Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Занятие 29
Трехфазные электрические цепи (10)
Цель: Дать представление о получении токов и напряжений в трехфазной системе.
Сформировать знания о соединении обмоток генератора и потребителей звездой и треугольником, о линейных и фазных напряжениях и токах, соотношении между ними, о расчете мощности трехфазной цепи и построении векторных диаграмм.
ТЕМА: Трехфазная ЭДС и трехфазный ток
ДОСТОИНСТВА ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ
Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одна ЭДС, называется однофазной цепью. В многофазной цепи имеется несколько ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Так, в двухфазной цепи две ЭДС, в трехфазной три и т. д.
Рис. 5.1
Табл 1
Замена двух электрически не связанных однофазных цепей (рис. 5.1, а) одной двухфазной цепью (рис. 5.1,6) позволяет уменьшить число проводов цепи. Два провода заменяются одним, который называется нейтральным проводом.
|
Площадь сечения проводов, мм2 |
0,5 |
0,75 |
1,0 |
1,5 |
2,5 |
4 |
6 |
10 |
16 |
|
Допустимый ток, А |
11 |
15 |
17 |
23 |
30 |
41 |
50 |
80 |
100 |
Расход металла пропорционален площади сечения проводов, которые выбираются по допустимому току. Примем 1А=1В = 50 А. Тогда площадь сечения линейных проводов, выбранная по табл. 1, должна быть не менее 6 мм При совпадении ЭДС по фазе совпадают по фазе и токи, поэтому по первому закону Кирхгофа In= 1а + Iв = 100 А. При этом токе потребуется нейтральный провод площадью сечения не менее 16 мм2. Общая же площадь сечения проводов схемы (рис. 5.1, а) 4·6 = 24 мм2, а схемы (рис. 5.1,6) 2·6+16 = 28 мм2, т. е. переход к связанной двухфазной цепи без сдвига по фазе ЭДС приводит к увеличению расхода металла на провода. Чтобы получить экономию металла, нужно уменьшить ток нейтрального провода. Этого можно достигнуть, сдвинув по фазе линейные токи (за счет сдвига по фазе ЭДС).
Из рис. 5.2 видно, что ток нейтрального провода имеет минимальное значение при угле сдвига фаз 180° между линейными токами 1А и 1В.
Рис. 5.2
Если IA = 1в, тo ток нейтрального провода IN = 0. Ввиду отсутствия тока IN вполне можно обойтись без нейтрального провода. Тогда двухфазная цепь будет содержать два провода против четырех проводов при однофазном исполнении цепи, т. е. достигается уменьшение расхода металла на провода в два раза.
В трехфазной цепи (рис. 5.3) применяются три линейных и один нейтральный провод против шести проводов при однофазном исполнении цепи.
Линейный провод
Причем если нагрузка фаз приемника равномерная (IA= IВ = IС), то можно обойтись без нейтрального провода.
При равномерном распределении нагрузки по фазам приемника (IA= IВ = IС) и сдвиге по фазе ЭДС ЕА, Ев, Ес относительно друг друга на угол 120° (рис. 5.4) ток в нейтральном проводе отсутствует, так как IN =Ia + Iв + Iс = 0. Если же нагрузка неравномерная ( ), ток в нейтральном проводе существует (рис. 5.5).
Итак, с целью экономии металла проводов и уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи ЭДС ЕА, ЕВ, Ес трехфазного генератора сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на 120°, чтобы ток в нейтральном проводе был минимальным или отсутствовал совсем. Из-за большого экономического эффекта трехфазных цепей в настоящее время в большинстве случаев передача электроэнергии осуществляется трехфазным током. В сравнении с однофазными трехфазные цепи обладают также следующими достоинствами:
1) при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазных генератора с такой же общей мощностью; то же относится к трехфазным двигателям и трансформаторам;
2) трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа трехфазных двигателей;
ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ ЭДС.
СОЕДИНЕНИЕ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Трехфазная система ЭДС создается трехфазным генератором. В отличие от однофазного генератора в простейшем трехфазном генераторе на якоре содержится не одна, а три одинаковые обмотки (рис. 5.6), сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 120°. Поэтому при вращении якоря в обмотках индуцируются ЭДС с одинаковыми амплитудами, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 120°. Такая система трех ЭДС называется симметричной.
Если
В реальном генераторе обмотки уложены в пазах статора, а вращается магнитное поле (рис. 5,7,а).
Начала обмоток статора генератора маркируются А, В, С, концы — X, Y, Z. При соединении обмоток генератора звездой (рис. 5.7, б) концы обмоток соединяют в узел, называемый нейтралью генератора N, к которому подключают нейтральный провод. К началам обмоток присоединяют линейные провода.
Напряжение между линейным и нейтральным проводами называется фазным напряжением.
В режиме холостого хода генератора фазное напряжение равно ЭДС. Пренебрегая падением напряжения в обмотках генератора, можно считать фазные напряжения равными ЭДС и при нагрузке генератора. Тогда Ua=Ea, Ub = Eb, Uc=Ec
Напряжение между линейными проводами называется линейным напряжением.
Если бы ЕА и ЕВ совпадали по фазе, то линейное напряжение было бы равно нулю. Так как ЕА и ЕВ сдвинуты по фазе на 120°, то вычитание этих величин следует проводить по векторной диаграмме. Учитывая что ЁА = UА, ЕВ = UВ, имеем
Uab = Ua — UВ
Построим векторную диаграмму напряжений (рис. 5.8). Сначала строим симметричную систему векторов фазных напряжений Ua, Ub, Uc. Затем откладываем вектор линейного напряжения Uab как разность векторов Ua и UB. Для этого к вектору Ua прибавляем равный по значению и обратный по знаку вектор —UВ. Аналогично строим Uвс = Ub — Uc и UCa = Uc — Ua.
Из векторной диаграммы видно, что:
1) при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений также симметрична;
2) система линейных напряжений опережает фазные напряжения на 30°;
3) действующее значение линейного напряжения в раз больше действующего значения фазного напряжения. Последнее положение выводится из прямоугольного треугольника Опт (рис. 5.8):
(5.1)
При соединении обмоток генератора треугольником (рис. 5.9) необходимо так подключить обмотки (направить ЭДС обмоток), чтобы при холостом ходе в контуре отсутствовал ток, т. е. чтобы сумма ЭДС обмоток была равна нулю.
_Так как система ЭДС симметричная, то ЕА+ ЕВ + ЕС = 0, и схема (рис. 5.9) соединения обмоток генератора в треугольник правильная: конец первой обмотки X соединяется с началом второй обмотки В, конец второй обмотки Y соединяется с началом третьей обмотки С, конец третьей обмотки Z соединяется с началом первой обмотки А и к началам обмоток присоединяются линейные провода.
Очевидно, что линейные напряжения при соединении обмоток генератора в треугольник равны ЭДС, т. е. равны фазным напряжениям генератора.