольку понятие «фаза» ограничивается переменным током.

Но из нашего опыта работы с векторами и комплексными числами мы знаем, что напряжения переменного тока не всегда складываются, как мы думаем, если они не совпадают по фазе друг с другом.

Этот принцип, применяемый к энергосистемам, может быть использован для создания энергосистем с еще большим КПД проводников и меньшей опасностью поражения электрическим током, чем с расщепленной фазой.

Примеры

Два источника напряжения вне фазы 120 °

Предположим, что у нас есть два источника переменного напряжения, подключенных последовательно, как и в системе с расщепленными фазами, которую мы видели раньше, за исключением того, что каждый источник напряжения сдвинул фазу на 120 ° друг с другом: (рисунок ниже)

Пара источников 120 В перем. Тока, фазированных под углом 120 °, аналогично разделенной фазе.

Поскольку каждый источник напряжения составляет 120 вольт, и каждый нагрузочный резистор подключен непосредственно параллельно своему соответствующему источнику, напряжение на каждой нагрузке также должно составлять 120 вольт.Учитывая ток нагрузки 83,33 А, каждая нагрузка все равно должна рассеивать 10 киловатт мощности.

Однако напряжение между двумя «горячими» проводами не составляет 240 вольт (120 ∠ 0 ° — 120 ∠ 180 °), поскольку разность фаз между двумя источниками не равна 180 °. Вместо этого напряжение:

Условно мы говорим, что напряжение между «горячими» проводниками составляет 208 вольт (округляя в большую сторону), и, таким образом, напряжение энергосистемы обозначено как 120/208.

Если мы посчитаем ток через «нейтральный» провод, мы обнаружим, что он равен , а не нулю, даже при сбалансированном сопротивлении нагрузки.Закон Кирхгофа говорит нам, что токи, входящие и выходящие из узла между двумя нагрузками, должны быть нулевыми: (рисунок ниже)

Нейтральный провод проводит ток в случае пары фазированных источников на 120 °.

Выводы и заключения

Итак, мы обнаруживаем, что «нейтральный» провод имеет полный ток 83,33 А, как и каждый «горячий» провод.

Обратите внимание, что мы все еще передаем 20 кВт общей мощности двум нагрузкам, при этом «горячий» провод каждой нагрузки проходит по 83.33 ампера как и раньше.

При одинаковом количестве тока через каждый «горячий» провод, мы должны использовать медные проводники одинакового калибра, поэтому мы не снизили стоимость системы по сравнению с системой с разделением фаз 120/240.

Тем не менее, мы добились повышения безопасности, потому что общее напряжение между двумя «горячими» проводниками на 32 вольт ниже, чем в системе с расщепленной фазой (208 вольт вместо 240 вольт).

Три источника напряжения вне фазы 120 °

Дело в том, что нейтральный провод несет 83.При токе 33 ампера возникает интересная возможность: поскольку он все равно несет ток, почему бы не использовать этот третий провод в качестве еще одного «горячего» проводника, запитав другой нагрузочный резистор третьим источником на 120 вольт, имеющим фазовый угол 240 °?

Таким образом, мы могли бы передать на больше мощности (еще 10 кВт), не добавляя дополнительных проводников. Давайте посмотрим, как это может выглядеть: (рисунок ниже)

С третьей нагрузкой, фазированной под углом 120 ° к двум другим, токи такие же, как для двух нагрузок.

Расчеты SPICE для трехфазной системы

Полный математический анализ всех напряжений и токов в этой цепи потребовал бы использования сетевой теоремы, самой простой из которых является теорема суперпозиции.

Я избавлю вас от долгих и затяжных вычислений, потому что вы должны быть в состоянии интуитивно понять, что три источника напряжения с тремя разными фазовыми углами подадут 120 вольт каждый на сбалансированную триаду нагрузочных резисторов.

Для доказательства этого мы можем использовать SPICE для выполнения математических расчетов: (Рисунок ниже, список SPICE: многофазная система питания 120/208)

Контур SPICE: Три нагрузки 3-Φ, фазированные под углом 120 °.

120/208 многофазная система питания v1 1 0 ac 120 0 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 240 sin r1 1 4 1,44 r2 2 4 1,44 r3 3 4 1,44 .ac lin 1 60 60 .print ac v ( 1,4) v (2,4) v (3,4). Print ac v (1,2) v (2,3) v (3,1). Print ac i (v1) i (v2) i ( v3).конец 
НАПРЯЖЕНИЕ НА КАЖДОЙ НАГРУЗКЕ частота v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 1.200E + 02 1.200E + 02 1.200E + 02 НАПРЯЖЕНИЕ МЕЖДУ «ГОРЯЧИМИ» ПРОВОДНИКАМИ частота v (1, 2) v (2,3) v (3,1) 6.000E + 01 2.078E + 02 2.078E + 02 2.078E + 02 ТОК ЧЕРЕЗ КАЖДЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ частота i (v1) i (v2) i (v3) 6.000E +01 8.333E + 01 8.333E + 01 8.333E + 01 

Конечно, мы получаем 120 вольт на каждом нагрузочном резисторе, с (приблизительно) 208 вольт между любыми двумя «горячими» проводниками и токами в проводниках, равными 83,33 ампера.(Рисунок ниже)

При таком токе и напряжении каждая нагрузка будет рассеивать 10 кВт мощности.

Обратите внимание, что в этой цепи нет «нейтрального» проводника, чтобы обеспечить стабильное напряжение для всех нагрузок в случае размыкания одной из них.

Здесь мы имеем ситуацию, аналогичную нашей схеме питания с расщепленной фазой без «нейтрального» проводника: если одна нагрузка выйдет из строя, то падение напряжения на оставшейся (ых) нагрузке (ах) изменится.

Для обеспечения стабильности напряжения нагрузки в случае очередного размыкания нагрузки нам понадобится нейтральный провод для соединения узла источника и узла нагрузки:

Схема SPICE с аннотациями результатов моделирования: Три нагрузки 3-Φ, фазированные под углом 120 °.

Пока нагрузки остаются сбалансированными (равное сопротивление, равные токи), нейтральный провод вообще не должен пропускать ток. Он нужен на тот случай, если один или несколько нагрузочных резисторов выйдут из строя (или отключатся с помощью разъединителя).

Полифазная схема

Эта схема, которую мы анализировали с тремя источниками напряжения, называется многофазной цепью . Префикс «поли» просто означает «более одного», как в « поли теизм» (вера в более чем одно божество), « поли гон» (геометрическая форма, состоящая из нескольких отрезков линии: например, pentagon и hexagon ) и « poly atomic» (вещество, состоящее из нескольких типов атомов).

Поскольку все источники напряжения находятся под разными фазовыми углами (в данном случае три разных фазовых угла), это схема « poly phase».

В частности, это трехфазная цепь , которая используется преимущественно в крупных системах распределения электроэнергии.

Сравнение трехфазной системы

и однофазной системы

Однофазная система

Давайте рассмотрим преимущества трехфазной системы питания по сравнению с однофазной системой с эквивалентным напряжением нагрузки и мощностью.Однофазная система с тремя нагрузками, подключенными напрямую параллельно, будет иметь очень высокий общий ток (83,33 х 3, или 250 ампер (рисунок ниже)

).

Для сравнения, три нагрузки по 10 кВт в системе 120 В переменного тока потребляют 250 А.

Это потребует медного провода сечением 3/0 (, очень большого!), По цене около 510 фунтов на тысячу футов и со значительным ценником. Если бы расстояние от источника до нагрузки составляло 1000 футов, нам понадобилось бы более полутонны медного провода для выполнения этой работы.

Двухфазная система

С другой стороны, мы могли бы построить двухфазную систему с двумя нагрузками по 15 кВт, 120 В. (Рисунок ниже)

Система с разделенной фазой потребляет вдвое меньший ток 125 А при 240 В переменного тока по сравнению с системой на 120 В переменного тока.

Наш ток вдвое меньше, чем был при простой параллельной схеме, что является большим улучшением.

Мы могли бы обойтись без использования медного провода калибра 2 с общей массой около 600 фунтов, из расчета около 200 фунтов на тысячу футов с тремя участками по 1000 футов каждый между источником и нагрузками.Тем не менее, мы также должны учитывать повышенную угрозу безопасности, связанную с наличием в системе 240 вольт, даже если каждая нагрузка получает только 120 вольт.

В целом, существует большая вероятность поражения электрическим током.

Трехфазная система

Если сравнить эти два примера с нашей трехфазной системой (рис. Выше), преимущества очевидны.

Во-первых, токи в проводниках немного меньше (83,33 А против 125 или 250 А), что позволяет использовать гораздо более тонкий и легкий провод.Мы можем использовать провод калибра 4 с плотностью около 125 фунтов на тысячу футов, что составит 500 фунтов (четыре участка по 1000 футов каждый) для нашей примерной схемы.

Это означает значительную экономию затрат по сравнению с системой с разделением фаз, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что максимальное напряжение в системе ниже (208 против 240).

Остается ответить на один вопрос: как вообще можно получить три источника переменного напряжения, фазовые углы которых разнесены точно на 120 °?

Очевидно, что мы не можем отводить по центру обмотку трансформатора или генератора переменного тока, как это было в системе с расщепленной фазой, поскольку это может дать нам только формы волны напряжения, которые либо совпадают по фазе, либо сдвинуты по фазе на 180 °.

Возможно, мы могли бы придумать способ использования конденсаторов и катушек индуктивности для создания фазовых сдвигов на 120 °, но тогда эти фазовые сдвиги также будут зависеть от фазовых углов наших импедансов нагрузки (замена резистивной нагрузки емкостной или индуктивной нагрузкой будет поменять все!).

Лучший способ получить фазовые сдвиги, которые мы ищем, — это генерировать их у источника: сконструировать генератор переменного тока (генератор переменного тока), обеспечивающий мощность таким образом, чтобы вращающееся магнитное поле проходило через три набора проволочных обмоток, каждая установите с интервалом 120 ° по окружности машины, как показано на рисунке ниже.

(a) Однофазный генератор переменного тока, (b) Трехфазный генератор переменного тока.

Вместе шесть «полюсных» обмоток трехфазного генератора переменного тока соединены так, чтобы образовать три пары обмоток, каждая пара вырабатывает переменное напряжение с фазовым углом 120 °, смещенным от любой из двух других пар обмоток.

Межсоединения между парами обмоток (как показано для однофазного генератора переменного тока: перемычка между обмотками 1a и 1b) для простоты на чертеже трехфазного генератора не показаны.

В нашем примере схемы мы показали три источника напряжения, соединенных вместе в конфигурации «Y» (иногда называемой конфигурацией «звезда»), с одним выводом каждого источника, привязанным к общей точке (узлу, к которому мы подключили «нейтраль»). Дирижер).

Обычный способ изобразить эту схему подключения — нарисовать обмотки в форме буквы «Y», как показано на рисунке ниже.

Генератор «Y» конфигурации.

Конфигурация «Y» — не единственный вариант, который нам доступен, но, вероятно, поначалу ее легче всего понять.Подробнее об этом мы поговорим позже в этой главе.

ОБЗОР:

  • Однофазная система питания — это система, в которой имеется только один источник переменного напряжения (одна форма волны напряжения источника).
  • Расщепленная система питания — это система, в которой есть два источника напряжения, сдвинутых по фазе на 180 ° друг от друга, которые питают две последовательно соединенные нагрузки. Преимуществом этого является возможность иметь более низкие токи в проводниках при сохранении низкого напряжения нагрузки по соображениям безопасности.
  • Многофазная система питания использует несколько источников напряжения, находящихся под разными углами фаз друг от друга (много «фаз» формы волны напряжения в работе). Многофазная система питания может обеспечивать большую мощность при меньшем напряжении с проводниками меньшего сечения, чем однофазные или двухфазные системы.
  • Источники сдвинутого по фазе напряжения, необходимые для многофазной системы питания, создаются в генераторах переменного тока с несколькими наборами проводов обмоток. Эти наборы обмоток расположены по окружности вращения ротора под желаемым углом (-ами).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Трехфазных цепей переменного тока (со схемой)

В этой статье мы обсудим следующее: 1. Введение в трехфазные цепи переменного тока 2. Генерация трехфазной ЭДС в цепях переменного тока 3. Чередование фаз 4. Преобразование системы сбалансированной нагрузки со звезды на треугольник и наоборот 5. Балансировка параллельных нагрузок.

Состав:

  1. Введение в трехфазные цепи переменного тока
  2. Генерация трехфазной ЭДС в цепях переменного тока
  3. Чередование фаз в трехфазных цепях переменного тока
  4. Преобразование системы сбалансированной нагрузки со звезды на треугольник и наоборот
  5. Балансировка параллельных нагрузок в трехфазной цепи переменного тока

1.Введение в трехфазные цепи переменного тока:

Типы переменных токов и напряжений, обсуждавшиеся до сих пор в книге, называются однофазными токами и напряжениями, поскольку они состоят из одиночных волн переменного тока и напряжения. Однофазные системы с однофазными токами и напряжениями вполне подходят для бытового применения. Даже двигатели, используемые в домашних условиях, в основном однофазные, например двигатели для смесителей, охладителей, вентиляторов, кондиционеров, холодильников.

Однако у однофазной системы есть свои ограничения, и поэтому она была заменена многофазной системой. Для питания электропечей обычно используется двухфазная система. Шестифазная система обычно используется в преобразовательных машинах и аппаратах. Для общего питания универсально применяется трехфазная система. Для генерации, передачи и распределения электроэнергии повсеместно принята трехфазная система. Двухфазное питание и шестифазное питание получают от трехфазного источника питания.

Многофазная система означает систему, состоящую из множества (поли означает множество или несколько) обмоток или цепей (фаза означает обмотку или цепь).

Многофазная система по существу представляет собой комбинацию нескольких однофазных напряжений, имеющих одинаковую величину и частоту, но смещенных друг от друга на равный угол (электрический), который зависит от количества фаз и может быть определен из следующего соотношения:

Электрическое смещение = 360 электрических градусов / Количество фаз… (7.1)

Вышеуказанное соотношение не выполняется для двухфазных обмоток, которые смещены на 90 электрических градусов друг от друга.

Система питания считается симметричной, если несколько напряжений одной и той же частоты имеют одинаковую величину и смещены друг от друга на равный временной угол. Трехфазная, трехпроводная или четырехпроводная система питания будет симметричной, когда линейные напряжения равны по величине и смещены по фазе на 120 электрических градусов относительно друг друга.Кроме того, в четырехпроводной системе напряжения относительно нейтрали трех фазных проводов должны быть равны друг другу по величине и смещены по фазе на 120 ° относительно друг друга.

Трехфазное питание будет несимметричным, если одно из трехфазных напряжений не одинаково по величине или фазовый угол между этими фазами не равен 120 °.

Цепь нагрузки считается сбалансированной, если нагрузки (импедансы), подключенные к разным фазам, одинаковы по величине и по фазе.Любая трехфазная нагрузка, в которой импедансы одной или нескольких фаз отличаются от импедансов других фаз, называется несбалансированной трехфазной нагрузкой.

В случае, если одна фаза из трех фаз 3-фазного источника питания, подключенного к 3-фазной нагрузке, недоступна, такое состояние называется однофазным.

Достоинства и недостатки многофазной системы по сравнению с однофазной системой:

Преимущества многофазной системы над однофазной системой перечислены ниже:

(i) В однофазной цепи подаваемая мощность пульсирует.Даже когда ток и напряжение находятся в фазе, мощность равна нулю дважды в каждом цикле, а когда ток опережает или отстает от напряжения, мощность становится отрицательной дважды и равна нулю четыре раза в течение каждого цикла. Это не является проблемой для освещения и небольших двигателей, но для больших двигателей это вызывает чрезмерную вибрацию. В многофазной системе общая передаваемая мощность постоянна, если нагрузки сбалансированы, хотя мощность любой одной фазы или цепи может быть отрицательной. Поэтому многофазная система очень желательна, особенно для силовых нагрузок.

(ii) Рейтинг данной машины увеличивается с увеличением количества фаз. Например, мощность трехфазного двигателя в 1,5 раза больше, чем мощность однофазного двигателя того же размера.

(iii) Однофазные асинхронные двигатели не имеют пускового момента, поэтому необходимо снабдить эти двигатели вспомогательными средствами запуска, но в случае трехфазных двигателей, за исключением синхронных двигателей, нет необходимости предоставлять вспомогательные средства для начиная.

(iv) Коэффициент мощности однофазного двигателя ниже, чем у многофазного двигателя того же номинала (мощность и скорость).КПД многофазного двигателя также выше, чем у однофазного двигателя.

(v) Трехфазная система требует 3/4 веса меди от того, что требуется однофазной системе для передачи того же количества энергии при заданном напряжении и на заданном расстоянии.

(vi) Вращающееся магнитное поле можно создать, пропуская многофазные токи через неподвижные катушки,

(vii) Многофазная система более функциональна и надежна, чем однофазная система, и

(viii) Параллельная работа многофазных генераторов проще по сравнению с однофазными генераторами из-за пульсирующей реакции в однофазных генераторах.

Однако трехфазный режим не так практичен для бытовых применений, где двигатели обычно меньше 1 кВт и где большую часть нагрузки обеспечивают цепи освещения.

Обычно используемая многофазная система:

Хотя существует несколько многофазных систем, таких как двухфазная, трехфазная, но неизменно принимается трехфазная система из-за присущих ей преимуществ перед всеми другими многофазными системами.

Спрос на двухфазную систему почти исчез, потому что у нее нет никаких преимуществ, которые не были бы равны или превзойдены трехфазной системой в производстве, передаче или использовании.Трехфазная система повсеместно используется для производства, передачи и распределения электроэнергии. Двухфазное питание и, при необходимости, шестифазное питание обеспечивается от трехфазного источника питания.

Системы с числом фаз больше трех, увеличивают сложность и стоимость оборудования передачи и использования и становятся неэкономичными.

Таким образом, знание трехфазных систем питания необходимо для понимания технологии электроснабжения. К счастью, базовая схемотехника, используемая при решении однофазных цепей, напрямую применима к 3-фазным цепям, потому что три фазы идентичны, а одна фаза представляет поведение всего вышеперечисленного.В этой статье речь пойдет только о трехфазных системах.


2. Генерация трехфазной ЭДС в цепях переменного тока:

Когда три катушки, жестко скрепленные вместе и разнесенные на 120 ° (электрические), вращаются вокруг одной оси в однородном магнитном поле, наведенная ЭДС в каждой из них будет иметь разность фаз 120 ° или 2/3 π радиан.

Рассмотрим три идентичные катушки a 1 a 2 , b 1 b 2 и c 1 c 2 , установленные на одной оси, но смещенные друг от друга на 120 ° и вращающиеся против часовой стрелки. в биполярном магнитном поле, как показано на рис.7.1 (а). Здесь a 1 , b 1 и c 1 — это начальные клеммы, а a 2 , b 2 и c 2 — конечные клеммы трех катушек.

Когда катушка a 1 a 2 находится в положении AB, наведенная ЭДС в этой катушке равна нулю и увеличивается в положительном направлении, катушка b 1 b 2 находится на 120 ° позади катушки a 1 a 2 , поэтому ЭДС, индуцированная в этой катушке, приближается к своему максимальному отрицательному значению, а катушка c 1 c 2 находится на 240 ° позади катушки прошло положительное максимальное значение и уменьшается.

Поскольку каждая идентичная катушка имеет одинаковое количество витков и намотана проводом того же типа и одинакового поперечного сечения, индуцированные ЭДС в каждой из катушек имеют одинаковую величину. Индуцированная ЭДС в каждой катушке также имеет одинаковую частоту и форму волны (в данном случае синусоидальную), но смещены друг от друга на 2π / 3 радиана или 120 °, как показано на рис. 7.1 (b) с помощью форм сигналов.

Соответственно, мгновенные значения ЭДС, индуцированной в катушках a 1 a 2 , b 1 b 2 и c 1 c 2 , могут быть представлены как:

, если t = 0, соответствует моменту, когда напряжение или ЭДС катушки a 1 a 2 проходит через ноль и увеличивается в положительном направлении.

Двойной индекс:

Решение проблем, связанных с цепями и системами, содержащими несколько напряжений и токов, упрощается и менее подвержено ошибкам, если векторы напряжения и тока обозначены некоторыми систематическими обозначениями. Обозначение двойного индекса — очень полезная концепция с этой точки зрения. В этой записи две буквы помещены в основании символа напряжения или тока, порядок, в котором написаны индексы, указывает направление, в котором действует напряжение или течет ток.

Например, если напряжение в цепи действует в таком направлении, что вызывает протекание тока от A к B, положительное направление напряжения — от A к B, и напряжение может быть представлено как V AB или E AB , порядок нижних индексов, обозначающих, что напряжение или ЭДС действует от A до B.

Если напряжение отображается с помощью V BA или E BA , это означает, что точка B положительна относительно. точка A (в течение ее положительного полупериода), и напряжение заставляет ток течь от B к A i.е., V BA или E BA указывает, что напряжение или ЭДС действует в направлении, противоположном тому, в котором действует V AB или E AB .

Так V BA = — V AB … (7.3)

Аналогично I AB указывает, что ток течет от A к B, но I BA указывает, что ток течет в направлении от B к A, то есть I BA = — I AB .


3.Чередование фаз в трехфазных цепях переменного тока:

Последовательность фаз — это порядок или последовательность, в которой токи или напряжения в разных фазах достигают своих максимальных значений один за другим.

На рис. 7.1 (a) показаны три катушки a 1 , a 2 , b 1 b 2 и c 1 c 2 , вращающиеся против часовой стрелки. Поскольку катушка b 1 b 2 , находится на 120 ° позади катушки a 1 a 2 , а катушка c 1 c 2 находится на 240 ° позади катушки a 1 a 2 , поэтому , первая катушка a 1 a 2 , достигает максимального или пикового значения наведенной ЭДС, катушка b 1 b 1 достигает максимального или пикового значения наведенной ЭДС, когда катушки поворачиваются дальше на 120 ° (электрический) и катушка c 1 c 2 достигает пикового значения наведенной ЭДС, когда катушки вращаются на 240 ° (электрический).Поскольку наведенные ЭДС в трех катушках a 1 a 2 , b 1 b 2 и c 1 c 2 , достигают максимальных значений в порядке a, b, c, последовательность фаз равна, ab c.

Если направление вращения катушек меняется на противоположное, то есть по часовой стрелке, трехфазные ЭДС достигают своих максимальных значений в порядке a, c, b и, следовательно, последовательность фаз будет acb. Поскольку катушки можно вращать по часовой стрелке или против часовой стрелки, возможны только две возможные последовательности фаз.

Знание последовательности фаз 3-фазного источника питания необходимо для подключения генераторов переменного тока и трансформаторов для их параллельной работы. Изменение чередования фаз трехфазного генератора переменного тока, который должен работать параллельно с другим аналогичным генератором переменного тока, может вызвать серьезные повреждения обеих машин.

Направление вращения асинхронного двигателя зависит от последовательности фаз. Если чередование фаз поменять местами любыми двумя клеммами 3—источника питания, двигатель будет вращаться в противоположном направлении.

Чередование фаз напряжения, подаваемого на нагрузку, обычно определяется порядком, в котором соединены три фазные линии. В случае трехфазных несимметричных нагрузок эффект изменения чередования фаз, как правило, вызывает совершенно другой набор значений токов. Поэтому при работе с такими системами важно четко указать последовательность фаз, чтобы избежать ненужной путаницы.


4. Преобразование системы сбалансированной нагрузки со звезды на треугольник и наоборот:

Любая сбалансированная система, соединенная звездой, может быть полностью заменена эквивалентной системой, соединенной треугольником, или наоборот, из-за их соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами.Например, сбалансированная нагрузка, подключенная по схеме звезды, имеющая полное сопротивление Z с коэффициентом мощности cos ɸ (или Z) в каждой фазе, может быть заменена эквивалентной нагрузкой, подключенной по схеме треугольника, с полным сопротивлением 3Z и коэффициентом мощности cos ɸ (т.е. 3Z ∠ɸ) в каждой фазе.

Это может быть установлено следующим образом:

Теперь в эквивалентной системе с соединением треугольником для тех же значений напряжения и тока в линии, что и в случае системы с соединением звездой:


5.Балансировка параллельных нагрузок в трехфазной цепи переменного тока:

Комбинация сбалансированных 3- ɸ нагрузок, подключенных параллельно, может быть решена любым из следующих методов:

1. Все данные нагрузки могут быть преобразованы либо в эквивалентные нагрузки с Y- или Δ-подключением, а затем объединены вместе в соответствии с законом, регулирующим параллельные цепи.

2. Альтернативный метод — определение вольт-ампер.

Активная мощность и реактивная мощность различных нагрузок могут быть сложены арифметически и алгебраически соответственно, чтобы получить общие вольт-амперы согласно выражению:

Где P — мощность в ваттах (или кВт), Q — реактивная мощность в реактивных вольт-амперах (или кВАр), а S — вольтамперы (или кВА)

Пример:

Трехфазный генератор на 1000 В, подключенный звездой, обеспечивает питание асинхронного двигателя мощностью 500 кВт, подключенного по схеме «треугольник».Если коэффициент мощности двигателя составляет 0,8, а его эффективность 0,9, найдите ток в каждом генераторе и фазе двигателя.

Решение:

Вход двигателя, P = Мощность двигателя / КПД двигателя = 500 / 0,9 = 555,55 кВт

Коэффициент мощности двигателя, cos ɸ = 0,8 (отстающий)


Основы электротехники — Конспект лекций по трехфазным цепям

Цепи трехфазного переменного тока

Цепи или системы, в которых источники переменного тока работают на одной частоте, но разные фазы, известны как многофазные.На рисунке 1 показана трехфазная четырехпроводная система. В отличие от однофазной системы, трехфазная система создается генератором (генератором переменного тока), поперечное сечение которого показано на рисунке 2 (а).

Основы электротехники — Конспекты в трехфазных цепях

Генератор в основном состоит из вращающегося магнита (называемого ротором), окруженного неподвижной обмоткой (называемой статором). Три отдельные обмотки или катушки с выводами a-a ’, b-b’ и c-c ’электрически размещены на расстоянии 120 ° друг от друга вокруг статора.

Рисунок 1 — Трехфазная, 4-проводная схема

Поскольку катушки расположены на расстоянии 120 ° друг от друга, индуцированные напряжения в катушках равны по величине, но сдвинуты по фазе на 120 °, как показано на рисунке 2 (b).

Поскольку каждая катушка сама по себе может рассматриваться как однофазный генератор , трехфазный генератор может подавать питание как на однофазные, так и на трехфазные нагрузки.

Типичная трехфазная система состоит из трех источников напряжения, подключенных к нагрузкам тремя или четырьмя проводами (или линиями передачи) с использованием как повышающих, так и понижающих трансформаторов.

Рисунок 2 — Генерация трехфазных напряжений

Симметричные трехфазные цепи

Уместно отметить, что сбалансированная нагрузка, подключенная треугольником, встречается чаще, чем сбалансированная нагрузка, подключенная по схеме Y. Это связано с легкостью, с которой нагрузки могут быть добавлены или удалены с каждой фазы нагрузки, подключенной по схеме треугольника.

Это очень сложно с нагрузкой , подключенной по схеме Y, поскольку нейтраль может быть недоступна. С другой стороны, источники, подключенные по схеме «треугольник», не распространены на практике из-за циркулирующего тока, который приведет к образованию треугольной сетки, если трехфазные напряжения немного несбалансированы.

Сбалансированные трехфазные цепи Y-Y

Любая сбалансированная трехфазная система может быть уменьшена до эквивалентной системы Y-Y. Следовательно, анализ этой системы следует рассматривать как ключ к решению всех сбалансированных трехфазных систем.

Основы электротехники — Конспект лекций в трехфазных цепях

Соответствующее содержание EEP с рекламными ссылками

Основы однофазных и трехфазных цепей переменного тока для студентов

Измерение мощности в трехфазной цепи

В этом уроке обсуждается измерение полной мощности в трехфазной цепи как симметричной, так и несимметричной .Описывается схема подключения для метода двух ваттметров, а также соответствующая векторная диаграмма для сбалансированной нагрузки.

Основы однофазных и трехфазных цепей переменного тока для учащихся (на фото: старинная электрическая лампа для счетчиков Westinghouse)

Пройдя этот урок, студенты смогут ответить на следующие вопросы:

  1. How to подключить двухваттметр для измерения полной мощности в трехфазной цепи — как симметричной, так и несимметричной?
  2. Также, как найти коэффициент мощности для случая вышеуказанной сбалансированной нагрузки по показаниям двухваттметра для двух типов соединений — звезды и треугольника?

Метод измерения мощности двумя ваттметрами

Схема подключения для измерения мощности в трехфазной цепи с помощью двух ваттметров приведена на рисунке 1.Это независимо от схемы подключения — звезда или треугольник. Схема может быть принята как несимметричная, балансный — это лишь частный случай.

Обратите внимание на подключение двух ваттметров.

Рисунок 1 — Схема подключения двухваттметрового метода измерения мощности в трехфазной сбалансированной системе с нагрузкой, соединенной звездой.

Катушки тока ваттметров 1 и 2 включены последовательно с двумя фазами, R и B, с катушками давления или напряжения, подключенными к R — Y и B — Y соответственно.Y — третья фаза, к которой не подключена токовая катушка.

Если в качестве примера взять схему, соединенную звездой, общая мгновенная мощность, потребляемая в цепи, составляет:
Вт = i RN ′ × v RN ′ + i YN ′ ⋅ v YN ′ + i BN ‘ × v BN’

Каждый из членов в приведенном выше выражении представляет собой мгновенную мощность, потребляемую для фаз. Из схемы подключения, ток на входе и напряжение на соответствующих катушках (ток, давление или напряжение) в ваттметре, W 1 равны i RN ‘ и v RY = v RN’ — в УН ′ .

Итак, мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 1 , составляет:
Вт 1 = i RN ‘ × v RY = i RN × (v RN ′ — v YN ′ )

Аналогичным образом мгновенная мощность, измеренная ваттметром, W 2 , составляет:
W 2 = i BN ′ × v BY = i BN ′ × (v BN ′ — v YN ′ )

Таким образом, можно сделать вывод, что сумма двух показаний ваттметра — это полная мощность, потребляемая в трехфазной цепи, предполагаемой здесь как соединенная звездой.Это также легко доказать для схемы, соединенной треугольником.

Поскольку никакое другое условие не налагается, схема может быть принята как несимметричная, а симметричный тип является только частным случаем , как указано ранее.

Основы однофазных и трехфазных цепей переменного тока для студентов

курсов PDH Online. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов.»

Рассел Бейли, П.Е.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился и их было

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду использовать ваши услуги снова.

проеду по вашей компании

имя другим на работе.»

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно с учетом того, что я думал, что я уже знаком

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт »

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Нашел класс

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. Вы

— лучшее, что я нашел ».

Рассел Смит, П.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал.

Хесус Сьерра, П.Е.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле

человек узнают больше

от сбоев.»

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете

студент, оставивший отзыв на курс

материалов до оплаты и

получает викторину.»

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то непонятной секции

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев »

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Очень полезен документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «.

испытание потребовало исследований в

документ но ответов было

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P.E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены ехать «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утром

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил.

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

аттестат. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефону».

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор везде и

всякий раз.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без глупостей. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и демонстрировали понимание

материала. Полное

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение »

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину.

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использовать в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройди тест. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за изготовление

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делейни, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

.

много различных технических зон за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Hector Guerrero, P.E.

Грузия

Электрооборудование в строительстве от Construction Knowledge.net

СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЗНАНИЯ >>
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ >>

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

1. Как я могу понять основы электричества?
2. Каковы основные электрические формулы?
3.В чем разница между постоянным и переменным током?
4. Чем однофазный переменный ток отличается от трехфазного переменного тока?
5. В чем разница между кВт и кВА?
6. Что такое коэффициент мощности?
7. Что мне нужно знать о генераторах?
8. Что я должен знать о трансформаторах?
9. Что я должен знать об измерениях, распределительном устройстве и панелях?
10. Что делают предохранители или автоматические выключатели?
11. Каковы основы электроники?
12.Чем аналоговый отличается от цифрового?
13. Как работает волоконная оптика?
14. Какие документы, являющиеся общественным достоянием, доступны для дальнейшего изучения?
15. Практические хитрости и практические правила в области электротехники
Основы:

Как я могу понять основы электричества?

Представьте себя стоящим с садовым шлангом, готовым пропитать
ничего не подозревающий прохожий. Шланг находится под давлением, и вода будет
поток через шланг на прохожего, когда вы открываете форсунку.Однако перед опрыскиванием вы останавливаетесь и думаете о сходствах.
между потоком воды в шланге и электрическим током в проводе.

Вы знаете, что насос, где-то работающий, создает давление воды
в шланге, который измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi). Который
давление воды переводит воду в состояние «готово к течению». По аналогии,
электрический генератор создает электродвижущую силу (ЭДС), которая
измеряется в вольтах. Электричество в проводе находится в состоянии «Готово к течению».
состоянии и имеет определенное напряжение или ЭДС.

Теперь, если вы откроете сопло этого водяного шланга, ничего не подозревающий
прохожий будет залит потоком воды. Этот поток воды получает
описывается в галлонах в минуту (галлонах в минуту). Электрический расход составляет
определяется как ток (I) и измеряется в амперах. Для мотора
чтобы включить или загореться лампочка, должен течь ток.

Третья параллель между водяным шлангом и электрическим проводом
касается сопротивления. Если у вас есть несколько сотен футов шланга, намотанного на
ваши ноги, через которые должна проходить вода, не будет много воды
из шланга, чтобы обрызгать ничего не подозревающего прохожего.Потеря напора в
шланг из-за трения значительно уменьшит поток воды и воду
давление. Точно так же сопротивление в электрической цепи, либо от
длинный провод неправильного размера или электрическое устройство может снизить оба ЭДС
и текущий поток.

Напомним, что ЭДС (электродвижущая сила, измеряемая в вольтах) подобна
давление воды (psi), в то время как текущий поток (амперы) подобен воде
расход (галлонов в минуту).

Каковы основные электрические формулы?

Чтобы понять электричество, приведенные ниже основные формулы:
существенный.


Если вы предпочтете взглянуть на некоторые электрические формулы, разработанные в США.
военный. Вот еще набор:

В чем разница между постоянным и переменным током?

DC означает постоянный ток. Схема с питанием от батареи — это цепь постоянного тока. Наиболее
электронные устройства работают на постоянном токе.
Продолжая аналогию с водой в шланге, цепь постоянного тока имеет все
поток воды в одном направлении.Причина, по которой вся электроэнергия — это не постоянный ток,
потому что его нелегко передать на большие расстояния или превратить в
другие напряжения. Итак, в первые дни электроэнергетики использовался постоянный ток, но
требовалась проводка большого диаметра (дорогая) и местные генераторы
(непрактично).

Следовательно, более эффективный вид электроэнергии
развит … Переменный ток. Когда мы думаем об AC, аналогия с
водяной шланг больше не работает.В переменном токе ток меняется на противоположный.
направление в цепи, текущее сначала в одном направлении, затем в
Другой. Это изменение направления потока происходит 60 раз за одну секунду для
типичная электрическая мощность переменного тока в Америке. Таким образом, мощность переменного тока называется 60
цикл (или 60 Гц). Нормальная мощность переменного тока в большинстве остальных
мир 50 цикл. Количество циклов выбрано как наиболее произвольное.
стандарт. Карта, показанная по этой ссылке в Википедии
http: //en.wikipedia.org / wiki / Utility_frequency иллюстрирует
стандартные напряжения и частоты, выбранные большинством стран мира.

Кроме того, фары и двигатели, как правило, рассчитаны на работу либо при 50 циклах, либо на
60 циклов. Неправильная частота в свете вызывает мерцание и
с моторами могут возникнуть более серьезные проблемы. Поймите, что электрические
приборы обычно рассчитаны на 60 или 50 циклов мощности и
возникнут проблемы с эффективностью или даже безопасностью, если правильно
частота не используется.

Мощность переменного тока

стала стандартом во всем мире, главным образом потому, что
трансформаторы позволяют переменному току изменять напряжение. Таким образом, коммунальные предприятия могут
производят электроэнергию и отправляют ее по высоковольтным линиям (скажем, 11000
вольт), затем просто преобразуйте питание в 120 вольт для нормального использования.
Эта способность передавать мощность высокого напряжения по линиям передачи позволяет
больше мощности, передаваемой по кабелю меньшего диаметра, и с меньшим
потери передачи, чем позволяет мощность постоянного тока.

Чем однофазный переменный ток отличается от трехфазного переменного тока?

Начнем с простой практической информации: для однофазного переменного тока требуется 3 провода: горячий, нейтральный и заземляющий. Три фазы
требуется 5 проводов: 3 точки, нейтраль и земля. В трех фазах каждый
горячих проводов может замкнуть цепь с нейтралью. Три фазы
мощность может нести большую электрическую мощность, чем однофазная. Запуск
Двигатель мощностью 10 л.с. (для запуска двигателя может потребоваться в 6 раз больше мощности, чем
работает двигатель) может вызвать мигание однофазной линии или низкий
Напряжение.Трехфазная линия может позволить запустить двигатель мощностью 10 л.с.
без проблем. Как правило, трехфазные двигатели более компактны и
эффективнее, чем однофазные двигатели аналогичного размера, поэтому использование трех
фазные двигатели получили широкое распространение. Большие двигатели используются во многих
применение: лифты, вентиляторы, нагнетатели, компрессоры, насосы, конвейеры
приводы и т. д., поэтому для многих проектов требуется трехфазное электрическое питание.

Чтобы понять трехфазное питание, подумайте о 60 циклах
электричество переменного тока, рассмотренное выше.Каждую 1/60 часть
второй имеет направление сдвига тока. Ток течет в одном
направлении, а затем обратно в другом направлении. Трехфазная электрическая волна
на рисунке ниже показана черная линия (фаза № 1), протекающая в одном
направление в 0, затем течет в другом направлении на 180 и, наконец,
обратный поток в исходном направлении на 360. Красная линия (фаза №2)
и синяя линия (фаза 3) начинаются смещения направления в
разные времена.Это разделение фаз необходимо учитывать, чтобы получить
правильное чередование фаз при подключении асинхронных двигателей. Другими словами, один
соединение заставляет двигатель вращаться вперед, другое соединение заставляет его работать
назад.

Итак, трехфазная электрическая система имеет 3 провода, несущие
осциллограммы напряжения (показанные выше) со смещением во времени на 120 градусов
или 1/3 цикла.

При проектировании трехфазных электрических систем стремятся сбалансировать
нагрузка между фазами.В 5-проводной системе 120/208 В два
горячие точки создают цепь 208 вольт, в то время как горячая и нейтраль создают цепь 120
цепь вольт. Один пытается сбалансировать нагрузку (ток), напряжение и
импеданс на каждой из фаз. Конечно идеальной балансировки никогда
бывает. Но слишком большой дисбаланс вызывает более высокие эксплуатационные
температура, меньший срок службы двигателя и меньшая эффективность.

В чем разница между кВт и кВА?

Электроэнергетические компании предоставляют потребителям вольт-амперы, но выставляют счета
их за ватты.Понимание этой концепции поможет вам лучше
понимать многие решения, принимаемые владельцами проектов и электрическими
инженеры. Поскольку в приведенном выше законе мощности указано, что Вт = Вольт x Ампер,
вы можете подумать, что количество вольт-ампер должно быть таким же, как и
количество ватт. В конце концов, это то, что утверждает уравнение степенного закона.
И это правда, когда нагрузка резистивная, например, электрический нагреватель.
элемент, который использует всю мощность, которая передается ему путем изменения
электрическая энергия в тепловую.Двигатель или люминесцентный свет, включен
с другой стороны, это реактивные нагрузки в той части электрической мощности.
который идет к ним, поглощается, а затем возвращается в цепь без
быть использованным. Реактивная часть нагрузки не рассеивает мощность.

Давайте посмотрим на это с другой стороны. Пытаясь понять генераторы
которые указаны для проекта, вы часто будете видеть их в списке с
КВА номера. Так что это значит?
Если вы знаете, что у вас будет 100 ампер нагрузки при 208 вольт, вам понадобится
трансформатор не менее 20.8 кВА. Если вы установили этот трансформатор
и измерил вольты, вы увидите 208 вольт, а амперметр покажет
100 ампер. Но поскольку часть этого тока возвращается в цепь
без использования реальная мощность (или киловатт) будет меньше
20,8 кВт. На рисунке ниже показано:

Итак, в нашем примере с генератором выше, если коэффициент мощности равен 0,8, то
Фактическая потребляемая мощность составит 20,8 кВА x коэффициент мощности 0,8 или 16.6 кВт.

Поскольку мы обсуждаем генераторы, полезно знать, что отрасль
стандартный коэффициент мощности, принятый для номинальных генераторов, составляет 0,8. Но
реальность того, что генератор действительно будет приводить под нагрузкой, зависит от
фактический коэффициент мощности. Чтобы продолжить приведенный выше пример, если вы используете
генератор мощностью 16,6 кВт, но работает много небольших асинхронных двигателей.
а истинный коэффициент мощности равен 0,6, тогда требуемая полная мощность будет
быть 16.6 кВт / 0,6 = 27,7 кВА. Правильный вывод, однако, —
обсуждать и покупать генераторы с учетом требований кВА, а не КВТ.

Что такое коэффициент мощности?

На рисунке выше показано, что коэффициент мощности — это число.
от 0 до 1,0, что представляет собой соотношение между реальной мощностью (кВт) и
полная мощность (кВА). Некоторые типичные коэффициенты мощности показаны ниже:

Различные типы грузов Коэффициент мощности
Электрический резистивный нагрев 1.0
Лампы накаливания 1,0
Лампы накаливания со ступенькой вниз
трансформатор
от 0,95 до 0,98
Люминесцентное освещение от 0,5 до 0,95
Однофазный асинхронный двигатель до 1 л.с. от 0,55 до 0,75
Однофазный асинхронный двигатель от 1 до 10 л.с. 0.75 до 0,85
Трехфазный асинхронный двигатель от 1 до 10 л.с. от 0,75 до 0,91
Трансформаторы электросварочные от 0,50 до 0,70
Двигатели синхронные от 0,80 до 1,0

Как видите, коэффициенты мощности могут сильно различаться в зависимости от нагрузки.
Так почему это важно? Энергетические компании не любят поставлять
требования к кажущейся мощности, но платят только за истинную мощность
это используется.Таким образом, промышленная установка с низким коэффициентом мощности должна иметь
к нему поступает гораздо больше энергии, чем он платит, создавая
неэффективность для энергокомпаний. Как вы понимаете, мощность
компании склонны ценить эффективность, поэтому обычно выставляют счет
промышленный клиент с низким коэффициентом мощности штраф для поощрения
улучшить. Недогруженный
асинхронные двигатели часто имеют более низкий коэффициент мощности, поэтому промышленный завод
может заменить эти двигатели на двигатели меньшей мощности или с
синхронные двигатели.

Что мне нужно знать о генераторах?

Я знаю одну вещь, которую я хотел бы знать о дизельных генераторах, — это то, что они
необходимо ежедневно проверять уровень масла, если они работают круглосуточно и без выходных. я имел
арендовали дизель-генератор мощностью 25 кВА для завода, который мы строили в
в глуши. Этот старый генератор просто работал и работал … пока этого не произошло.
Когда сервисные ребята вышли и спросили меня, когда я в последний раз проверял
масла, я посмотрела на них тупым пустым взглядом.Затем я ответил
жалко: «Но ты никогда не говорил мне, что мне нужно проверить масло». Платить
Помогите отремонтировать двигатель на генераторе, мне помог запомнить урок.

Если вам необходимо временно установить электричество на стройплощадке, дизель, бензин
или генераторы пропана часто решают проблему. Пытаясь определить
размер генератора, который вам нужен, также может быть проблемой. Следующая Honda
интернет сайт
http://www.hondapowerequipment.com/genwat.asp показывает мощность
требования для множества устройств.Большая разница в текущем потреблении для
Следует отметить запуск двигателей по сравнению с просто работающими. Я тоже был удивлен
сколько энергии потребляют компьютеры.

Сайт для сравнения цен и функций
для промышленных генераторов
http://www.gopower.com/ показывает доступные варианты. Первый
решение касается топлива, используемого для питания генератора; нормальный
варианты — дизельное топливо, природный газ или пропан. Решаем, какие предметы будут
питание при отключении электроэнергии определяет размер генератора,
обычно в кВА.Расположение предлагаемого генератора приводит к
требуемый тип жилья.

В качестве интересного момента я наткнулся на инструкции по сборке
самый простой генератор в мире. Вы можете убить время, играя
с этим или помочь ребенку с научным проектом или что-то в этом роде
вещь. Это простое устройство ясно показывает определение электрического
генератор как устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую
энергия. С другой стороны, двигатель преобразует электрическую энергию в
механическая энергия.

Том IV Справочника по электротехнике Министерства энергетики США иллюстрирует
компоненты генератора на рисунке ниже.

Что мне нужно знать о трансформаторах?

Трансформатор передает электрическую энергию из одной цепи в другую
магнитной муфтой. Другими словами, количество витков на первичной
сторона трансформатора создает магнитное поле при прохождении тока
через это.Таким образом, вторичная сторона цепи с
разное количество обмоток катушки, будет разное напряжение. В
современное использование электричества требует очень высокого напряжения, низкого тока
потоки перемещаются на большие расстояния между источниками генерации электроэнергии
и смысл использования. Практически при любом современном использовании электричества несколько
напряжение увеличивается и будет происходить его уменьшение. Поскольку трансформаторы
чрезвычайно эффективен, между их входной мощностью и
выходная мощность.

На рисунке ниже показан простой трансформатор из
Том IV Справочника по электротехнике Министерства энергетики США.

Что я должен знать об измерениях, распределительном устройстве и панелях?

Электроэнергетическая часть большинства зданий будет включать счетчики,
распределительные устройства и распределительные щиты. Инспектор строительства должен
иметь общее представление о том, что делают эти элементы. Измерение
позволяет энергетической компании отслеживать, сколько электроэнергии получает
использовал.Наибольшее количество электроэнергии, потребляемой за один раз (Спрос)
и коэффициент мощности также важны для зданий, у которых больше
индуктивные нагрузки, такие как двигатели.

Тогда в распределительном устройстве потребуется главный выключатель, позволяющий
отключить всю электрическую систему. От этого главного выключателя
ток течет через панели и субпанели выключателей. Обычно
одна линейная диаграмма показывает общую концепцию электрической мощности
система и включает в себя приборы учета, распределительное устройство и панели.

Что делают предохранители или автоматические выключатели?

Предохранитель

A или автоматический выключатель защищает проводку в электрическом
цепи от пропускания слишком большого тока. Короткое замыкание, для
Например, это могло быть вызвано ошибочным пересечением двух проводов (гвоздь
через стену и касание двух проводов), что может вызвать
огромный поток тока и начать пожар. Без предохранителей и цепи
выключатели, электрические цепи просто воспламенились бы слишком много
раз, чтобы электричество считалось безопасной и практичной энергией
использовать.Поскольку оборудование выйдет из строя и возникнут проблемы с проводкой,
предохранители или автоматические выключатели должны быть включены в цепи для
безопасность.

Предохранители

работают по простой концепции, когда ток течет по проводам.
он генерирует тепло, чем больше ток, тем больше тепла. Тонкая проволока
в предохранителе пропускает только определенное количество тока
пока он не нагреется и не распадется. Тонкая проволока в предохранителе исчезла
и ток не может течь по цепи.Когда ток протекал через
предохранитель и остальная часть цепи, это была замкнутая цепь, но когда
предохранитель перегорает, цепь разрывается. Нет тока в открытом
схема. Так что предохранители работают хорошо, но срабатывают только один раз. После провода
если предохранитель перегорел, этот предохранитель необходимо вынуть и выбросить, а новый
должен быть установлен предохранитель.

Автоматический выключатель выполняет ту же функцию, что и предохранитель, но
использует простой переключатель для обнаружения ситуаций перегрузки по току.Следовательно
автоматический выключатель может отключиться и повторно включаться многократно. Перейдите по ссылке, чтобы
немного более подробное объяснение о
как работают автоматические выключатели.

Что такое основы электроники?

Какого хрена я должен знать? Я планирую и строю здания, чтобы зарабатывать себе на жизнь.
Я нашел несколько интересных учебных курсов ВМС США, которые
огромное количество полезной информации. Введение в курс
следует:

СЕРИЯ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ И ВМФ

Учебная серия по электричеству и электронике ВМФ (NEETS) была
разработан для использования персоналом в
многие электрические и связанные с электроникой рейтинги ВМФ.Написано, и
по совету, старший
техников в этих рейтингах, эта серия предлагает новичкам
фундаментальные электрические и электронные
концепции посредством самообучения. Презентация этой серии не
ориентированный на любую конкретную рейтинговую структуру,
но разделен на модули, содержащие связанную информацию, организованную
в традиционные пути обучения.
Серия предназначена для предоставления небольшого количества информации, которую можно
легко усваивается перед продвижением
далее в более сложный материал.Для студента, только становящегося
ознакомился с электричеством или
электронике настоятельно рекомендуется изучать модули в
их предложенная последовательность. Хотя
есть список NEETS по названию модуля, следующее краткое
описания дают краткий обзор того, как
отдельные модули соединяются вместе.

Модуль 1, Введение в материю, энергию и постоянный ток
вводит курс с краткой историей
электричества и электроники и переходит в характеристики
материя, энергия и постоянный ток
(Округ Колумбия).Здесь также описаны некоторые общие меры безопасности и
процедуры первой помощи, которые должны быть 92 249
общие знания для человека, работающего в области электричества.
Соответствующие советы по безопасности расположены на
и во всей остальной части серии.

Модуль 2, Введение в переменный ток и трансформаторы является
Введение в переменный ток
(переменного тока) и трансформаторов, включая основную теорию переменного тока и основы
электромагнетизм, индуктивность,
емкость, импеданс и трансформаторы.

Модуль 3, Введение в защиту цепей, управление и измерения
в том числе автоматические выключатели,
предохранители и ограничители тока, используемые в защите цепей, а также
теория и использование счетчиков в качестве электрических
измерительные приборы.

Модуль 4, Введение в электрические проводники, методы электромонтажа и
Схематическое чтение, представляет
использование проводов, изоляция, используемая в качестве покрытия проводов, сращивание, заделка
разводки, пайки и чтения
электрические схемы.

Модуль 5, Введение в генераторы и двигатели, представляет собой введение.
к генераторам и двигателям, и
охватывает использование генераторов и двигателей переменного и постоянного тока при преобразовании
электрические и механические
энергии.

Модуль 6, Введение в электронные эмиссионные трубки и источники питания
связывает первые пять модулей
вместе во введении к электронным лампам и ламповой энергии
запасы.

Модуль 7, Введение в твердотельные устройства и источники питания
аналогичен модулю 6, но находится в
ссылка на твердотельные устройства.

Модуль 8 «Введение в усилители» посвящен усилителям.

Модуль 9, Введение в схемы генерации и формирования волн.
обсуждает генерацию волн и
волновые схемы.

Модуль 10, Введение в распространение волн, линии передачи и
Антенны представлены
характеристики распространения волн, линий передачи и антенн.

Модуль 11, Принципы микроволн, объясняет микроволновые генераторы,
усилители и волноводы.

Модуль 12, Принципы модуляции, обсуждает принципы
модуляция.

Модуль 13, Введение в системы счисления и логические схемы
представляет основные концепции
системы счисления, булева алгебра и логические схемы, все из которых
относятся к цифровым компьютерам.

Модуль 14 «Введение в микроэлектронику» охватывает микроэлектронику.
техника и миниатюра и
ремонт микроминиатюрных схем.

Модуль 15, Принципы работы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов, предоставляет
основные принципы, операции,
функции и применения синхронных, серво и гироскопических механизмов.

Модуль 16, Введение в испытательное оборудование, представляет собой введение в некоторые
наиболее часто используемого теста
оборудование и его применение.

Модуль 17, Принципы радиочастотной связи, представляет
основы радиочастоты
система связи.

Модуль 18, Принципы работы радара, охватывает основы радара.
система.

Модуль 19, Справочник техника, представляет собой удобный справочник
часто используемая общая информация,
такие как электрические и электронные формулы, цветовое кодирование и военно-морские
данные системы снабжения.

Модуль 20 «Главный глоссарий» представляет собой глоссарий терминов этой серии.

В Модуле 21, Методы и практика тестирования, описаны основные методы тестирования.
и практики.

Модуль 22, Введение в цифровые компьютеры, представляет собой введение в
цифровые компьютеры.

Модуль 23, Магнитная запись, представляет собой введение в использование и
обслуживание магнитных регистраторов и
концепции записи на магнитную ленту и диски.

Модуль 24, Введение в волоконную оптику, представляет собой введение в волоконную оптику.
оптика.

Встроенные вопросы вставлены в каждый модуль, за исключением
модули 19 и 20, то есть
Справочная литература.Если у вас возникнут трудности с ответом на любой из
вопросы, повторно изучить применимые
раздел.

Хотя была сделана попытка использовать простой язык, различные
технических слов и словосочетаний
обязательно был включен. Конкретные термины определены в Модуле 20,
Главный глоссарий.

Чем аналоговый отличается от цифрового?

Чтобы понять аналоговые сигналы, подумайте о микрофоне.Звук
давление вашего голоса заставляет элемент микрофона вибрировать.
Со временем этот элемент перемещается с другой частотой (циклов на
второй) и амплитуды (расстояние, на которое он движется, или длина волны). Так что аналог
signal — это непрерывный во времени сигнал, имеющий длину волны и частоту.
Стилус проигрывателя улавливает вариации канавки,
аналогичны реальным звукам. Вот откуда приходит термин «аналог»
из. Человеческий слух также работает аналогично, определяя
в реальном времени колебания, несущие частоту и длину волны
звук.

Цифровые сигналы, с другой стороны, представляют собой просто последовательность нулей и единиц.
Шаблон этих нулей и единиц (называемый двоичной системой) преобразует
аналоговый сигнал (который является физическими свойствами звуков) на биты
информации, которая может быть сохранена, передана и преобразована обратно в
аналоговый сигнал. Точность конвертации (качество
звук) зависит от частоты дискретизации (как часто звук преобразуется)
и глубина выборки (сколько информации включено в каждый
конверсия).Представьте фото низкого качества с дешевого мобильного телефона.
камеры, частота дискретизации и глубина невысокие, поэтому качество фото
бедный. И наоборот, 5-мегапиксельная цифровая камера обеспечивает чрезвычайно
четкое фото.

Еще одно ключевое различие между цифровыми сигналами и аналоговыми сигналами заключается в
что цифровые сигналы не работают в реальном времени как аналоговые.
Ваше ухо слышит это звуковое давление и преобразует его в аналоговый сигнал.
в реальном времени по мере появления звука.Цифровой звук сохраняется в битах
информации и ее необходимо преобразовать обратно в аналоговое реальное время (независимо от того,
в изображении или звуке), чтобы иметь смысл для наших аналоговых себя.

Стандартные часы иллюстрируют этот принцип по-другому. Поскольку
секундная стрелка движется по циферблату, а минутная и часовая стрелки медленно перемещаются,
часы действуют как аналоговое устройство. Он работает непрерывно во времени.
Таким образом, вы можете посмотреть на аналоговые часы и узнать, что время — 1 минута 37.
секунды после 2:00.

Цифровые часы обычно показывают только часы и минуты,
меняется с одной минуты на другую. Так делает цифровой
часы менее способны показывать точное время, чем аналоговые часы? Нет
обязательно. Подумайте о частоте дискретизации и глубине дискретизации. Цифровые часы
может быть запрограммирован так, чтобы показывать время с точностью до тысячных или миллионных долей
второй. Следует помнить, что ни аналоговые, ни цифровые сигналы
по своей сути лучше, просто разные.

Полезны следующие скорости передачи данных:

Медная телефонная линия и модем коммутируемого доступа 30 килобит в секунду
DSO 64 килобит в секунду
ISDN 144 килобит в секунду
DSL 1,5 мегабит в секунду
Линия T1 (= 24 линии DSO) 1.5 мегабит в секунду
Волоконно-оптический кабель, коммерческое применение от 2 до 5 мегабит в секунду
Волоконный кабель, верхний конец до 30 мегабит в секунду
Линия T3 (= 28 линий T1) 43 мегабит в секунду
Как работает волоконная оптика?

С пониманием цифровых сигналов из раздела выше,
Волоконная оптика становится довольно легко визуализировать.Подумайте об очень долгом
гибкий кусок 2-дюймовой гибкой трубы длиной, скажем, милю. Представьте, что внутри
трубы было полностью зеркально отражено, отражая любой свет, попадающий на
стенка трубы. Если вы встанете на один конец этой трубы и посветите фонариком
в трубу, вы можете включить и выключить свет и ввести код Морзе
сигналы. Ваш приятель на другом конце трубы мог легко видеть и
понимать световые сигналы, проходящие через трубу. Вот как волокно
оптический кабель работает.

Кусок оптоволоконного кабеля изготовлен из невероятно чистого стекла, поэтому
свет может передаваться на мили без ухудшения качества. Толщина
Волоконно-оптическая прядь похожа на человеческий волос. Волоконно-оптическое стекло
прядь покрывается пластиком, который пропускает весь свет, попадающий в
один конец, чтобы выйти из другого конца.

Таким образом, волоконная оптика стала отличным способом передачи цифровых сигналов. В
двухпозиционный характер цифровой информации позволяет отправлять сигнал на
скорость света.Световой лазер может включать и выключать несколько миллиардов
раз в секунду (попробуйте это с фонариком!) и используйте светлые цвета
а также передавать миллиарды битов в секунду через индивидуальное
волоконно-оптическая прядь. На другом конце пряди световой сигнал
преобразуется обратно в цифровой электрический сигнал и, наконец, обратно в
аналоговый сигнал.

Волоконно-оптическая линия в настоящее время может передавать сигнал на расстояние около 60 миль до
его нужно прочитать и повторно передать в полную силу следующему
передающая станция.

Какие документы общественного достояния доступны для
Дальнейшее изучение?



ВМС США
Электрик-строитель Basic (NAVEDTRA 14026) и
Электрик-строитель среднего уровня (NAVEDTRA 14027) оба обеспечивают
отличная тренировка для понимания электричества на
строительная площадка.

Полное руководство по электротехнике
представлен в руководстве из 4 частей и дает отличные знания о
теория электромонтажных работ.
Том I
представляет основную теорию электричества и магнетизма, некоторые основные DC
схемы. Он называется DOE-HDBK-1011 / 1-92 (ИЮНЬ 1992 г.) и занимает 166 страниц.
Том II
покрывает большую сложность постоянного тока с конденсаторами, батареями и индукцией
моторы. Это 118 страниц под названием DOE-HDBK-1011 / 2-92 (ИЮНЬ 1992). А
твердые знания о питании постоянного тока помогают понять, что такое питание переменного тока.
Том III
обращается к питанию переменного тока, сначала теоретически, затем в более практической манере.Это называется
DOE-HDBK-1011 / 3-92 (ИЮНЬ 1992) — 126 страниц. Ну наконец то,

Том IV под названием DOE-HDBK-1011 / 4-92 (ИЮНЬ 1992) содержит 142 страницы.
и охватывает двигатели переменного тока, трансформаторы и испытательное оборудование.

The
Министерство обороны США предоставляет
Руководство по электроснабжению и распределению, которое охватывает власть
распространение обычно предоставляется коммунальными предприятиями. Эта 125 страница
Справочник официально называется UFC 3-550-03FA (март 2005 г.).

Еще один ресурс, более полезный в дизайне, чем в
строительство, это Министерство обороны США
Руководство по внутренним электрическим системам. В нем 279 страниц информации
и официально называется UFC 3-520-01 (10 июня 2002 г.).

Министерство обороны США предоставляет
Дизайн: Руководство по управлению внутренним и внешним освещением, которое является отличным
введение в освещение. Эта 125 страница
Справочник официально называется UFC 3-530-01 (август 2006 г.).Этот
отличный ресурс показывает освещение в различных типах проектов
и обеспечивает понимание дизайна и функциональности.

Серия учебных курсов по электричеству и электронике ВМС США,
перечисленные выше в разделе «Что такое основы электроники»?
отлично справляется со всеми основными аспектами электричества и
электроника.

Уловки торговли и практические правила для
Основы электротехники:

  1. ЭДС (электродвижущая сила, измеряемая в вольтах) подобна
    давление воды (psi), в то время как текущий поток (амперы) подобен воде
    расход (галлонов в минуту).
  2. Согласно степенному закону, Ватты = Амперы x Вольт, но всегда
    учитывайте коэффициент мощности.
  3. Коэффициент мощности — это активная мощность (в киловаттах), деленная на
    полная мощность (в киловольтах x амперах) и всегда составляет от 0 до 1.
  4. Аналоговые сигналы непрерывны во времени, имеют частоту и
    длина волны, цифровые сигналы — это сохраняемые биты.
  5. Что такое волоконная оптика? Представьте себе длинную гибкую трубу
    с фонариком, светящим в один конец, обозначающим азбуку Морзе.

Электроэнергия Одно- и трехфазная мощность Активная реактивная кажущаяся

Комплексная мощность

Это очень концептуально и важно для понимания. Чтобы установить выражение для комплексной мощности , мы должны сначала рассмотреть однофазную сеть, напряжение и ток которой могут быть представлены в сложной форме как V.e и то есть . Где α и β — углы, которые составляют вектор напряжения и вектор тока относительно некоторой базовой оси соответственно.Активную мощность и реактивную мощность можно рассчитать, найдя произведение напряжения на сопряжение тока. Это означает, что

Это (α — β) не что иное, как угол между напряжением и током, следовательно, это разность фаз между напряжением. и ток, который обычно обозначается как φ.
Следовательно, приведенное выше уравнение можно переписать как

Где, P = VIcosφ и Q = VIsinφ.
Эта величина S называется комплексной мощностью .
Величина комплексной мощности i.е. | S | = (P 2 + Q 2 ) ½ известна как полная мощность , , и ее единица измерения — вольт-ампер. Эта величина является произведением абсолютного значения напряжения и тока. Опять же, абсолютное значение тока напрямую связано с тепловым эффектом согласно закону нагрева Джоуля. Следовательно, номинальные характеристики электрической машины обычно определяются ее полной допустимой мощностью в пределах допустимого температурного предела.
Следует отметить, что в уравнении комплексной мощности член Q [= VIsinφ] положителен, когда φ [= (α — β)] положительно, то есть ток отстает от напряжения, что означает, что нагрузка индуктивна по своей природе. .Снова Q отрицательно, когда φ отрицательно; то есть ток ведет к напряжению, что означает, что нагрузка емкостная.

Однофазное питание

Однофазная система электропередачи практически недоступна, но все же мы должны знать основную концепцию однофазного питания , прежде чем переходить к современной трехфазной системе электроснабжения. Прежде чем переходить к подробностям об однофазном питании, давайте попробуем разобраться в различных параметрах энергосистемы. Три основных параметра системы электроснабжения — это электрическое сопротивление, индуктивность и емкость.

Сопротивление

Сопротивление является неотъемлемым свойством любого материала, благодаря которому он сопротивляется протеканию тока, препятствуя движению электронов через него из-за столкновения с неподвижными атомами. Тепло, выделяемое в результате этого процесса, рассеивается и называется омической потерей мощности. Пока ток протекает через резистор, между напряжением и током не будет разницы фаз, что означает, что ток и напряжение находятся в одной фазе; фазовый угол между ними равен нулю.Если ток I протекает через электрическое сопротивление R в течение t секунд, то общая энергия, потребляемая резистором, равна I 2 .R.t. Эта энергия известна как активная энергия , , а соответствующая мощность известна как активная мощность , .

Индуктивность

Индуктивность — это свойство, благодаря которому индуктор накапливает энергию в магнитном поле в течение положительного полупериода и отдает эту энергию во время отрицательного полупериода однофазного источника питания.Если через катушку с индуктивностью L Генри протекает ток «I», энергия, запасенная в катушке в виде магнитного поля, определяется выражением

. Мощность, связанная с индуктивностью, составляет реактивной мощности .

Емкость

Емкость — это свойство, благодаря которому конденсатор накапливает энергию в статическом электрическом поле в течение положительного полупериода и теряет энергию во время отрицательного полупериода питания. Энергия, накопленная между двумя параллельными металлическими пластинами с разностью электрических потенциалов V и емкостью между ними C, выражается как

Эта энергия хранится в форме статического электрического поля.Мощность, связанная с конденсатором, также равна , реактивная мощность .

Активная мощность и реактивная мощность

Рассмотрим однофазную схему питания , в которой ток отстает от напряжения на угол φ.
Пусть мгновенная разность электрических потенциалов v = V m .sinωt
Тогда мгновенный ток может быть выражен как i = I m . sin (ωt — φ).
Где, V m и I m — максимальные значения синусоидально изменяющейся разности электрических потенциалов и тока соответственно.
Мгновенная мощность цепи определяется выражением

Активная мощность

Резистивная мощность

Давайте сначала рассмотрим условие, при котором однофазная силовая цепь является полностью резистивной по своей природе, то есть фазовый угол между напряжением и током, т.е. φ = 0 и, следовательно,

Из приведенного выше уравнения ясно, что каким бы ни было значение ωt, значение cos2ωt не может быть больше 1; следовательно, значение p не может быть отрицательным. Значение p всегда положительно независимо от мгновенного направления напряжения v и тока i, это означает, что энергия течет в обычном направлении, т.е.е. от источника к нагрузке, а p — это уровень потребления энергии нагрузкой, который называется активной мощностью . Поскольку эта мощность потребляется из-за резистивного эффекта электрической цепи, поэтому иногда ее также называют Resistive Power .

Реактивная мощность

Индуктивная мощность

Теперь рассмотрим ситуацию, когда однофазная силовая цепь полностью индуктивна, что означает, что ток отстает от напряжения на угол φ = + 90 o . Положив φ = + 90 o

В приведенном выше выражении обнаружено, что мощность течет в альтернативных направлениях.От 0 o до 90 o он будет иметь отрицательный полупериод, от 90 o до 180 o он будет иметь положительный полупериод, от 180 o до 270 o он снова будет иметь отрицательную половину цикл и от 270 o до 360 o он снова будет иметь положительный полупериод. Поэтому эта мощность является альтернативной по своей природе с частотой, вдвое превышающей частоту питания. Поскольку мощность течет в переменном направлении, то есть от источника к нагрузке в течение одного полупериода и от нагрузки к источнику в следующем полупериоде, среднее значение этой мощности равно нулю.Следовательно, эта сила не делает никакой полезной работы. Эта мощность известна как , реактивная мощность . Поскольку объясненное выше выражение реактивной мощности относится к полностью индуктивной цепи, эта мощность также называется индуктивной мощностью .

Из этого можно сделать вывод, что если цепь является чисто индуктивной, энергия будет накапливаться в виде энергии магнитного поля в течение положительного полупериода и отдаваться в течение отрицательного полупериода и скорости, с которой эта энергия изменяется, выраженной как реактивной мощности индуктора или просто индуктивная мощность , и эта мощность будет иметь равный положительный и отрицательный цикл, а чистое значение будет равно нулю.

Емкостная мощность

Давайте теперь рассмотрим, что однофазная силовая цепь полностью емкостная, то есть ток опережает напряжение на 90 o , поэтому φ = — 90 o .

Следовательно, в выражении для емкостной мощности также обнаруживается, что мощность течет в альтернативных направлениях. От 0 o до 90 o он будет иметь положительный полупериод, от 90 o до 180 o он будет иметь отрицательный полупериод, от 180 o до 270 o он снова будет иметь положительную половину цикл и от 270 o до 360 o он снова будет иметь отрицательный полупериод.Таким образом, эта мощность также является альтернативной по своей природе с частотой, вдвое превышающей частоту питания. Следовательно, как индуктивная мощность, емкостная мощность не выполняет никакой полезной работы. Эта мощность также является реактивной мощностью.

Активная составляющая и реактивная составляющая мощности

Уравнение мощности может быть переписано как

Это выражение выше имеет две согласные; Первый — V м . I m .cosφ (1 — cos2ωt), который никогда не становится отрицательным, поскольку значение (1 — cos2ωt) всегда больше или равно нулю, но не может иметь отрицательного значения.

Эта часть уравнения однофазной мощности представляет выражение реактивной мощности, которая также известна как активная мощность или истинная мощность. Среднее значение этой мощности, очевидно, будет иметь какое-то ненулевое значение, мощность физически выполняет некоторую полезную работу, и поэтому эту мощность также называют реальной мощностью или иногда ее называют истинной мощностью. Эта часть уравнения мощности представляет реактивную мощность, которая также известна как активная мощность или истинная мощность.
Второй член — V м .I m .sinφsin2ωt, который будет иметь отрицательные и положительные циклы. Следовательно, среднее значение этого компонента равно нулю. Этот компонент известен как реактивный компонент, поскольку он перемещается вперед и назад по линии, не выполняя никакой полезной работы.
Как активная мощность , так и реактивная мощность имеют одинаковые размеры в ваттах, но чтобы подчеркнуть тот факт, что реактивная составляющая представляет собой неактивную мощность, она измеряется в единицах реактивной мощности вольт-ампер или коротком VAR.
Однофазное питание относится к системе распределения, в которой: все напряжения меняются в унисон.Его можно получить просто вращением движущейся катушки в магнитном поле или движением поля вокруг неподвижной катушки. Произведенное таким образом переменное напряжение и переменный ток называют однофазным напряжением и током. Различные типы цепей по-разному реагируют на подачу синусоидального сигнала. Мы рассмотрим все типы цепей по очереди, которые включают только электрическое сопротивление, только емкость и только катушку индуктивности, а также их комбинацию и попытаемся установить уравнение мощности для однофазной цепи .

Уравнение однофазной мощности для чисто резистивной цепи

Давайте рассмотрим расчет однофазной мощности для чисто резистивной цепи. Цепь, состоящая из чистого омического сопротивления, проходит через источник напряжения V, как показано ниже на рисунке.

Где, В (t) = мгновенное напряжение.
В м = максимальное значение напряжения.
ω = угловая скорость в радианах / секундах.

Согласно закону Ома,

Подставляя значение V (t) в уравнение выше, мы получаем

Из уравнений (1.1) и (1.5) видно, что V (t) и I R находятся в фазе. Таким образом, в случае чистого омического сопротивления нет разницы фаз между напряжением и током, то есть они находятся в фазе, как показано на рисунке (b).

Мгновенная мощность,

Из уравнения для однофазной мощности (1.8) ясно, что мощность состоит из двух частей: одна постоянная часть, то есть

, и другая, колеблющаяся, то есть

Это значение равно нулю для полного цикла. Таким образом, мощность через чисто омический резистор дается как и показано на рис. (C).

Однофазное уравнение мощности для чисто индуктивной цепи

Индуктор — это пассивный компонент. Всякий раз, когда переменный ток проходит через катушку индуктивности, он противодействует протеканию тока через нее, создавая обратную ЭДС. Таким образом, приложенное напряжение должно уравновешивать возникающую обратную ЭДС, а не вызывать падение на нем. Схема, состоящая из чистого индуктора, подключенного к источнику синусоидального напряжения V , действующее значение , показана на рисунке ниже.

Мы знаем, что напряжение на катушке индуктивности задается как,

Таким образом, из приведенного выше уравнения однофазной мощности видно, что I отстает от V на π / 2 или, другими словами, V ведет к I на π / 2, когда переменный ток проходит через индуктор i.е. I и V не в фазе, как показано на рис. (E).

Мгновенная мощность определяется по формуле,

Здесь формула для однофазной мощности состоит только из колеблющегося члена, а значение мощности для полного цикла равно нулю.

Уравнение однофазной мощности для чисто емкостной цепи

Когда переменный ток проходит через конденсатор, он сначала заряжается до максимального значения, а затем разряжается. Напряжение на конденсаторе задается как,

Таким образом, из приведенного выше расчета однофазной мощности I (t) и V (t) ясно видно, что в случае тока конденсатора опережает напряжение на угол π / 2.

Мощность, проходящая через конденсатор, состоит только из колеблющегося члена, а значение мощности для полного цикла равно нулю.

Однофазное уравнение мощности для цепи RL

Чисто омический резистор и катушка индуктивности соединены последовательно ниже, как показано на рис (g), через источник напряжения V. Тогда падение на R будет V R = IR L будет V L = IX L .

Эти падения напряжения показаны в виде треугольника напряжения, как показано на рис. (I).Вектор OA представляет собой падение на R = IR, вектор AD представляет собой падение на L = IX L , а вектор OD представляет собой результирующий из V R и V L .

— полное сопротивление цепи RL.
Из векторной диаграммы видно, что V ведет I и фазовый угол φ определяется выражением,

Таким образом, мощность состоит из двух членов, одного постоянного члена 0,5 В м I м cosφ и другого флуктуирующего члена 0,5 В м I м cos (ωt — φ), значение которого равно нулю для всего цикла.
Таким образом, это единственная постоянная часть, которая влияет на фактическое потребление энергии.
Таким образом, мощность p = VI cos Φ = (среднеквадратичное напряжение × среднеквадратичный ток × cosφ) ватт
Где cosφ называется коэффициентом мощности и определяется выражением,

I может быть разделен на две прямоугольные составляющие Icosφ вдоль V и Isinφ перпендикулярно V. Только Icosφ вносит вклад в активную мощность. Таким образом, только VIcosφ называется полностью заполненным компонентом или активным компонентом, а VIsinφ называется безводным компонентом или реактивным компонентом.

Однофазное уравнение мощности для RC-цепи

Мы знаем, что ток в чистой емкости, напряжение на выводах и в чистом омическом сопротивлении синфазны.Таким образом, чистый ток опережает напряжение на угол φ в RC-цепи. Если V = V m sinωt и I будет I m sin (ωt + φ).

Мощность такая же, как и в случае цепи R-L. В отличие от схемы R-L коэффициент мощности является ведущим в схеме R-C.

Определение трехфазной мощности

Было обнаружено, что выработка трехфазной мощности более экономична, чем выработка однофазной энергии. В трехфазной системе электроснабжения три формы волны напряжения и тока имеют смещение во времени на 120 в каждом цикле питания.Это означает; каждая форма волны напряжения имеет разность фаз 120 o относительно другой формы волны напряжения, и каждая форма волны тока имеет разность фаз 120 o относительно другой формы волны тока. Определение трехфазной мощности утверждает, что в электрической системе три отдельных однофазных мощности передаются тремя отдельными силовыми цепями. Напряжения этих трех мощностей в идеале находятся на расстоянии 120 o друг от друга по фазе времени. Точно так же токи этих трех мощностей также идеально разнесены друг от друга на 120 o .Идеальная трехфазная система питания подразумевает сбалансированную систему.

Трехфазная система считается несбалансированной, когда либо хотя бы одно из трех фазных напряжений не равно другому, либо фазовый угол между этими фазами не совсем равен 120 o .

Преимущества трехфазной системы

Есть много причин, по которым эта мощность более предпочтительна, чем однофазная.

  1. Уравнение однофазной мощности —

    , которое зависит от времени.Тогда как уравнение трехфазной мощности — это

    , которое является постоянной функцией времени, не зависящей. Следовательно, однофазное питание пульсирует. Обычно это не влияет на двигатель с низким номиналом, но в двигателе с большим номиналом вызывает чрезмерную вибрацию. Таким образом, трехфазное питание более предпочтительно для силовой нагрузки высокого напряжения.

  2. Мощность трехфазной машины в 1,5 раза выше, чем у однофазной машины того же размера.
  3. Однофазный асинхронный двигатель не имеет пускового момента, поэтому мы должны предоставить некоторые вспомогательные средства пуска, но трехфазный асинхронный двигатель самозапускается и не требует никаких дополнительных средств.
  4. Коэффициент мощности и КПД выше в случае трехфазной системы.

Уравнение трехфазной мощности

Для определения выражения уравнения трехфазной мощности , т.е. для расчета трехфазной мощности , мы должны сначала рассмотреть идеальную ситуацию, когда трехфазная система сбалансирована. Это означает, что напряжение и токи в каждой фазе отличаются от соседних фаз на 120 или , а также амплитуда каждой волны тока одинакова, и аналогично амплитуда каждой волны напряжения одинакова.Теперь угловая разница между напряжением и током в каждой фазе трехфазной энергосистемы равна φ.

Тогда напряжение и ток фазы красный будут
соответственно.
Напряжение и ток фазы , желтый, будут равны —
соответственно.
А напряжение и ток синей фазы будут —
соответственно.
Следовательно, выражение мгновенная мощность в красной фазе —

Точно так же выражение мгновенная мощность в желтой фазе —

Точно так же выражение мгновенная мощность в синей фазе —

Общая трехфазная мощность системы складывается из индивидуальная мощность в каждой фазе —

Приведенное выше выражение мощности показывает, что общая мгновенная мощность постоянна и равна трехкратной реальной мощности на фазу.В случае выражения для однофазной мощности мы обнаружили, что существуют компоненты как реактивной мощности, так и активной мощности, но в случае выражения для трехфазной мощности мгновенная мощность постоянна. Фактически в трехфазной системе реактивная мощность в каждой отдельной фазе не равна нулю, но их сумма в любой момент равна нулю.

Реактивная мощность — это форма магнитной энергии, протекающей в единицу времени в электрической цепи. Его единица измерения — VAR (вольт-ампер, реактивный). Эту мощность нельзя использовать в цепи переменного тока.Однако в электрической цепи постоянного тока он может быть преобразован в тепло, поскольку, когда заряженный конденсатор или индуктор подключается к резистору, энергия, запасенная в элементе, преобразуется в тепло. Наша энергосистема работает от сети переменного тока, и большинство нагрузок, используемых в повседневной жизни, являются индуктивными или емкостными, поэтому реактивная мощность является очень важным понятием с электрической точки зрения.

Коэффициент электрической мощности любого оборудования определяет количество реактивной мощности , которое ему требуется.Это отношение реальной или истинной мощности к полной полной мощности, необходимой электрическому устройству. Эти мощности можно определить как,

, где θ — это разность фаз между напряжением и током, а cosθ — коэффициент электрической мощности нагрузки.

Реактивная мощность всегда присутствует в цепи, где есть разность фаз между напряжением и током в этой цепи, например, все наши бытовые нагрузки являются индуктивными. Итак, существует разница фаз между напряжением и током, и ток отстает от напряжения на определенный угол во временной области.Индуктивный компонент принимает запаздывающую реактивную мощность, а емкостной компонент поглощает ведущую реактивную мощность, здесь отстающая реактивная мощность относится к магнитной энергии, а ведущая реактивная мощность относится к электростатической энергии.

В типичной цепи переменного тока, такой как цепь RL (резистивная + индуктивная) или RC-цепь (резистивная + емкостная), реактивная мощность берется из источника питания в течение полупериода и возвращается в источник питания в течение следующего полупериода. Например, мощность, потребляемая для нагрузки RL, определяется как:

V = V m sinωt, I = I m sin (ωt — θ)

Здесь Q 1 sin2ωt — реактивная мощность, которая является средним значением. равен нулю, это означает, что реактивная мощность никогда не используется.

Использование реактивной мощности

В электрической машине для преобразования энергии требуется магнитный домен, чтобы преобразовать ее форму. В электродвигателе необходимый магнитный домен создается реактивной мощностью, которую он получает от источника питания. Сегодня почти каждой электрической нагрузке требуется реактивная мощность для работы, несмотря на реальную мощность. Даже в электрическом трансформаторе, который является основным блоком энергосистемы, первичный входной ток отстает, так как требуется запаздывающая VAR для намагничивания его сердечника и передачи мощности посредством взаимной индукции.

Реактивная мощность в линиях передачи

В линии передачи электроэнергии поток реактивной мощности в линии определяет напряжение на принимающей стороне. Управление уровнем напряжения на приемном конце очень важно, так как более высокое напряжение может повредить оборудование потребителя и приведет к большим потерям. Во многих случаях мы видим внезапное повышение или падение напряжения из-за удара молнии или из-за неисправности исправных фаз, и в любом случае происходит повреждение оборудования. Посмотрим, как напряжение зависит от реактивной мощности.
Реактивная мощность принимающей стороны определяется выражением,

Где, θ — угол мощности, который поддерживается на очень низком уровне из-за соображений стабильности, X l — реактивное сопротивление линии передачи, V s — напряжение на передающей стороне и V r — напряжение на принимающей стороне.
Итак, Q r становится,

Теперь уравнение формируется как,

Решая, мы получаем,

Математически выражение, данное для реактивной мощности
Примечание: мы не принимали отрицательный знак, поскольку тогда V r будет становится равным нулю, когда Q r равно нулю, что невозможно.
Пусть Q 1 будет реактивной мощностью, требуемой нагрузкой на принимающей стороне, а Q 2 будет источником реактивной мощности от генерирующей или передающей стороны. Тогда Q r будет (Q 1 — Q 2 ).

Случай — 1
Когда подача Q 2 равна потребности Q 1 , тогда V s = V r , напряжение на принимающей стороне будет равно конечному напряжению отправки, что желательно.

Случай — 2
Когда спрос больше, а предложение меньше, Q r становится отрицательным.Таким образом, напряжение на принимающей стороне становится меньше, чем на стороне отправки.

Случай — 3
Когда спрос меньше, предложение высокое, Q r становится положительным. Таким образом, напряжение на принимающей стороне становится больше, чем на стороне отправки, что очень опасно.
Таким образом, мы увидели, как напряжение (и управление его уровнем), которое является основным требованием любой электрической нагрузки; зависит от реактивной мощности. В дневное время потребность в реактивной мощности увеличивается, поэтому происходит провал напряжения.С другой стороны, в утреннее время потребность в реактивной мощности меньше, поэтому происходит повышение уровня напряжения. Для поддержания уровня напряжения нам необходимо сделать Q 1 = Q 2 .

Компенсация реактивной мощности

Как уже говорилось, необходимо контролировать как превышение реактивной мощности, так и ее дефицит. Для этого выполняется компенсация с помощью различных устройств. Здесь реактор поглощает избыточную реактивную мощность, а конденсатор обеспечивает восполнение реактивной мощности в случаях высокого потребления.
Для нагрузок с низким коэффициентом мощности потребность в реактивной мощности очень высока. Следовательно, нам нужно увеличить коэффициент мощности, используя конденсаторную батарею. Это снижает потребность в переменном токе за счет подачи на нагрузку соответствующего количества реактивной мощности. Другие методы включают использование шунтирующего конденсатора, синхронных фазовых модификаторов, трансформатора с переключением ответвлений под нагрузкой и шунтирующего реактора. Синхронный двигатель с перевозбуждением используется в шунте с нагрузкой. Он служит конденсатором и также называется синхронным конденсатором.Шунтирующий реактор используется для снижения коэффициента электрической мощности. В трансформаторах с переключением ответвлений под нагрузкой коэффициент трансформации регулируется соответствующим образом для поддержания желаемого уровня напряжения, поскольку разность напряжений между передающей и принимающей сторонами определяет реактивную мощность.
Математически выражение для реактивной мощности (Q), необходимой для увеличения коэффициента электрической мощности с cosθ 1 до cosθ 2 , дается как,

Где, P — реальная потребляемая мощность нагрузки (в ваттах) .
В случае, если коэффициент электрической мощности должен быть уменьшен с cosθ 2 до cosθ 1 , реактивная мощность, которая должна быть поглощена шунтирующим реактором на конце нагрузки, определяется как:

Значения емкости или индуктивности таким образом Требуемый объем может быть рассчитан с помощью,

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *