Официальный сайт — mrsk-1.ru Исследование трехфазной цепи, соединенной по схеме «треугольник»
Целью работы является изучение режимов работы трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке, соединенной по схеме «треугольник».
Экспериментальное исследование заключается в сборке схемы в соответствии с опытами по программе работы, в измерении напряжений и токов на участках электрической цепи.
Расчеты с использованием экспериментальных данных проводятся с целью определения напряжений и фазных токов в различных режимах работы трехфазной цепи.
Обязательные теоретические сведения, необходимые для выполнения работы, изложены в следующих разделах пособия:
3.1.1. Основные понятия и определения;
3.1.2. Схемы соединения трехфазных цепей;
3.1.3. Расчет трехфазных цепей;
3.1.4. Мощность в трехфазной цепи.
При необходимости следует воспользоваться конспектами лекций по соответствующим разделам курса и учебными пособиями.
В настоящей работе студенты на основании опытных данных производят расчеты по программе работы и строят векторные диаграммы.
Описание лабораторного стенда
Общий вид панели лабораторного стенда приведен на рис. 3.15.
Рис. 3.15. Панель лабораторного стенда
В данной лабораторной работе используются следующие элементы:
— источник трехфазного напряжения 70 В, подключаемый к исследуемой схеме тумблером S 13;
— сопротивления R 12, R 13, R 14, R 15;
— индуктивность L 2, емкость C 1;
— измерительные приборы: вольтметры V 3, V 4, V 5; амперметры А3, А4, А5; ваттметры W 1, W 2; мультиметр (выдается преподавателем).
Порядок выполнения измерений
1. Собрать схему исследуемой цепи в симметричном режиме (рис.3.16). Индуктивность L 2, емкость C 1 и сопротивление R 14 закоротить перемычками П1, П2 и П3 соответственно.
Рис. 3.16. Схема исследуемой цепи в симметричном режиме
2. Не подключая питание, измерить мультиметром входные сопротивления между линейными проводами каждой фазы (≈80 Ом) для проверки правильности собранной схемы.
3. Подать питание на схему замыканием тумблера S 13, измерить токи, напряжения и мощность в цепи и занести показания в табл.3.2 (симметричный режим). Отключить питание.
4. Преобразовать исследуемую цепь размыканием перемычек П1, П2 и П3 в цепь с несимметричной нагрузкой (рис.3.17) и установить величину емкости C 1 и индуктивности L 2 по указанию преподавателя.
Рис. 3.17. Схема исследуемой цепи при несимметричной нагрузке
5. Подать питание на схему замыканием тумблера S 13, измерить токи, напряжения и мощность в цепи и занести показания в табл. 3.2 (несимметричный режим). Отключить питание.
Результаты измерений Таблица 3.2
Примечание: Результаты измерений напряжений, токов и мощности приборами, включенными в исследуемую цепь, записываются в делениях и затем с учетом цены деления каждого прибора заносятся в соответствующую графу в единицах измеряемой величины.
Расчетная часть
1. Построение векторных диаграмм для симметричного режима
Изобразить расчетную схему симметричного режима и обозначить на ней все напряжения и токи (рис.3.3).
Выразить в комплексной форме линейные токи через измеренные фазные, пользуясь ЗТК.
Построить векторную диаграмму для напряжений и токов в цепи. При построении векторных диаграмм руководствоваться рис.3.5.
При изображении расчетных схем и векторных диаграмм использовать материалы раздела 3.1.2 пособия.
2. Построение векторных диаграмм для несимметричного режима
Изобразить расчетную схему несимметричного режима и обозначить на ней все напряжения и токи.
С использованием опытных данных симметричного и несимметричного режимов определить активные и реактивные сопротивления фаз.
Для активной нагрузки фазы сопротивление фазы находится по закону Ома:
В случае активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузки при известном активном сопротивлении реактивное сопротивление находится по формуле:
На основании проведенных расчетов построить векторную диаграмму для напряжений и токов в цепи. При расчетах токов в фазах использовать выражения (3.9) раздела 3.1.3 пособия.
Определить фазовые сдвиги между фазными токами и напряжениями с использованием формулы (2.7) раздела 2.1.4 пособия.
1 Титульный лист.
2. Цель и краткое содержание работы.
3. Схема испытаний исследуемой цепи.
4. Таблицу с данными испытаний.
5. Расчетные схемы для исследуемых режимов.
6. Произведённые расчёты.
7. Векторные диаграммы токов и напряжений.
8. Ответы на контрольные вопросы
1. Каковы соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями при соединении потребителей треугольником? Поясните векторными диаграммами.
2. Чем опасно короткое замыкание фазы при соединении нагрузки треугольником?
3. Как распределяются токи в фазных и линейных проводах при обрыве
− фазного провода;
− линейного провода?
Нарисуйте расчётные схемы и постройте векторные диаграммы для пояснения ответа.
Симметричная [несимметричная] многофазная система электрических токов
Электроника, электротехника, радиотехника
👍 Проверено Автор24
На тему «Симметричная [несимметричная] многофазная система электрических токов»
Статья от экспертов
Three-phase energy supply systems simulation for the total power losses components assessment
совокупность синусоидальных электрических токов одной частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе, действующих в многофазной системе электрических цепей. примечание— аналогично определяют многофазные системы электрических напряжений, электродвижущих сил, магнитных потоков и т.д..
На тему «Многофазная система электрических токов»
Чтобы питать нагрузку через три провода трехфазной сети, к каждой из фаз присоединяется по потребителю. Трехфазный источник может быть изображен схемой замещения из трех идеальных источников симметричных гармонических электродвижущих сил. На схеме ниже идеальные источники представлены тремя полными комплексными сопротивлениями Z, каждое из которых питается от соответствующей фазы источника.
Рисунок 1. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Фазы трехфазных потребителей и источников могут быть соединены между собой различными способами, но самыми распространенными являются соединения схемой треугольник или звезда. В некоторых случаях фазы потребителей и источников сопряжены различными сочетаниями: источник и приемник соединены звездой; источник соединен звездой, а приемник треугольником. Схема звезда предполагает наличие одной общей точки у всех фаз трансформатора или генератора, которая называется нейтралью.
Рисунок 2. Схема звезда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Линейные провода соединяют приемник и источник — связывают выводы обмоток фаз приемника и генератора. Каждой фазой образуется индивидуальная электрическая цепь, в которой каждый источник приемник присоединен к своему источнику двумя проводами: нейтральным и линейным.
Рисунок 3. Схема треугольник. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если конец одной фазы источника соединяется с началом его второй фазы, конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом второй, то такое соединение называется треугольником. Три провода приемника, которые соединяются аналогичным образом также образуют треугольник, вершины получившихся треугольников соединяются между собой. Каждая фаза источника в представленной выше схеме образует собственную электрическую цепь с приемником, в которое соединение образовано двумя проводами. Для осуществления такого подключения фазы приемников принято записывать двумя буквами, соответствующими проводам: ab, ac, ca.
Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу
Поиск по теме
Высший порядок фаз
Когда многофазная мощность становится доступной, ее можно преобразовать в любое желаемое количество фаз с помощью подходящего расположения трансформаторов. Таким образом, потребность в более чем трех фазах является необычной, но использовались более высокие числа фаз, чем три.
В период с 1992 по 1995 год компания New York State Electric Gas эксплуатировала 1,5 мили, преобразованную из двухцепной трехфазной линии электропередачи 115 кВ в 6-фазную линию передачи на 93 кВ. Основным результатом было экономически выгодное использование существующей двухцепной трехфазной линии 115 кВ в качестве 6-фазной линии на расстояниях более 23–28 миль.
Многофазные схемы выработки электроэнергии с 5, 7, 9, 12 и 15 фаз в сочетании с многофазными индукционными генераторами (MPIG), приводимыми в действие ветряными турбинами. Индукционный генератор вырабатывает электроэнергию, когда его ротор вращается быстрее, чем синхронная скорость. Многофазный индукционный генератор имеет больше полюсов и, следовательно, более низкую синхронную скорость. Поскольку скорость вращения ветряной турбины может быть слишком низкой, чтобы значительная часть ее работы могла генерировать однофазную или даже трехфазную мощность переменного тока, более высокие порядки фаз позволяют системе захватывать большую часть энергии вращения в виде электроэнергии..
Передача энергии высокого фазового порядка (HPO) часто предлагалась как способ увеличения пропускной способности в пределах полосы отвода ограниченной ширины. Требуемый интервал между проводниками определяется межфазным напряжением, а шестифазная мощность имеет такое же напряжение между соседними фазами, как и между фазой и нейтралью. Однако напряжения между несмежными фазовыми проводниками возрастают по мере увеличения разницы между фазовыми углами проводов. Проводники могут быть расположены так, чтобы несмежные фазы располагались дальше друг от друга, чем соседние фазы.
Это позволяет существующей двухцепной линии передачи передавать больше энергии с минимальным изменением существующей кабельной системы. Это особенно экономично, когда альтернативой является модернизация существующей линии передачи сверхвысокого напряжения (сверхвысокого напряжения, более 345 кВ между фазами) до стандартов сверхвысокого напряжения (сверхвысокое напряжение, более 800 кВ).
Напротив, трехфазная мощность имеет межфазное напряжение, равное √3 = 1,732 раз больше межфазного напряжения.
Многофазные токи
Многофазной системой называется совокупность переменных э. д. с. (токов, напряжений и т. д.) одной частоты и сдвинутых по фазе одна относительно другой на какие-либо углы. Если амплитуды отдельных э.д.с. равны и э.д.с. сдвинуты по фазе друг относительно друга на углы равные 2π/m (где т — число фаз), то такая система называется симметричной многофазной системой.
Каждая э. д. с. может действовать в своей самостоятельной цепи и не быть связанной с другими э. д. с. Такая система называется несвязанной (рис.1;2).
. Рис.№1 Рис.№2
Отдельная цепь, входящая в состав данной многофазной цепи, называется фазой. Отдельные фазы несвязанной системы электрически и магнитно не связаны между собой, в работе не зависят одна от другой и их можно рассчитывать по формулам расчета цепей однофазного тока. Недостатком несвязанной многофазной системы является большое число проводов, равное 2т. Так, например, для передачи энергии по трехфазной системе потребуется шесть проводов. Несвязанная система трёхфазного тока на практике не применяется.
Многофазная система, у которой отдельные фазы электрически соединены одна с другой, называется связанной многофазной системой (рис.3,4). Связанные системы широко применяются на практике.
Многофазный ток обладает важными преимуществами:
1. при передаче одной и той же мощности многофазным током требуется меньшее сечение проводов (на 25%), чем при однофазном токе;
2. с помощью неподвижных катушек или обмоток он создает вращающееся магнитное поле, используемое в работе двигателей (что позволило создать простой, надёжный и экономичный асинхронный двигатель) и различных приборов переменного тока.
3. при одинаковых габаритах мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трёхфазной машины.
Поиск по сайту:
Главная
О нас
Популярное
ТОП
Новые страницы
Случайная страница
Изречения для студентов
Пожаловаться на материал
Обратная связь
FAQ
ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ
Открытое Фарадеем в 1831 году явление электромагнитной индукции лежит в основе закона электромагнитной индукции, являющимся одним из фундаментальных законов теории электромагнитных явлений. Суть его заключается в том, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего какой-либо контур, в нем возникает электродвижущая сила. Поскольку возникновение ЭДС связано с появлением электрического поля, можно сделать вывод о том, что оба эти поля − магнитное и электрическое − являются двумя сторонами единого электромагнитного поля.
Рассмотрим контур 1, по которому течет ток i 1 (рис. 4.1,а). Магнитный поток Ф1, сцепленный с контуром, определяется током i 1. Этот поток называется потоком самоиндукции.
Рис. 4.1. Индуктивная связь между контурами:
а) первый контур с током; б) второй контур в магнитном поле первого
Контур может представлять собой катушку с числом витков w 1. Поток самоиндукции сцепляется со всеми витками. Поэтому вводят понятие потокосцепления самоиндукции Ψ1, которое определяется как произведение магнитного потока самоиндукции Ф1 на число витков w 1:
Ψ1 = w 1 Ф1.
Связь потокосцепления самоиндукции Ψ1 с вызвавшим его током i 1 определяется выражением
Ψ1 = L 1 i 1, (4.1)
где L 1 − собственная индуктивность или просто индуктивность контура, зависящая от его геометрических размеров, числа витков и свойств среды, в которой он расположен.
Если по каким-то причинам происходит изменение потокосцепления Ψ1 (за счет изменения тока, геометрии контура, числа витков или свойств среды), то в соответствии с законом электромагнитной индукции в витках катушки возникает ЭДС самоиндукции eL 1, величина которой пропорциональна скорости изменения потокосцепления:
Для линейных цепей, рассматривающихся в настоящем разделе, L 1 = const, и ЭДС самоиндукции определяется лишь скоростью изменения тока:
Знак минус означает, что в системе контуров с электрическими токами существует тенденция к сохранению неизменными магнитных потоков, сцепленных с ними. При всякой попытке изменить эти потоки в контурах возникают электродвижущие силы, вызывающие токи, стремящиеся воспрепятствовать этому изменению.
ЭДС самоиндукции соответствует равное по величине, но противоположное по направлению напряжение самоиндукции uL 1:
Расположим рядом с первым контур 2 (рис. 4.1,б). Силовые линии магнитного поля первого контура сцепляются со вторым. При этом не весь магнитный поток Ф1 пронизывает второй контур. Часть потока первого контура, сцепляющаяся со вторым контуром, называется потоком взаимной индукции и обозначается Ф21. Соответственно потокосцепление взаимной индукции Ψ21 со вторым контуром пропорционально току первого контура:
Ψ21= w 2 Ф21 = Mi 1, (4.3)
где w 2 − число витков второго контура; M − взаимная индуктивность между контурами, зависящая от геометрических размеров контуров, их взаимного расположения, числа витков и свойств среды, в которой они находятся.
Разность между потоками самоиндукции Ф1 и взаимоиндукции Ф21 называется потоком рассеяния и обозначается Ф S 1.
При изменении потокосцепления взаимной индукции Ψ21 во втором контуре в соответствии с законом электромагнитной индукции возникает ЭДС взаимной индукции e 21, равная
и соответствующее этой ЭДС напряжение взаимной индукции u 21:
Аналогичные рассуждения справедливы и в случае протекания тока i 2 во втором контуре.
Току i 2 второго контура соответствует поток Ф2 и потокосцепление самоиндукции Ψ2 (на рис. 4.1 не обозначены):
Ψ2 = w 2 Ф2 = L 2 i 2, (4.5)
где L 2 − индуктивность второго контура. Соответственно, во втором контуре возникает напряжение самоиндукции uL 2:
Часть Ф12 потока Ф2 второго контура (поток взаимной индукции) сцепляется с первым контуром. Тогда потокосцепление первого контура от потока Ф12 равно:
Ψ12= w 1 Ф12= Mi 2. (4.7)
При этом в первом контуре возникает напряжение взаимной индукции u 12
Таким образом, поток каждого контура складывается из собственного потока самоиндукции и потока взаимной индукции, созданного током в другом контуре. Если в электрической цепи имеется несколько пар индуктивно-связанных контуров, то взаимной индуктивности М также присваиваются два индекса, например, М 12 и М 13.
М 12 = М 21 = М.
Степень магнитной связи контуров (или индуктивных катушек) принято оценивать коэффициентом связи k, который характеризует долю потокосцеплений взаимной индукции в потоках каждой катушки и с учетом выражений (4.1), (4.3), (4.5), (4.7) равен:
Магнитный поток самоиндукции катушки и поток взаимоиндукции от индуктивно связанной с ней другой катушки могут совпадать по направлению, а могут быть направлены навстречу друг другу. В первом случае говорят, что контуры включены согласно, а во втором — встречно. При согласном включении в каждом контуре напряжения само- и взаимоиндукции имеют одинаковое направление, при встречном − противоположное.
Следует заметить, что направление магнитного потока, создаваемого током катушки, зависит не только от направления тока, но и от того, как намотаны витки: по или против часовой стрелки. Поэтому при рассмотрении схем с индуктивно-связанными контурами возникает двойственность при определении направления напряжений взаимоиндукции.
Для того, чтобы однозначно определять способ включения катушек, вводят понятие одноименных зажимов, которые обозначаются звездочкой. Если на электрической схеме токи в индуктивно-связанных катушках ориентированы относительно звездочек одинаково, то считают, что катушки включены согласно. В противном случае − встречно. Соответственно, и напряжения само- и взаимоиндукции в согласно включенных катушках ориентированы относительно одноименных зажимов одинаково. Для иллюстрации на рис. 4.2 показаны направления токов и напряжений в согласно (а) и встречно (б) включенных катушках.
Рис. 4.2. Напряжения само- и взаимоиндукции в индуктивно-связанных катушках:
а) согласное включение; б) встречное включение
Направление падения напряжения самоиндукции, например, uL 1 совпадает с направлением тока i 1 в катушке. Падение напряжения взаимоиндукции u 12 в первой катушке направлено относительно одноименного зажима так же, как направлен ток i 2 относительно одноименного зажима второй катушки. Аналогично определяются направления остальных падений напряжения на рис. 4.2.
Очевидно, что общее падение напряжения на каждой катушке равно алгебраической сумме падений напряжения само- и взаимоиндукции.
В случае гармонических токов комплексы действующих значений напряжений само- и взаимоиндукции, например, для катушек рис. 4.2,а имеют вид:
где ω − угловая частоты гармонического тока;
комплексы действующих значений токов в катушках.
Электрические цепи трехфазного переменного тока
Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой (φ = 120о) и создаваемые общим источником энергии. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, слово фаза в электротехнике имеет два значения – угол φ и часть многофазной системы (отдельный фазный провод).
Основные преимущества трехфазной системы: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода — нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно).
История появления трехфазных электрических цепей связана с именем М.С. Доливо-Добровольского Петербургского ученого, который в 1886 г., доказав, что многофазные токи способны создавать вращающееся магнитное поле, предложил (запатентовал) конструкцию трехфазного электродвигателя.
Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Этот принцип положен в основу работы трехфазных электродвигателей.
Предложив конструкцию электродвигателя переменного тока, М.С. Доливо-Добровольский разработал и все основные элементы трехфазной электрической цепи. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.
В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.
Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.
Трехфазный синхронный генератор
Для симметричной системы ЭДС (рис. 28) справедливо
Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС
На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное — А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.
Существует два способа соединения обмоток (фаз) генератора и трехфазного приемника: «звезда» и «треугольник».
В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной нагрузке) ток в нем равен нулю.
Схема замещения трехфазной системы, соединенной «звездой»
Согласно первому закону Кирхгофа можно записать IO = IА+ IВ + IС.
При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов IА,IВ,IС) в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток IO в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.
В распределительных низковольтных сетях, в которых присутствует много однофазных потребителей, обеспечение равномерной нагрузки каждой фазы становится не возможным, такие сети делаются четырехпроводными.
Для обеспечения электробезопасносности принято низковольтные потребительские сети (сети<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.
Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.
В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.
Для низковольтных сетей (с напряжением менее 1000В) основным стандартным линейным (между фазными проводами) напряжением принимается напряжение 380 В, при этом фазное напряжение (между фазным проводом и центральным) будет составлять 220 В.
Низковольтные сети являются потребительскими сетями разного назначения, не обязательно питающими трехфазные двигатели. В таких сетях для питания различных потребителей могут быть использованы разные фазы по отдельности. В результате нагрузка разных фаз окажется неодинаковой. Кроме того, с целью техники безопасности, ПУЭ (правилами устройства электроустановок) устанавливается, что низковольтные трехфазные электрические сети должны устраиваться четырехпроводными, с глухозаземленной нейтралью. Для этого схема понижающего трансформатора (понижающей подстанции) обычно выглядит следующим образом.
(Высокое напряжение от ЛЭП)
Т.е. центральный, называемый при этом «нулевым», провод на вторичной обмотке трехфазного трансформатора подключается к заземляющему устройству и подводится к потребителям наряду с фазными проводами.
Фазы
В На заре коммерческой электроэнергетики в некоторых установках использовались двухфазные четырехпроводные системы для двигателей. Основным преимуществом этого было то, что конфигурация обмотки была такой же, как у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а при использовании четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время.
Двухфазные системы также могут быть реализованы с использованием трех проводов (два «горячих» плюс общая нейтраль). Однако это приводит к асимметрии; падение напряжения в нейтрали делает фазы не разнесенными точно на 90 градусов.
Двухфазные системы заменены трехфазными. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено из трехфазной системы с использованием трансформатора, подключенного по Скотту.
Многофазная система должна обеспечивать заданное направление вращения фаз, чтобы напряжения зеркального отображения не возникали. считать в соответствии с порядком фаз. Трехпроводная система с двумя фазными проводниками, разнесенными на 180 градусов, по-прежнему остается только однофазной. Такие системы иногда называют двухфазными.
Двигателями
Трехфазными электрическими машинами с вращающимися магнитными полями
Многофазная энергия особенно полезна в двигателях переменного тока, таких как асинхронный двигатель, где он создает вращающееся магнитное поле . Когда трехфазный источник питания завершает один полный цикл, магнитное поле двигателя с двумя полюсами на фазу поворачивается на 360 ° в физическом пространстве; Двигатели с более чем двумя полюсами на фазу требуют большего количества циклов питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее. Асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле, были независимо изобретены Галилео Феррари и Николой Тесла и разработаны в трехфазной форме Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году. Раньше все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, щетками, требующими большого технического обслуживания, и характеристиками, не подходящими для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в сборке, они самозапускаются и имеют небольшую вибрацию по сравнению с однофазными двигателями.
Многофазные электрические цепи. Трехфазные электрические цепи
Многофазная электрическая цепь (многофазная электрическая система) – это совокупность электрических цепей, в которых действуют источники электродвижущей силы с одинаковой частотой, смещенные по фазе относительно друг друга. Каждая цепь такой системы называется фазой, а их количество числом фаз.
Совокупность электродвижущих сил, которые действуют в многофазной цепи, называется многофазным источником электродвижущей силы или многофазной системой электродвижущей силы, а совокупность электрических токов — многофазной системой токов. Необходимо учитывать, что токи и электродвижущие силы могут отличаться друг от друга по фазе и величине, но иметь одинаковые частоты. Многофазные системы делятся на:
Сдай на права покаучишься в ВУЗе
Вся теория в удобном приложении. Выбери инструктора и начни заниматься!
Получить скидку 4 500 ₽
Многофазные системы также делятся на симметричные и несимметричные. В симметричной цепи электродвижущие силы в отдельных фазах равны по амплитуда, но отличны друг от на друга на углы:
где q — любое целое число; п = 3,14; m — количество фаз.
Симметричные системы в свою очередь делятся на системы обратной и прямой последовательности. Несимметричной многофазной системой является то система, которая не соответствует всем условиям симметричности. Еще один важный признак для классификации многофазных цепей — независимость или зависимость мощности системы от времени. Согласно ему различают:
Самым распространенными примером многофазной системы является трехфазная электрическая цепь (m=3).
«Многофазные электрические цепи» 👇
Трехфазная электрическая цепь – это совокупность трех электрических цепей, где действуют синусоидальные электрические силы, которые одинаковы по частоте и амплитуде и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120 градусов.
Трехфазные цепи более распространены на практике по сравнению с однофазными и многофазными благодаря своим преимуществам, к которым относятся:
Фазное напряжение – это напряжение между нейтралью и линейным проводом.
Линейное напряжение – это напряжение между линейными проводами или между началами фаз, в данном случае за положительное направление напряжения условно принимается направление от точки цепи с более высоким потенциалом к точке цепи с более низким потенциалом.
Исследование трехфазной цепи, соединенной по схеме «звезда»
Целью работы является изучение режимов работы трехфазной цепи при активной нагрузке, соединенной по схеме «звезда».
Расчеты с использованием экспериментальных данных проводятся с целью определения напряжений и токов в фазах и нейтральном проводе при несимметричных режимах работы трехфазной цепи.
Общий вид панели лабораторного стенда приведен на рис. 3.13.
Рис. 3.13. Панель лабораторного стенда
— сопротивления R 12, R 13, R 15;
— измерительные приборы: вольтметры V 3, V 4, V 5; амперметры А3, А4, А5, А6; ваттметры W 1, W 2; мультиметр (выдается преподавателем).
Примечание. Индуктивность L 2, емкость C 1 и сопротивление R 14 в работе не используются и должны быть закорочены перемычками.
1. Собрать схему исследуемой цепи (рис. 3.14). Индуктивность L 2, емкость C 1 и сопротивление R 14 закоротить перемычками.
Рис. 3.14. Схема исследуемой цепи
2. Не подключая питание, измерить мультиметром сопротивление каждой фазы (≈120 Ом) для проверки правильности собранной схемы.
3. Подать питание на схему замыканием тумблера S 13, измерить токи, напряжения и мощность в цепи и занести показания в табл. 3.1 (симметричный режим, есть нейтраль).
Следует обратить внимание на то, что в лабораторном стенде показания стрелочного ваттметра соответствуют сумме показаний ваттметров W 1 и W 2, поэтому мощность трехфазной цепи в симметричном режиме будет равна показанию прибора. умноженному на коэффициент 1,5.
4. Разомкнуть перемычку П1 в нейтральном проводе, измерить токи, напряжения и мощность в цепи и занести показания в табл. 3.1 (симметричный режим, нет нейтрали). Отключить питание.
5. Отключить фазу » c−z » размыканием перемычки П2 (при этом нейтральный провод отключен). Подать питание на схему, убедиться в отсутствии тока в фазе » c−z » и произвести измерения токов, напряжений и мощности в цепи. Показания приборов занести в табл. 3.1 (разомкнута фаза » c−z «, нет нейтрали).
В данном опыте показания стрелочного прибора на стенде соответствуют мощности трехфазной цепи в исследуемом режиме.
6. Подключить нейтральный провод, замкнув перемычку П1, и произвести измерения токов, напряжений и мощности в цепи. Показания приборов занести в табл.3.1 (разомкнута фаза» c−z «, есть нейтраль). Отключить питание. Замкнуть перемычку П2.
7. Отключить нейтральный провод, разомкнув перемычку П1, и замкнуть фазу » c−z » накоротко перемычкой П3. Подключить питание и произвести измерения токов, напряжений и мощности в цепи. Показания приборов занести в табл.3.1 (короткое замыкание фазы » c−z «, нет нейтрали). Отключить питание.
Результаты измерений Таблица 3.1
1. Построение векторных диаграмм для симметричного режима.
Изобразить расчетные схемы симметричного режима с нейтральным проводом и без него. Обозначить на схемах все напряжения и токи. Руководствоваться рис. 3.2 и 3.4.
Построить для обеих схем векторные диаграммы по данным табл. 3.1 для напряжений и токов в цепи.
При построении векторных диаграмм использовать формулу (3.5).
Рассчитать трехфазную мощность по формуле (3.12).
В случае различия векторных диаграмм с нулевым проводом и без него студенты должны уметь объяснить причины расхождения опытных данных.
2. Построение векторных диаграмм при обрыве фазы » c−z «.
Изобразить расчетные схемы с нейтральным проводом и без него для несимметричного режима при обрыве фазы. Обозначить на схемах все напряжения и токи.
Построить по данным табл. 3.1 для обеих схем векторные диаграммы для напряжений и токов в цепи.
При построения векторных диаграмм для случая отсутствия нейтрального провода руководствоваться рис. 3.11.
Рассчитать напряжение UnN в схеме без нейтрального провода по формуле (3.7).
Рассчитать ток в нейтральном проводе с использованием формул (3.8).
Рассчитать напряжение на разомкнутой фазе для обеих схем с использованием векторных диаграмм и проведенных расчетов.
Рассчитать трехфазную мощность.
Результаты расчетов сравнить с опытными данными.
При изображении расчетных схем и векторных диаграмм использовать материалы раздела 3.1.3 пособия.
3. Построение векторной диаграммы при коротком замыкании фазы » c−z «.
Изобразить расчётную схему цепи при коротком замыкании нагрузки фазы “c-z” при отсутствии нейтрального провода. Обозначить на схеме все возможные напряжения и токи. При изображении схемы руководствоваться рис. 3.8.
Построить по данным опыта векторную диаграмму для напряжений и токов в цепи. При построении векторной диаграммы руководствоваться рис. 3.9.
Рассчитать токи во всех фазах и напряжение UnN.
Рассчитать трёхфазную мощность.
Сравнить результаты расчёта с опытными данными.
При изображении расчетной схемы и векторной диаграммы использовать материалы раздела 3.1.3 пособия.
4.Таблица с данными испытаний.
1. Как образуется трёхфазная цепь и в чем заключаются её достоинства?
2. Как соединяются фазы нагрузки при соединении звездой?
3. Как определить аналитически, пользуясь векторной диаграммой напряжений при симметричном режиме, соотношение между линейными и фазными напряжениями?
4. Почему в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе отсутствует, а при разомкнутом нейтральном проводе напряжение между точками » n «и » N » при симметричной нагрузке равно нулю? Для доказательства используйте законы Кирхгофа.
5. Что происходит с фазными напряжениями при несимметричной нагрузке в случае обрыва нейтрального провода? Каково назначение нейтрального провода?
6. Как определить аналитически напряжение между нейтральными точками сети и нагрузки?
7. Как аналитически, при известной несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода, определить фазные напряжения нагрузки, если задана симметричная система фазных напряжений источника?
8. Когда короткое замыкание нагрузки одной из фаз опасно: при отсутствии нейтрального провода или при его наличии? Поясните ответ.