Трифазні електричні ланцюги. Велика енциклопедія нафти та газу

⁰

робоча напруга однофазної мережідорівнює 220 вольт. Для трифазної мережіцей показник дорівнює 380 вольт. Очевидно, що друге значення набагато вище за загальноприйняті в міських квартирах.

Тому особливу увагу варто приділити електробезпеці. У сучасному побуті дуже рідко господарі дотримуються норм захисту себе та електрообладнання. Так, системи ПЗВ монтуються далеко не у кожному приватному будинку, це вважається прерогативою технічно «підкованих» власників. Електрощити повинні вчасно ремонтуватись, застарілі частини проводки замінюватись. Нещасний випадок може мати летальний кінець, особливо якщо це трифазна ланцюг з високою напругою.

Відповідно до норм пожежної безпеки, трифазне введеннявідноситься до більш високої категорії небезпеки, так як струм при замиканні в напрузі 380 вольт набагато вищий.

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 торкатися води, бажано встановити додатковий триполюсний автомат перед самим введенням у будівлю.

Габарити вступного щита. Для власників великих заміських будинків це не проблема, решті варто взяти цей фактор до уваги.

Для трифазного щита необхідно встановити обмежувачі перенапруги. Цей захід буде не зайвим навіть для однофазної мережі. Індивідуальний робочий нуль може обірватися, а це загрожує перенапругою як мінімум в одній із фаз.

Переваги трифазного введення:

Перерозподіл навантаження між фазами, уникаючи у своїй «перекосу фаз».

У мережу можна включити потужних трифазних електроприймачів. Ця перевага є головною, порівняно з іншими. До потужним споживачаменергії відносяться котли, різне електроустаткування змінного струму.

Для трифазної мережі знижено номінал вступного захисту та перерізу кабелів.

Далі, якщо отримати необхідні дозвільні документи, і обзавестися лояльністю компанії - можна збільшити максимально дозволену потужність споживання електроенергії. Особливо потрібна 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. У такому житлі багато споживачів струму, а трифазний ланцюг дозволяє грамотно розподілити навантаження.

Як тільки встановлено опалювальну систему, потрібно провести випробування, яке перевірить тиск в опалювальних системах. Завдяки такому випробуванню можна дізнатися, чи герметична система і чи має недоліки, які необхідно виправити ще до введення її в експлуатацію.

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

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

Економічність передачі електроенергії великі відстані, т.к. замість шести проводів (про однофазну систему) тут потрібно всього три дроти;

Найнадійнішим та економічним є трифазний асинхронний двигун із короткозамкненим ротором та трифазний трансформатор;

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

Найпростіший трифазний генератор, зображений на рис4.1а є три однофазних генератора, розміщені в одному корпусі. Статор генератора є порожнистим циліндром на внутрішній поверхні якого є пази в яких розміщені три однакові обмотки (фази). Ці обмотки розташовуються в такий спосіб, щоб їх магнітні осі були зсунуті у просторі друг щодо друга на 120°. На рис. 4.1а кожна фаза статора умовно показана як одного витка. Початки обмоток прийнято позначати великими літерами А,В,С, А кінці - відповідно великими Х, У, Z. Ротор є постійним електромагнітом при обертанні якого, в нерухомих обмотках статора індукуються синусоїдальні ЕРС (рис. 4.2.б).

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

Основні співвідношення

При включенні обмотки збудження ротора до мережі постійного струмупо ній потече струм, що створює постійний магнітний потік. При обертанні ротора первинним двигуном цей потік згідно із законом електромагнітної індукції наведе в обмотках статора A, B, Cтри однакових за величиною та частотою синусоїдальних ЕРС, зрушених по фазі на кут 120° (рис. 4.1б).

Якщо ЕРС фази Априйняти за вихідну, тобто. поєднати з речовинною віссю комплексної площини (рис4.1в), то ЕРС інших обмоток (фаз) генератора можна записати у вигляді:

;

Така трифазна система ЕРС називається симетричною системою.

Комплекси діючих значеньфазних ЕРС у показовій формі запишуться у вигляді:

; ; .

Позначимо множник

через aі будемо називати оператором трифазного ланцюга.

Комплекси діючих значень ЕРС фаз можна записати і як

;

;

Нехай тоді ,

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

або в комплексної форми(Рис. 4.1. в)

або ,

Послідовність проходження ЕРС через однакові значення (наприклад, через нульове значення) називають порядок проходження фаз. Розглянута система ЕРС (рис4.1.б,в) утворює прямийпорядок проходження фаз ( АВС), у якій напруга (ЕРС) зсунуті на 120°. Якщо дві фази поміняти місцями ( АСВ), то отримаємо про братнийпорядок проходження фаз (зсув фаз 240 °). Якщо ЕРС всіх трьох фаз проходять через нуль одночасно, маємо нульовийпорядок проходження фаз (зсув фаз 360 °). Порядок проходження фаз визначає характер (напрямок руху) магнітного потоку і, отже, впливає режим роботи ассинхронного двигуна.

Розглянемо методи з'єднання елементів трифазних ланцюгів.

Існують різні способиз'єднання обмоток трифазного генератора та навантаження. З них основні – «зірка» та «трикутник». З'єднанням «зірка» називається така сполука, коли початок трьох фаз (X,Y,Z) об'єднуються в одну (нульову) точку, а кінці фаз (A,B,C) приєднуються до лінійних дротів (рис. 4.2. а).

У трифазних ланцюгах розрізняють фазніі лінійнівеличини напруг та струмів.

Провіди, що з'єднують генератор із навантаженням, називаються лінійними проводами, а струми, що протікають по них лінійними струмами ( , , ). (Рис.4.2. а)

Напруження між лінійними проводаминазиваються лінійними (міжфазними) напругами (

,

,

- на джерелі та

,

, -на навантаженні). (Рис.4.2. а)

струми, Що Протікають по фазах генератора або приймача, називаються фазними струмами( , , ), а напруги між початком і кінцем фаз називаються фазним напруженням (

,

,

- на генераторі та , , - на навантаженні).

При з'єднанні зіркою фазний струмдорівнює відповідному лінійному струму, т.к. фаза та лінія включені послідовно:

Виразимо лінійну напругу

,

,

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 виразимо лінійні напруги (рис.4.2. б), отримаємо:

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

1. Теоретична частина

1.1. Трифазні ланцюги. Галузь застосування. Гідності й недоліки. Схеми увімкнення. Режими ……………............................................ .....................................3

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

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

2. Практична частина

2.1. Розрахунок по трансформаторам.………………………………..37

2.2. Розрахунок по асинхронним двигунам……………………….42

Трифазні ланцюги. Галузь застосування. Гідності й недоліки. Схеми увімкнення. Режими.

Трифазна ланцюг є окремим випадком багатофазних електричних систем, що являють собою сукупність електричних ланцюгів, в яких діють ЕРС однакової частоти, зрушені по фазі відносно один одного на певний кут. Зазначимо, що зазвичай ці ЕРС, насамперед у силовій енергетиці, синусоїдальні. Однак, у сучасних електромеханічних системах, де для управління виконавчими двигунами використовуються перетворювачі частоти, система напруг у загальному випадку є несинусоїдною. Кожну частину багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, називають фазою,тобто. фаза - це ділянка ланцюга, що відноситься до відповідної обмотки генератора або трансформатора, лінії та навантаження.

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

· Фаза як аргумент синусоїдально змінюється величини;

· Фаза як складова частинабагатофазної електричної системи.

Розробка багатофазних систем була зумовлена історично. Дослідження в цій галузі були викликані вимогами виробництва, що розвивається, а успіхам у розвитку багатофазних систем сприяли відкриття у фізиці електричних і магнітних явищ.

Найважливішою причиною розробки багатофазних електричних систем стало відкриття явища магнітного поля, що обертається (Г.Феррарис і Н.Тесла, 1888 р.). Перші електричні двигуни були двофазними, але мали невисокі робочі характеристики. Найбільш раціональною та перспективною виявилася трифазна система, основні переваги якої будуть розглянуті далі. Великий внесок у розробку трифазних систем зробив видатний російський учений-електротехнік М.О.Доливо-Добровольський, який створив трифазні асинхронні двигуни, трансформатори, що запропонував три- і чотирипровідні ланцюги, у зв'язку з чим по праву вважається основоположником трифазних систем.

Джерелом трифазної напругиє трифазний генератор, на статорі якого (див. рис. 1) розміщено трифазна обмотка. Фази цієї обмотки розташовуються таким чином, щоб їх магнітні осі були зсунуті у просторі один щодо одного на ел. радий. На рис. 1 кожна фаза статора умовно показана як одного витка. Початки обмоток прийнято позначати великими літерами А,В,С, а кінці- відповідно великими x,y,z. ЕРС в нерухомих обмотках статора індукуються в результаті перетину їх витків магнітним полем, створюваним струмом обмотки збудження ротора, що обертається (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 синусоїдальні ЕРС, що періодично змінюються, однакової частоти і амплітуди, але відрізняються внаслідок просторового зсуву один від одного по фазі на рад. (Див. мал. 2).

Трифазні системи в даний час набули найбільшого поширення. На трифазний струмпрацюють усі великі електростанції та споживачі, що пов'язано з низкою переваг трифазних ланцюгів перед однофазними, найважливішими з яких є:

Економічність передачі електроенергії великі відстані;

Найнадійнішим та економічним, що задовольняє вимогам промислового електроприводу є асинхронний двигун із короткозамкненим ротором;

Можливість отримання за допомогою нерухомих обмоток магнітного поля, що обертається, на чому заснована робота синхронного і асинхронних двигунів, а також ряд 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 тощо) називається симетричною,якщо вона складається з m однакових за модулем векторів ЕРС (напруг, струмів тощо), зрушених по фазі один щодо одного на однаковий кут. Зокрема, векторна діаграма для симетричної системи ЕРС, що відповідає трифазній системі синусоїд на рис. 2 представлена на рис. 3.


Рис.3	Рис.4

З несиметричних системнайбільший практичний інтерес представляє двофазна система з 90-градусним зрушенням фаз (див. рис. 4). Всі симетричні три- та m-фазні (m>3) системи, а також двофазна система врівноваженими.Це означає, що хоча в окремих фазах миттєва потужністьпульсує (див. рис. 5, а), змінюючи за час одного періоду не тільки величину, але в загальному випадку і знак, сумарна миттєва потужність всіх фаз залишається постійною величиною протягом усього періоду синусоїдальної ЕРС (див. рис. 5, б) .

Врівноваженість має найважливіше практичного значення. Якби сумарна миттєва потужність пульсувала, то на валу між турбіною та генератором діяв би пульсуючий момент. Таке змінне механічне навантаження шкідливо відбивалося б на енергогенеруючій установці, скорочуючи термін її служби. Ці ж міркування відносяться і до багатофазних електродвигунів.

Якщо симетрія порушується (двофазна система Тесла через свою специфіку до уваги не приймається), то порушується і врівноваженість. Тому в енергетиці суворо стежать за тим, щоб навантаження генератора залишалося симетричним.

Лекція трифазні електричні ланцюги

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

Найбільшого поширення в сучасній енергетиці набули трифазні ланцюги, які є окремим випадком багатофазних систем змінного струму.

Під трифазною симетричною системою ЕРСрозуміють сукупність трьох синусоїдальних ЕРС однакової частоти та амплітуди, зрушених по фазі на кут 120 º. І створювані в одному джерелі електричної енергії ().

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

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

Трифазна ланцюг складається з трьох основних частин:

1) Трифазний генератор - в якому механічна енергія перетворюється на електричну с трифазною системоюЕРС;

2) Лінії електропередач(куди входять як самі лінії, а й трансф. підстанції з необхідним устаткуванням);

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

Переваги трифазних ланцюгів.

1. Простота отримання магнітного поля, що обертається, застосовуваного в трифазних асинхронних ел. двигунах (основних споживачах електр. енергії) (близько 70%).

3. Менше витрати під час передачі енергії.

4. Постійність потужності за певних умов.

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

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

3-х фазн. симетрична системаЕРС може бути зображена Графіки, тригонометрич. ф-ціями, і функціями комплексного змінного.

У 3-х фаз. симм. сист. ЕРС. справедливо рів-во

2. Якщо синусоїд. ЕРС фази A прийняти за вихідну фазу рівної нулю, то миттєві значення ЕРС можна виразити, то миттєві значення ЕРС можна виразити Тригонометричними ф-ціями

;