40792

Расчет трехфазных цепей. Режимы работы

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока и следовательно все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной мере распространяются на них. Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система напряжений генератора то в ней будет иметь место симметричная система токов. Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным.

Русский

2013-10-22

73.91 KB

25 чел.

Лекция 10 Расчет трехфазных цепей. Режимы работы.

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и, следовательно, все рассмотренные ранее методы расчета и анализа в символической форме в полной мере распространяются на них. Анализ трехфазных систем удобно осуществлять с использованием векторных диаграмм, позволяющих достаточно просто определять фазовые сдвиги между переменными. Однако определенная специфика многофазных цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается анализа их работы в симметричных режимах.

Расчет симметричных режимов работы трехфазных систем

Многофазный приемник и вообще многофазная цепь называются симметричными, если в них комплексные сопротивления соответствующих фаз одинаковы, т.е. если . В противном случае они являются несимметричными. Равенство модулей указанных сопротивлений не является достаточным условием симметрии цепи. Так, например трехфазный приемник на рис. 1,а является симметричным, а на рис. 1,б – нет даже при условии: .

Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная трехфазная система напряжений генератора, то в ней будет иметь место симметричная система токов. Такой режим работы трехфазной цепи называется симметричным. В этом режиме токи и напряжения соответствующих фаз равны по модулю и сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на угол . Вследствие указанного расчет таких цепей проводится для одной – базовой – фазы, в качестве которой обычно принимают фазу А. При этом соответствующие величины в других фазах получают формальным добавлением к аргументу переменной фазы  А  фазового сдвига  при сохранении неизменным ее модуля.

Так для симметричного режима работы цепи на рис. 2,а при известных линейном напряжении и сопротивлениях фаз  можно записать

,

где определяется характером нагрузки .

Тогда на основании вышесказанного

;  

.

Комплексы линейных токов можно найти с использованием векторной диаграммы на рис. 2,б, из которой вытекает:

При анализе сложных схем, работающих в симметричном режиме, расчет осуществляется с помощью двух основных приемов:

Все треугольники заменяются эквивалентными звездами. Поскольку треугольники симметричны, то в соответствии с формулами преобразования «треугольник-звезда»  .

Так как все исходные и вновь полученные звезды нагрузки симметричны, то потенциалы их нейтральных точек одинаковы. Следовательно, без изменения режима работы цепи их можно (мысленно) соединить нейтральным проводом. После этого из схемы выделяется базовая фаза (обычно фаза А), для которой и осуществляется расчет, по результатам которого определяются соответствующие величины в других фазах.

Пусть, например, при заданном фазном напряжении  необходимо определить линейные токи  и  в схеме на рис. 3, все сопротивления в которой известны.

В соответствии с указанной методикой выделим расчетную фазу А, которая представлена на рис. 4. Здесь , .

Тогда для тока  можно записать

,

и соответственно .

 

 Расчет несимметричных режимов работы трехфазных систем

Если хотя бы одно из условий симметрии не выполняется, в трехфазной цепи имеет место несимметричный режим работы. Такие режимы при наличии в цепи только статической нагрузки и пренебрежении падением напряжения в генераторе рассчитываются для всей цепи в целом любым из рассмотренных ранее методов расчета. При этом фазные напряжения генератора заменяются соответствующими источниками ЭДС. Можно отметить, что, поскольку в многофазных цепях, помимо токов, обычно представляют интерес также потенциалы узлов, чаще других для расчета сложных схем применяется метод узловых потенциалов. Для анализа несимметричных режимов работы трехфазных цепей с электрическими машинами в основном применяется метод симметричных составляющих, который будет рассмотрен далее.

При заданных линейных напряжениях наиболее просто рассчитываются трехфазные цепи при соединении в треугольник. Пусть в схеме на рис. 2,а . Тогда при известных комплексах линейных напряжений в соответствии с законом Ома

.

По найденным фазным токам приемника на основании первого закона Кирхгофа определяются линейные токи:

.

Обычно на практике известны не комплексы линейных напряжений, а их модули. В этом случае необходимо предварительное определение начальных фаз этих напряжений, что можно осуществить, например, графически. Для этого, приняв , по заданным модулям напряжений, строим треугольник (см. рис.5), из которого (путем замера) определяем значения углов a и b.

Тогда

Искомые углы a и b  могут быть также найдены аналитически на основании теоремы косинусов:

При соединении фаз генератора и нагрузки в звезду и наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением фазные напряжения нагрузки равны соответствующим напряжениям на фазах источника. В этом случае фазные токи легко определяются по закону Ома, т.е. путем деления известных напряжений на фазах потребителя на соответствующие сопротивления. Однако, если сопротивление нейтрального провода велико или он отсутствует, требуется более сложный расчет.

Рассмотрим трехфазную цепь на рис. 6,а. При симметричном питании и несимметричной нагрузке  ей в общем случае будет соответствовать векторная диаграмма напряжений (см. рис. 6,б), на которой нейтральные точки источника и приемника занимают разные положения, т.е. .

Разность потенциалов нейтральных точек генератора и нагрузки называется напряжением смещения нейтральной точки (обычно принимается, что  ) или просто напряжением смещения нейтрали. Чем оно больше, тем сильнее несимметрия фазных напряжений на нагрузке, что наглядно иллюстрирует векторная диаграмма на       рис. 6,б.

Для расчета токов в цепи на рис. 6,а необходимо знать напряжение смещения нейтрали. Если оно известно, то напряжения на фазах нагрузки равны:

.

 

Тогда для искомых токов можно записать:

.

Соотношение для напряжения смещения нейтрали, записанное на основании метода узловых потенциалов, имеет вид

.  

(1)

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением , и из (1) . В случае отсутствия нейтрального провода . При симметричной нагрузке  с учетом того, что , из (1) вытекает .

В качестве примера анализа несимметричного режима работы цепи с использованием соотношения (1) определим, какая из ламп в схеме на рис. 7 с прямым чередованием фаз источника будет гореть ярче, если .

Запишем выражения комплексных сопротивлений фаз нагрузки:

Тогда для напряжения смещения нейтрали будем иметь

Напряжения на фазах нагрузки (здесь и далее индекс N у фазных напряжений источника опускается)

Таким образом, наиболее ярко будет гореть лампочка в фазе С.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения (что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например,  и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется в формулу


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41743. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО, ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И СВЯЗАННЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ 303.45 KB
  Исследовать явление резонанса в последовательном и параллельном электрических колебательных контурах. Ее называют полосой пропускания контура и условно определяют по резонансной кривой на уровне 07 от максимального значения тока или напряжения соответствующего резонансной частоте. Исследование последовательного колебательного контура Рис.END Исследование последовательного контура в среде PSpice: Рис.
41744. Лицензионные и свободно распространяемые программные продукты. Организация обновления программного обеспечения с использованием сети Интернет 154.25 KB
  Теоретические сведения к лабораторной работе Классификация программ по их правовому статусу Программы по их правовому статусу можно разделить на три большие группы: лицензионные условно бесплатные и свободно распространяемые. Лицензионные программы. В соответствии с лицензионным соглашением разработчики программы гарантируют её нормальное функционирование в определенной операционной системе и несут за это ответственность. Лицензионные программы разработчики обычно продают в коробочных дистрибутивов.
41745. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ВНЕЗАПНОГО ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ШИНАХ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 473.1 KB
  угла 0 между плоскостью фазной обмотки статора и продольной осью ротора в начальный момент КЗ t=0 на величину тока в этой фазе и характер его изменения. После чего необходимо сохранить или перерисовать осциллограмму переходного процесса тока в фазе “а†i=ft. Поясните письменно какое влияние оказывает положение ротора по отношению к фазе “а†в начальный момент КЗ на характер переходного процесса и величину тока в данной фазе для ответа пользуйтесь теоретическим материалом. Определение величины ударного тока и...
41747. Приемы работы с большими документами в Word 130.18 KB
  Логическая структура основной памяти Статический тип памяти обладает существенно более высоким быстродействием но значительно дороже динамического Для регистровой памяти МПП и КЭШ память используются SRM а ОЗУ основной памяти строится на базе DRMмикросхем. Найти фразу ЭВМ имеют четыре иерархических уровня памяти и организовать в конце абзаца сноску на текст: Быстродействие МПП КЭШпамяти и ОП измеряется временем обращения tобр к ним сумма времени поиска считывания и записи информации. Регистры КЭШпамяти недоступны для...
41748. Рекурсия. Вычислить сумму N членов рекуррентной последовательности 65.54 KB
  Вычислить функцию Бесселя 8го порядка с аргументом x: Вычислить биномиальные коэффициенты для b вводятся пользователем. Определить Nый член рекуррентной последовательности: Дана функция Вычислить корень уравнения на отрезке 1 3 методом деления отрезка пополам с погрешностью Дана последовательность Определить сумму элементов данного массива. Вычислить S1S2 где S1 – сумма нечетных целых чисел от до b S2 – сумма четных чисел от c до d.
41749. Определение скорости полета пули по методу Поля 49.49 KB
  Определить угловую скорость вращения вала с бумажными дисками.1 с двумя бумажными дисками закрепленными на общем валу на расстоянии l друг от друга. Расстояние между дисками l. Если произвести выстрел вдоль оси вращения бумажных дисков то считая движение пули между дисками равномерным и прямолинейным ее скорость можно определить по формуле: 1 где l – расстояние между бумажными дисками время пролета пули между дисками...
41750. Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации 24.99 KB
  Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук. Дискретное представление информации: кодирование цветного изображения в компьютере (растровый подход). Представление и обработка звука и видеоизображения.
41751. Исследование транзистора по схеме с общим эмиттером 118.56 KB
  Цель работы: Снятие характеристик биполярного транзистора. Снять входные характеристики транзистора для двух значений выходного напряжения: Uкэ=0; Uкэ= 5В. Снять выходные характеристики транзистора.