Переваги трифазних електричних ланцюгів. Трифазні ланцюга. Область застосування. Гідності й недоліки. Схеми включення. режими

Переваги трифазного струму полягають в економічності передачі на великі відстані і.

Переваги трифазного струму виявилися настільки значними, що вже з другої половини 90 - х років почалося широке будівництво електростанцій трифазного струму і поступове витіснення ними станцій однофазного і постійного струму.

Одним з переваг трифазного струму є його здатність створювати обертове магнітне поле.

У чому полягає перевага трифазного струму перед однофазним.

Але економією не вичерпуються переваги трифазного струму. З його допомогою вдається отримати обертове магнітне поле.

З розглянутих прикладів досить чітко бачимо переваги трифазного струму при передачі електричної енергії по дротах. Але найістотнішим гідністю трифазних систем є їх зручність для пристрою електричних двигунів.

Вимірювання потужності в трифазній системі з нульовим проводом. Потужність навантаження дорівнює сумі показань трьох ватметрів.

З розглянутих прикладів досить чітко бачимо переваги трифазного струму.

Електрична енергія в даний час майже виключно проводиться і розподіляється як енергія трифазного змінного струму. Вибір трифазного змінного струму в якості основної промислової системи зумовлений низкою переваг трифазного струму в порівнянні з іншими системами.

Доливо-Добровольський розробляв всі ланки трифазної системи і впроваджував її в Європі. Справжнім тріумфом трифазного струму з'явилася установка по передачі енергії на відстань 175 км від Лауфенского водоспаду до Франкфурта на Майні, здійснена М. О. Доліво-Добровольським в 1891 р Переваги трифазного струму були безсумнівні і він швидко отримав загальне визнання і повсюдне застосування.

Доливо-Добровольський розробляв всі ланки трифазної системи і впроваджував її в Європі. Справжнім тріумфом трифазного струму з'явилася установка по передачі енергії на відстань 175 км від Лауфенского водоспаду до Франкфурта-на - Майні, здійснена М. О. Доліво-Добровольським в 1891 р Переваги трифазного струму були безсумнівні, і він швидко отримав загальне визнання і повсюдне застосування .

У 1887 - 1888 рр. фізик-інженер Нікола Тесла сконструював двофазний асинхронний двигун (найменування асинхронний буде пояснено в наступному параграфі), а в 1889 р М. О. Доліво-Добровольський винайшов і побудував трифазний асинхронний двигун. Частки-во - Добровольський розробляв всі ланки трифазної системи і впроваджував її в Європі. Справжнім тріумфом трифазного струму з'явилася установка по передачі енергії на відстань 175 км від Лауфенского водоспаду до Франкфурта-на - Майні, осуществленнная М. О. Доліво-До - бровольскім в 1891 р Переваги трифазного струму були безсумнівні і він швидко отримав загальне визнання і повсюдне застосування.

Сторінки: 1

Трифазна ланцюг є окремим випадком багатофазних електричних систем, в яких діють синусоїдальні ЕРС однакової частоти, зсунуті по фазі відносно один одного на певний кут. Найбільш раціональної та перспективної виявилася трифазна система, розроблена російським ученим М.О.Доливо-Добровольським. У розробку трифазних систем великий внесок також внесли вчені Н.Тесла, Ф. Хазельвандер, М. Депре, Ч. Бредлі і інші.

В даний час в енергетиці трифазні системи набули найбільшого поширення, що пов'язано з рядом переваг трифазних ланцюгів перед однофазними, найважливішими з яких є:

Економічність передачі електроенергії на великі відстані, тому що замість шести проводів (про однофазної системі) тут потрібно всього три дроти;

Самим надійним і економічним є трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і трифазний трансформатор;

Можливість отримання обертового магнітного поля, на чому заснована робота синхронного, асинхронного і лінійного двигунів, а також ряду інших електротехнічних пристроїв.

Найпростіший трифазний генератор, зображений на ріс4.1а є три однофазних генератора, розміщені в одному корпусі. Статор генератора являє собою порожнистий циліндр на внутрішній поверхні якого є пази в яких розміщені три однакові обмотки (фази). Ці обмотки розташовуються таким чином, щоб їх магнітні осі були зрушені в просторі один відносно одного на 120 °. На рис. 4.1а кожна фаза статора умовно показана у вигляді одного витка. Почала обмоток прийнято позначати великими літерами А, В, С, а конци- відповідно прописними Х, У, Z. Ротор являє собою постійний електромагніт при обертанні якого, в нерухомих обмотках статора індукуються синусоїдальні ЕРС (рис. 4.2.б).

Рис.4.1. а) спрощена схема генератора б) тимчасові діаграми ЕРС в) векторна діаграма фазних ЕРС

Основні співвідношення

При включенні обмотки збудження ротора в мережу постійного струму по ній потече струм, який створює постійний магнітний потік. При обертанні ротора первинним двигуном цей потік, відповідно до закону електромагнітної індукції, наведе в обмотках статора A, B, C три однакових за величиною і частоті синусоїдальних ЕРС, зсунутих по фазі на кут 120 ° (рис. 4.1б).

Якщо ЕРС фази А прийняти за вихідну, тобто поєднати з речової віссю комплексної площини (ріс4.1в), то ЕРС інших обмоток (фаз) генератора можна записати у вигляді:

;

Така трифазна система ЕРС називається симетричною системою.

Комплекси діючих значень фазних ЕРС в показовою формі запишуться у вигляді:

; ; .

позначимо множник

через a і будемо називати оператором трифазного ланцюга.

Комплекси діючих значень ЕРС фаз можна записати і у вигляді

;

;

нехай , Тоді,

Алгебраїчна сума миттєвих значень ЕРС (напруг, струмів) симетричною системи в будь-який момент часу дорівнює нулю (рис. 4.1.б і 4.1.Відповідно):

або в комплексній формі (рис. 4.1. в)

або ,

Послідовність проходження ЕРС через однакові значення (наприклад, через нульове значення) називають порядок проходження фаз. Розглянута система ЕРС (ріс4.1.б, в) утворює прямий порядок проходження фаз ( АВС), В якій напруга (ЕРС) зрушені на 120 °. Якщо дві фази поміняти місцями ( АСВ), То отримаємо про братньою порядок проходження фаз (зрушення фаз 240 °). Якщо ЕРС всіх трьох фаз проходять через нуль одночасно, то маємо нульовий порядок проходження фаз (зрушення фаз 360 °). Порядок проходження фаз визначає характер (напрям руху) магнітного потоку і, отже, впливає на режим роботи ассінхронном двигуна.

Розглянемо способи з'єднання елементів трифазних ланцюгів.

Існують різні способи з'єднання обмоток трифазного генератора і навантаження. З них основні - «зірка» та «трикутник». Сполученням «зірка» називається таке з'єднання, коли початок трьох фаз (X, Y, Z) об'єднуються в одну (нульову) точку, а кінці фаз (A, B, C) приєднуються до лінійним дротах (рис. 4.2. А).

У трифазних ланцюгах розрізняють фазніі лінійнівеличини напруг і струмів.

Провід, що з'єднують генератор з навантаженням, називаються лінійними проводами, А що протікають по ним струми - лінійними струмами ( , , ). (Рис.4.2. А)

напруги між лінійними проводами називаються лінійними (міжфазни-) напруженнями (

,

,

- на джерелі і

,

, -на навантаженні). (Рис.4.2. А)

Протікають по фазах генератора або приймача струми називаються фазними струмами( , , ), А напруги між початком і кінцем фаз називаються фазними напругами (

,

,

- на генераторі і , , - на навантаженні).

При з'єднанні зіркою фазний струм дорівнює відповідному лінійному току, тому що фаза і лінія включені послідовно:

Висловимо лінійні напруги

,

,

через фазні

,

,

(Рис.4.2б).

Для цього запишемо рівняння за другим законом Кірхгофа для трьох контурів, утворених одним з лінійних напруг і двома фазними напругами і з них висловимо лінійні напруги (рис.4.2. Б), отримаємо:

Рис.4.2. а) Схема з'єднання генератора «зірка» б) векторна діаграма фазних і лінійних напруг.

Робоча напруга однофазної мережі дорівнює 220 вольт. Для трифазної мережі цей показник дорівнює 380 вольт. Очевидно, що друге значення набагато вище загальноприйнятих в міських квартирах.

Тому, особливу увагу варто приділити електробезпеки. У сучасному побуті дуже рідко господарі дотримуються норм захисту себе і електроустаткування. Так, системи УЗО монтуються далеко не в кожному окремому будинку, це вважається прерогативою технічно «підкованих» власників. Електрощити повинні вчасно ремонтуватися, застарілі частини проводки замінюватися. Нещасний випадок може мати летальні наслідки, особливо якщо це трифазна ланцюг з високою напругою.

Згідно з нормами пожежної безпеки, трифазний введення відноситься до більш високої категорії небезпеки, так як струм при замиканні в напрузі 380 вольт набагато вище.

До недоліків можна віднести:

Необхідність додаткових дозволів на підключення трифазного струму від енергозберігаючої компанії. Часом, отримання цих дозволів може зайняти багато часу, і ще не факт, що ви його отримаєте.

Підвищена небезпека ураження струмом. Якщо будинок дерев'яний або проводка так чи інакше може стикатися з водою, бажано встановити додатковий трьохполюсний автомат перед самим введенням в будівлю.

Габарити вступного щита. Для власників великих заміських будинків це не проблема, всім іншим варто прийняти цей фактор до уваги.

Для трифазного щита слід встановити обмежувачі перенапруги. Дана міра буде не зайвою навіть для однофазної мережі. Індивідуальний робочий нуль може обірватися, а це загрожує перенапруженням як мінімум в одній з фаз.

Переваги трехфазно введення:

Перерозподіл навантаження між фазами, уникаючи при цьому «перекосу фаз».

У мережу можна включити потужних трифазних електроприймачів. Ця перевага є головним, в порівнянні з іншими. До потужним споживачам енергії відносяться котли, різне електрообладнання змінного струму.

Для трифазної мережі знижений номінал вступної захисту і перетину кабелів.

Далі, якщо отримати потрібні дозвільні документи, і обзавестися лояльністю компанії - можна збільшити максимально дозволену потужність споживання електроенергії. Особливо затребувана ця перевага для власників великих котеджів або великих заміських будинків.

На практиці, затребуваність трифазного ланцюга зростає зі збільшенням площі житла. Якщо конкретно - 100 і більше квадратних метрів. В такому житлі багато споживачів струму, а трифазна ланцюг дозволяє грамотно розподілити навантаження.

Як тільки встановлена \u200b\u200bопалювальна система, потрібно провести випробування, яке перевірить тиск в опалювальних системах. Завдяки такому випробуванню можна дізнатися, герметична система і чи є у неї недоліки, які необхідно виправити ще до введення її в експлуатацію.

1. Теоретична частина

1.1. Трифазні ланцюга. Область застосування. Гідності й недоліки. Схеми включення. Режими ............... ............................................ ..................................... 3

1.2. Трифазні трансформатори. ................................. 19

1.3. Електричні вимірювачі струму і напруги струму ....................................... .. ................................. 26

2. Практична частина

2.1. Розрахунок по трансформаторів. .................................... ..37

2.2. Розрахунок по асинхронних двигунів ........................... .42

Трифазні ланцюга. Область застосування. Гідності й недоліки. Схеми включення. Режими.

Трифазна ланцюг є окремим випадком багатофазних електричних систем, що представляють собою сукупність електричних ланцюгів, в яких діють ЕРС однакової частоти, зсунуті по фазі відносно один одного на певний кут. Відзначимо, що зазвичай ці ЕРС, в першу чергу в силовий енергетиці, синусоїдальні. Однак, в сучасних електромеханічних системах, де для управління виконавчими двигунами використовуються перетворювачі частоти, система напруг в загальному випадку є несинусоїдної. Кожну з частин багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, називають фазою,тобто фаза - це ділянка ланцюга, що відноситься до відповідної обмотці генератора або трансформатора, лінії і навантаженні.

Таким чином, поняття «фаза» має в електротехніці два різних значення:

· Фаза як аргумент синусоидально змінюється величини;

· Фаза як складова частина багатофазної електричної системи.

Розробка багатофазних систем була обумовлена \u200b\u200bісторично. Дослідження в цій галузі були викликані вимогами розвивається виробництва, а успіхам у розвитку багатофазних систем сприяли відкриття у фізиці електричних і магнітних явищ.

Найважливішою передумовою розробки багатофазних електричних систем було відкриття явища магнітного поля (Г.Ферраріс і Н.Тесла, 1888 р.) Перші електричні двигуни були двофазними, але вони мали невисокі робочі характеристики. Найбільш раціональної та перспективної виявилася трифазна система, основні переваги якої будуть розглянуті далі. Великий внесок у розробку трифазних систем вніс видатний російський учений-електротехнік М.О.Доливо-Добровольський, який створив трифазні асинхронні двигуни, трансформатори, який запропонував трьох- і чотирипровідні ланцюга, в зв'язку з чим по праву вважається основоположником трифазних систем.

Джерелом трифазного напруги є трифазний генератор, на статорі якого (див. Рис. 1) розміщена трифазна обмотка. Фази цієї обмотки розташовуються таким чином, щоб їх магнітні осі були зрушені в просторі один відносно одного на ел. радий. На рис. 1 кожна фаза статора умовно показана у вигляді одного витка. Почала обмоток прийнято позначати великими літерами А, В, С, а конци- відповідно прописними x, y, z. ЕРС в нерухомих обмотках статора індукуються в результаті перетину їх витків магнітним полем, створюваним струмом обмотки збудження ротора (на рис. 1 ротор умовно зображений у вигляді постійного магніту, що використовується на практиці при відносно невеликих потужностях). При обертанні ротора з рівномірною швидкістю в обмотках фаз статора індукуються періодично змінюються синусоїдальні ЕРС однакової частоти і амплітуди, але відрізняються внаслідок просторового зсуву один від одного по фазі на радий. (Див. Рис. 2).

Трифазні системи в даний час набули найбільшого поширення. на трифазному струмі працюють всі великі електростанції і споживачі, що пов'язано з рядом переваг трифазних ланцюгів перед однофазними, найважливішими з яких є:

Економічність передачі електроенергії на великі відстані;

Самим надійним і економічним, що задовольняє вимогам промислового електроприводу є асинхронний двигун з короткозамкненим ротором;

Можливість отримання за допомогою нерухомих обмоток магнітного поля, на чому заснована робота синхронного і асинхронного двигунів, А також ряду інших електротехнічних пристроїв;

Врівноваженість симетричних трифазних систем.

Для розгляду найважливішого властивості врівноваженостітрифазної системи, яке буде доведено далі, введемо поняття симетрії багатофазної системи.

Система ЕРС (напруг, струмів і т.д.) називається симетричною,якщо вона складається з m однакових по модулю векторів ЕРС (напруг, струмів і т.д.), зсунутих по фазі один відносно одного на однаковий кут. Зокрема векторна діаграма для симетричній системи ЕРС, відповідної трифазній системі синусоид на рис. 2, представлена \u200b\u200bна рис. 3.


рис.3	рис.4

З несиметричних систем найбільший практичний інтерес представляє двухфазная система з 90-градусним зрушенням фаз (див. Рис. 4) .Все симетричні трьох- і m-фазні (m\u003e 3) системи, а також двофазна система є врівноваженими.Це означає, що хоча в окремих фазах миттєва потужність пульсує (див. Рис. 5, а), змінюючи за час одного періоду не тільки величину, але в загальному випадку і знак, сумарна миттєва потужність всіх фаз залишається величиною постійною протягом всього періоду синусоїдальної ЕРС (див. рис. 5, б).

Врівноваженість має найважливіше практичне значення. Якби сумарна миттєва потужність пульсувала, то на валу між турбіною і генератором діяв би пульсуючий момент. Така змінна механічне навантаження шкідливо відбивалася б на енергогенеруючої установки, скорочуючи термін її служби. Ці ж міркування відносяться і до багатофазним електродвигунів.

Якщо симетрія порушується (двофазна система Тесла в силу своєї специфіки в розрахунок не береться), то порушується і врівноваженість. Тому в енергетиці строго стежать за тим, щоб навантаження генератора залишалася симетричною.

Лекція Трифазні електричні ланцюги

Сукупність електричних ланцюгів, в яких діють синусоїдальні ЕРС однакової частоти і амплітуди, зрушені відносно один одного по фазі і створювані в одному джерелі електричної енергії, називається багатофазної системою електричних ланцюгів. Кожну з однофазних ланцюгів, що входить в багатофазну систему, прийнято наз фазою.

Найбільшого поширення в сучасній енергетиці отримали трифазні ланцюга, які являють собою окремий випадок багатофазних систем змінного струму.

Під трифазної симетричною системою ЕРС розуміють сукупність трьох синусоїдальних ЕРС однакової частоти і амплітуди, зсунутих по фазі на кут 120º. І створюваних в одному джерелі електричної енергії ().

Щоб відрізнити три ЕРС їх позначають відповідним чином. Якщо одну з ЕРС позначити через EA, то відстаючу від неї на кут 120º ЕРС позначають EB, а випереджальну на 120º - EC.

Послідовність проходження ЕРС через однакові значення (наприклад через нульове) наз. послідовністю фаз.

Трифазна ланцюг складається з трьох основних частин:

1) трифазного генератора - в якому механічна енергія перетворюється в електричну за трифазної системою ЕРС;

2) Лінії електропередач (Куди входять не тільки самі лінії, але і трансф. Підстанції з необхідним обладнанням);

3) приймачів енергії які можуть бути як трифазними, так і однофазними.

Переваги трифазних ланцюгів.

1. Простота отримання обертового магнітного поля, що застосовується в трифазних асинхронних ел. двигунах (основних споживачів електро. енергії) (близько 70%).

3. Менше витрати при передачі енергії.

4. Сталість потужності в певних умовах.

Генератор - синхронна машина з трьома симетрично розташованими обмотками на статорі (Рис. 5.2)

Способи зображення 3-х фазний. симм. сист. ЕРС.

3-х фазний. симетрична система ЕРС може бути зображена Графіками, трігонометріч. ф-ціями, і функціями комплексного змінного.

У 3-х фазний. симм. сист. ЕРС. справедливо рав-во

2. Якщо синусоид. ЕРС фази A прийняти за вихідну фазу рівною нулю, то миттєві значення ЕРС можна висловити, то миттєві значення ЕРС можна висловити Тригонометричними ф-ціями

;