Laboratoř: Studium třífázového obvodu s hvězdicovým zapojením přijímačů – Elektrické obvody

Asymetrické režimy v nejjednodušších charakteristických případech (zkrat a chod naprázdno) lze analyzovat na základě konstrukce vektorových diagramů.

Uvažujme režimy přerušení fáze a zkratu v zapojení do hvězdy pro tří- a čtyřvodičové systémy. V tomto případě jej porovnáme se symetrickým režimem provozu obvodu, jehož fázová napětí a proudy budou základní. Pro tento obvod (viz obr. 1,a) je vektorový diagram proudů a napětí znázorněn na obr. 1,b (předpokládá se, že zátěž je aktivně-indukčního charakteru). Zde

Když je fáze A zátěže přerušena, dostaneme se k vektorovému diagramu na Obr. 2.

V případě zkratu fáze A (třívodičový systém) probíhá vektorový diagram na obr. 3. Z něj vyplývá: ; ; ; ; .

Když je fáze A přerušena ve čtyřvodičovém systému (nulový vodič na obr. 1a je znázorněn tečkovanou čarou a vektor proudu je znázorněn tečkovanou čarou na obr. 1b) ; ; .

Symetrický třífázový přijímač zapojený do trojúhelníku a odpovídající vektorový diagram napětí a proudů jsou znázorněny na obr. 4.

Zde, se stejnou metodou připojení fází generátoru ; ; ; ; ; .

Když se vodič přeruší ve fázi A-B zátěže, jak je patrné z diagramu na obr. 5, ;, samotné proudy a v důsledku autonomie fázového provozního režimu při zapojení zátěže do trojúhelníku jsou stejné jako v obvodu na obr. 4,a. Tedy,
; ; .

Obvod v případě přerušení vodiče A-A‘ a vektorový diagram odpovídající tomuto případu jsou znázorněny na obr. 6.

Výkon v třífázových obvodech

Okamžitý výkon třífázového zdroje energie se rovná součtu okamžitých výkonů jeho fází:

Činný výkon generátoru, definovaný jako průměrná hodnota okamžitého výkonu za daný čas, se rovná

Činný výkon třífázového přijímače tedy s přihlédnutím ke ztrátám v odporu neutrálního vodiče

Celkový činný výkon symetrického třífázového systému

Vzhledem k tomu, že v symetrickém módu pro hvězdu platí následující vztahy:

a pro trojúhelník –

na základě (1) pro oba způsoby propojení fází dostaneme

kde j je úhel posunu mezi fázovým napětím a proudem.

Nyní dokažme dříve uvedenou vlastnost vyváženosti dvoufázového Teslova systému a symetrického třífázového systému.

1. Teslův dvoufázový systém

Celkový okamžitý výkon fází je tedy konstantní hodnota rovnající se celkovému činnému výkonu zdroje.

2. Symetrický třífázový obvod

tj. vlastnost vyváženosti byla prokázána pro symetrický třífázový obvod.

Měření výkonu v třífázových obvodech

Níže jsou uvedena praktická schémata pro zapojení wattmetrů pro měření výkonu v třífázových obvodech.

1. Čtyřvodičový systém, nevyvážený režim.

Obvod znázorněný na obr. 8 se nazývá obvod se třemi wattmetry.

Celkový činný výkon obvodu se určí jako součet hodnot tří wattmetrů

2. Čtyřvodičový systém, symetrický režim.

Pokud je provozní režim obvodu symetrický, pak pro určení celkového činného výkonu stačí omezit se na jeden wattmetr (libovolný), zapojený podle obvodu na obr. 8. Pak například, když je zařízení připojeno k fázi A,

3. Třívodičový systém, symetrický režim.

Pokud není přístup k nulovému bodu, vytvoří se tento uměle zapojením tří dalších rezistorů do „hvězdového“ schématu, jak je znázorněno na obr. 9 – obvod wattmetru s umělým nulovým bodem. V tomto případě musí být splněna podmínka, kde je vlastní odpor vinutí wattmetru. Celkový činný výkon třífázové soustavy se pak určí podle (4).

4. Třívodičový systém, symetrický režim; měření jalového výkonu.

Pomocí jednoho wattmetru lze v symetrickém režimu provozu obvodu měřit jeho jalový výkon. V tomto případě bude schéma zapojení wattmetru vypadat jako na obr. 10,a. Podle vektorového diagramu na obr. 10,b bude výkon měřený zařízením

Celkový jalový výkon tedy

5. Třívodičový systém, nevyvážený režim.

Obvod znázorněný na obr. 11 se nazývá obvod se dvěma wattmetry. V něm se součet naměřených hodnot přístroje rovná celkovému činnému výkonu obvodu.

Údaje z přístroje v tomto diagramu jsou skutečně:

Závěrem konstatujeme, že pokud má obvod na obr. 11 symetrický provozní režim, pak lze na základě údajů z přístroje určit celkový jalový výkon obvodu.

1. Základy teorie obvodů: Učebnice. pro univerzity / G.V. Zeveke, P.A. – 5. vyd., revidováno. –M.: Energoatomizdat, 1989. -528 s.
2. Bessonov L.A. Teoretické základy elektrotechniky: Elektrické obvody. Učebnice pro studenty elektrotechnických, energetických a přístrojových specializací vysokých škol. – 7. vyd., revidováno. a doplňkové –M.: Vyšší. škola, 1978. –528 s.

1. V symetrickém třívodičovém obvodu došlo k přerušení fáze. Co ukáže voltmetr, když je připojen mezi neutrální body zdroje a přijímače? Odpověď: .
2. Kolikrát je výkon v obvodu na obr. 6,a menší než výkon v obvodu na obr. 4,a? Odpověď: dvakrát.
3. V obvodu na obr. 10,a je symetrická zátěž složena z odporových prvků. Co ukáže wattmetr? Odpověď: .
4. V obvodu na obr. 10,a je do hvězdy zapojena symetrická zátěž s fázovým odporem. Síťové napětí . Určete údaj wattmetru. Odpověď: .
5. V obvodu na obr. 11 je zátěž tvořena dvěma identickými kondenzátory s CC=100 Ohm, zapojenými mezi vodiče A a B, B a C. Síťové napětí . Určete hodnotu wattmetru. Odpověď: .
6. Na základě konstrukce vektorového diagramu proudů a napětí pro symetrický provozní režim obvodu na obr. 11 dokažte vztah (5).

• Co je UPS
• Rozdíl mezi zdroji
• Jak vypočítat výkon
• Před zapnutím UPS
• Knihovna UPS
• Žádost o cenu UPS

Moskva, vnitřní území Městská část Solntsevo,
sh. Kievskoye, km 22, dvld. 6, str. 1, kancelářský park Comcity
Obecný e-mail oddělení: [email protected]

JSC NTC „Landata“ OGRN: 1027739021650 INN: 7731253031

Trojfázový obvod je soubor tří elektrických obvodů, ve kterých působí elektromotorická pole stejné frekvence a amplitudy, která se od sebe fázově liší o úhel 120° a jsou indukována v jednom zdroji energie. Každý z jednofázových obvodů se obvykle nazývá fázový.

Třífázové synchronní generátory se používají jako zdroj elektrické energie v třífázových obvodech. Ve třech vinutích generátoru, nazývaných fáze a pevně upevněných tak, že jejich magnetické osy jsou v prostoru posunuty vůči sobě o úhel _? indukují se tři EMF – е_А, e_в, e_с, tvořící symetrický systém.

Symetrický systém elektromotorických sil, napětí nebo proudů je definován jako tři elektromotorická síly, napětí nebo proudy, které mají stejné efektivní hodnoty a frekvenci, ale jsou vůči sobě fázově posunuty o úhel 120°. Jinak se systém elektromotorických sil, napětí nebo proudů považuje za asymetrický.

Grafy okamžitých hodnot symetrického systému elektromotorického napětí jsou znázorněny na obrázku 9.1,a a vektorový diagram je znázorněn na obrázku 9.1,6,b.

Sekvence průchodu tří elektromotorických sil (EMS) stejnými hodnotami, například maximální hodnotou, se nazývá fázová sekvence. Sekvence znázorněná na obrázku 9.1,a, ve které EMS dosáhnou maximální hodnoty jako první ve fázi Ah pak ve fázi PROTI, a ve fázi C se nazývá přímá fázová sekvence nebo pořadí přímého střídání fází.

V třífázových obvodech se rozlišuje mezi symetrickým a asymetrickým zatížením.

Symetrické se chápe jako zatížení, jehož komplexy odporu ve všech fázích jsou stejné, tj.

Obrázek 9.1 — Vlnový (a) a vektorový (b) diagram symetrického třífázového systému EMF

Obrázek 9.2,a znázorňuje schéma zapojení přijímačů do hvězdy v trojfázovém střídavém obvodu. Lineární vodiče jsou připojeny k začátkům fází přijímače, konce fází přijímače jsou připojeny ke společnému nulovému bodu, který lze připojit k nulovému bodu generátoru.

Fázové napětí je napětí mezi začátkem a koncem jednotlivých fází přijímače (nebo zdroje) a síťové napětí je napětí mezi začátky fází přijímače (nebo zdroje). Fázové proudy jsou proudy ve fázích přijímače, síťové proudy jsou proudy ve síťových vodičích spojujících zdroj s přijímačem.

S tímto schématem zapojení přijímače je zřejmé, že

Abyste zjistili vztah mezi fázovým a síťovým napětím, musíte na obvody aplikovat druhý Kirchhoffův zákon. AO’VA, VO’SV, SO’AS (obrázek 9.2,a), podle kterého

Pokud zanedbáme odpory fázového a nulového vodiče sítě, pak fázová napětí přijímače budou rovna fázovým napětím zdroje. S vektory fázového napětí U_a, NEBO_b, NEBO_c a pomocí vztahů (9.4) je snadné konstruovat vektory lineárních napětí U_Av, NEBO_вс, y_CA v souladu s obrázkem 9.2,6.

Je zřejmé, že v tomto případě fázové a síťové napětí zátěže tvoří symetrický systém vektorů, kde platí následující vztah:

Podle prvního Kirchhoffova zákona pro uzel O‘ rovnice platí:

Nechť odpor neutrálního vodiče je Z_N 0, pak mezi neutrálními body zdroje a přijímače vznikne napětí, které lze určit metodou dvou uzlů.

kde U_A,U_B,U_C – komplexy fázových napětí zdroje;

У_а, Y__b, A_c, Y_ _n — komplexy vodivosti fází zátěže a nulového vodiče.

V tomto případě budou fázová napětí zátěže určena výrazy:

symetrické zatížení Y_a = Y_b=Y_c = Y^, tedy z (9.7)

protože fázová napětí zdroje tvoří symetrický systém vektorů a jejich vektorový součet je nulový. Pak z (9.8) vyplývá, že fázová napětí zdroje budou rovna fázovým napětím zátěže. Pomocí rovnic (9.4) sestrojíme vektory síťových napětí (obrázek 9.2,6), které tvoří symetrický systém vektorů a pro které platí výraz (9.5). Proudy zátěže také tvoří symetrický systém, proud v neutrálním vodiči je nulový a není potřeba neutrální vodič. Ten se odstraní a získá se třívodičový třífázový obvod.

Připojení nevyvážené zátěže k třívodičovému, třífázovému obvodu (tj. bez nulového vodiče) bude mít za následek napětí U_N mezi neutrály a, jak vyplývá z (9.8), fázová napětí přijímače budou odlišná v souladu s Obrázkem 9.2, c. Vztah (9.5) mezi fázovým a síťovým napětím bude narušen. Když se změní velikost a povaha fázových odporů, napětí U_N se může značně lišit. V souladu s tím bod O‘ na diagramu (obrázek 9.2, c) se posune od středu О a fázová napětí přijímače se od sebe mohou značně lišit.

Tento jev se nazývá neutrální posunutí.

Obrázek 9.2 – Schéma zapojení (a) a vektorové diagramy třívodičového třífázového obvodu s přijímači zapojenými do hvězdy se symetrickým (b) a asymetrickým (c) zatížením

Pro obnovení rovnosti fázových napětí při asymetrickém fázovém zatížení stačí do systému přidat čtvrtý neutrální vodič, čímž se získá čtyřvodičový třífázový obvod podle obrázku 9.3,a. Ve čtyřvodičovém třífázovém obvodu s jakýmkoli fázovým zatížením platí vztah (9.5) a v třívodičovém třífázovém obvodu pouze se symetrickým zatížením. Proud v neutrálním vodiči ve čtyřvodičovém třífázovém obvodu s asymetrickým zatížením je určen vzorcem (9.6) nebo geometrickým součtem vektorů fázových proudů podle obrázku 9.3,6.

Pokud v třívodičovém systému dojde k přerušení jedné z fází (přerušení uvnitř přijímače nebo přerušení síťového vodiče), například fáze C, další dvě fáze se zapojí sériově k síťovému napětí. U _AB. Při stejném odporu těchto fází bude mít každá z nich místo fázového napětí poloviční síťové napětí. U_Av, což je 87 % napětí za normálních podmínek (obrázek 9.4,a).

Obrázek 9.3 – Schéma zapojení (a) a vektorový diagram proudů a napětí (b) čtyřvodičového třífázového obvodu s hvězdicovým zapojením přijímačů

Ve čtyřvodičovém obvodu přerušení jedné z fází nenaruší normální provoz zbývajících dvou fází (obrázek 9.4,6).

Obrázek 9.4 – Vektorové diagramy proudů a napětí třívodičového (a) a čtyřvodičového (b) třífázového obvodu s přerušením fáze С

Znalost fázových proudů, napětí a úhlů fázového posunu mezi nimi umožňuje vypočítat fázové výkony a výkony třífázového obvodu.

Činné výkony fází:

P a = U a I a – COS( Pa‘ P b = U b ‚ 1 b ‚ COS

P c = U c ‚ 1 c ‚ COS U a‘ I a‘ sin( Pa^ Qb = U b ‚ 1 b ‚ sin( Pb‘ Qc = U c ‚ 1 c ‚ sin( Pc • (9)

Pro třífázový přijímač se činný a jalový výkon určuje podle vzorců:

• 9.5.3 Odpojte nulový vodič a postupně nastavte provozní režimy třífázového obvodu uvedené v odstavci 9.5.2. Změřte fázové proudy, fázové a síťové napětí a předpětí mezi nulovými vodiči pro každý režim. Výsledky měření jsou shrnuty v tabulce 9.1.
• 9.6 Zpracování experimentálních výsledků
• 9.6.1 Vypočítejte činné výkony jednotlivých fází a činný výkon třífázového přijímače pomocí vzorců (9.10), (9.12), (9.13). Výsledky výpočtu jsou shrnuty v tabulce 9.1.
• 9.6.2 Na základě experimentálních dat sestrojte vektorové diagramy proudů a napětí v měřítku pro všechny studované provozní režimy trojfázového obvodu.
• 9.7 Obsah zprávy
• 9.7.1 Účel práce
• 9.7.2 Schéma podle obrázku 6.
• 9.7.3 Výpočtové vzorce.
• 9.7.4 Tabulka 9.1 experimentálních a vypočítaných dat.
• 9.7.5 Vektorové diagramy proudů a napětí, vykreslené v měřítku.
• 9.7.6 Závěry k práci.
• 9.8 Kontrolní otázky
• 9.8.1 Který střídavý systém se nazývá třífázový?
• 9.8.2 Jak se určí jalový výkon třífázového spotřebiče zapojeného do hvězdy?
• 9.8.3 Jaké jsou nevýhody čtyřvodičového elektrického obvodu?
• 9.8.4 Co zahrnuje pojem „fáze“ ve vztahu k vícefázovému elektrickému systému?
• 9.8.5 Změní se síťové proudy ve čtyřvodičovém třífázovém obvodu, pokud je v případě asymetrického zatížení přerušen nulový vodič? Uveďte správnou odpověď.
• a) bude;
• b) nebude;
• c) pokud je zátěž čistě aktivní, proudy se nezmění;
• d) proudy se budou měnit, ale pouze v případě reaktivní zátěže.
• 9.8.6 Symetrická zátěž je zapojena do hvězdy. Síťové napětí a proud jsou 380 V a 10 A. Jaké je fázové napětí a proud? Uveďte správnou odpověď.
• b) 220 V, 10 A;
• a) 380 V, A;
• c) 127 V, 10 l/3 A;
• d) 190 V, 14 A.

• 9.8.7 V jakých případech se používají třívodičové elektrické obvody zapojené do hvězdy?
• 9.8.8 Jaké charakteristiky se změní, pokud se za jinak stejných podmínek změní rychlost otáčení rotoru třífázového generátoru? Uveďte správnou odpověď.
• a) frekvence a počáteční fáze indukovaného elektromagnetického pole;
• b) frekvence a amplituda indukovaného elektromagnetického pole;
• c) amplitudy a počáteční fáze indukovaného elektromagnetického pole;
• c) počáteční fáze a pořadí fází.

• 9.8.9 Symetrický třífázový přijímač je připojen k třífázovému zdroji. Určete hodnotu ampérmetru, pokud je známo, že C7_л=380 V, 7f = 11 Ohmů.
• 9.8.10 Co se rozumí pojmem „posun neutrální v závislosti na zatížení“? V jakých případech k němu dochází?
• 9.8.11 Jaký je součet proudů? i_A,_B,_c, generované symetrickým třífázovým systémem elektromotorického napětí v symetrickém zatížení? Uveďte správnou odpověď.
• a) nula;
• b) algebraický součet efektivních hodnot těchto proudů;
• c) algebraický součet hodnot amplitudy těchto proudů;
• c) aritmetický součet proudů.
• 9.8.12 Trojfázový přijímač je symetrický, pokud jeho odpory, vyjádřené v komplexním tvaru, jsou rovny:
  • a) Z_a=5 Ohmů, Z_z,=3+y4 Ohm, Z_c =3-j4 Ohmů;
  • b) Z_a = 5 ohmů, Z_b = 5 • , Z_c=5 • ;
  • c) Z_a=5 Ohmů, Z^= -j5 Ó, Z_C=J5 Ohm;
  • d) Z_a=5-e yl0 ° Ohm, Z_b =Y-e y10°, Z_c=15-e-yl0 ° Ohm;
  • d) Z_a=5-j2 Ó, Z_b=5-j2 Ó, Z_c=5-j2 Ohm.
  • 9.8.13 Aktivní symetrická třífázová zátěž je zapojena do hvězdicového zapojení. Síťové napětí je 100 V a síťový proud je 5 A. Určete spotřebu energie.
  • 9.8.14 Trojfázový generátor pracuje se symetrickou zátěží. Účiník je 0,8. Fázová impedance je 10 Ohmů, fázový proud je 10 A. Určete činný výkon spotřebovaný zátěží.
  • 9.8.15 Uveďte schéma třífázového spotřebiče elektrické energie, kterému odpovídá daný vektorový diagram?

  

  • 9.8.16 Jaké třífázové zatížení se nazývá symetrické?
  • 9.8.17 Symetrický třífázový spotřebič je připojen k třífázovému zdroji. Určete hodnotu ampérmetru, pokud je známo, že C/_Л=38OV, 7_ф=10 m.

  

  • 9.8.18 Jak určit celkový výkon třífázového spotřebiče elektrické energie?
  • 9.8.19 Kolik připojovacích vodičů je vhodných pro třífázový generátor s vinutími zapojenými do hvězdy?
  • 9.8.20 Vyjmenujte pozitivní vlastnosti třífázového čtyřvodičového obvodu.
  • 9.8.21 Může nulový vodič ve čtyřvodičovém třífázovém obvodu zajistit symetrii fázových napětí při asymetrickém zatížení? Uveďte správnou odpověď.
  • a) může, pokud má zanedbatelný odpor;
  • b) může, pokud má dostatečně vysoký odpor;
  • c) může, pokud je zátěž čistě aktivní;
  • d) nemůže.
  • 9.8.22 V jakých případech se používají čtyřvodičové elektrické obvody?
  • 9.8.23 Trojfázová síť napájející asymetrického spotřebiče má síťové napětí (7_ЛCo ukáže voltmetr po vyhoření?
  • 2F

  

  přepálená pojistka v drátu V. Prosím, uveďte správnou odpověď.

  о»

  9.8.24 Jak jsou tato vinutí zapojena? Označte začátky a konce

  

  • a) hvězda;
  • b) trojúhelník;
  • c) hvězda s neutrálním vodičem; d) jiným způsobem.
  • 9.8.25 Uveďte schéma třífázového spotřebiče elektrické energie, kterému odpovídá daný vektorový diagram.

  

  • 9.8.26 Trojfázová zátěž je zapojena do hvězdy přes čtyřvodičové vedení. Napětí v síti je 380 V, proud v síti je 5 A. Jaké je fázové napětí a proud?
  • 9.8.27 Jaké jsou různé způsoby připojení zdrojů v třífázovém střídavém systému?

  

  9.8.28 Diagram znázorňuje symetrický třífázový obvod. Zdánlivý výkon spotřebovávaný obvodem je 10 kVA a spotřebovaný jalový výkon je 6 kvar. Určete účiník elektrického spotřebiče.

  9.8.29 Určete účiník třífázového symetrického spotřebiče zapojeného do hvězdy, pokud je známo jeho síťové napětí L7._л=380 V, fázový proud /ph=5 A a spotřebovaný činný výkon P_е=2,64 kW. Označte správnou odpověď.

  a) cos(p) =0,705; b) cos =0,03 5;

  • c) cos = 0,8; d) cos = 0,5;
  • d) jiná odpověď.
  • 9.8.30 Určete hodnotu ampérmetru, pokud je známo, že 17_л=220 V, 2fázové = 25 Ohmů. Uveďte správnou odpověď.

  

  • a) 17,32 Å;
  • b) 10 A;
  • c) 14,1 Å;
  • d) 5 A;
  • D) % A.
  • 9.8.31 Symetrická zátěž je zapojena do hvězdy. Fázové napětí je 127 V a fázový proud je 5 A. Jaké je síťové napětí a proud? Uveďte správnou odpověď.
  • a) 380 V 573 A;
  • b) 220 V
  • 5 A;
  • 10 A;
  • 5/ /l/Z
  • c) 127 V
  • d) 180 V
  • d) další odpovědi.
  • 9.8.32 Mezi které body by měl být zapojen voltmetr pro měření fázového napětí?

  

  9.8.33 Jaké třífázové zatížení se nazývá asymetrické?

  

  • 9.8.34 Jak se změní síťové napětí v symetrickém třífázovém systému při přerušení fáze? Ah pokud před přerušením této fáze U_AB =U_вс =U_CA= 220 B. Zanedbejte odpor vodičů.
  • 9.8.35 Jak určit činný výkon třífázového spotřebiče

  

  

  • Napětí 9.8.36 A (7_л=380 V, fázové odpory jsou rovny 7?! =T?2 = 0 20 m, ??з = XNUMX Ohm. Určete efektivní hodnotu proudu 1 v neutrálním vodiči.
  • 9.8.37 Vinutí třífázového generátoru jsou zapojena do hvězdy. K čemu je připojen konec prvního vinutí?
  • 9.8.38 Co se nazývá symetrický třífázový systém EMF? Jaká je hlavní vlastnost takového systému?
  • 9.8.39 Obrázek znázorňuje vektorový diagram fázových napětí tvořících symetrický třífázový systém. Jak budou umístěny vektory síťových napětí a proudů v případě symetrického čistě činného zatížení?
  • 9.8.40 Jaké jsou výhody čtyřvodičového třífázového obvodu?
  • 9.8.41 Jaká je role nulového vodiče? Proč nejsou pojistky a spínače součástí nulového vodiče?
  • 9.8.42 Obrázek znázorňuje vektorový diagram lineárních napětí, která tvoří symetrii-

  / AV třífázový systém. Jak budou umístěny?

  t_____jsou vektory fázových napětí a proudů v případě čísel-

  A co aktivní symetrické zatížení?