83666

Расчет трехфазных цепей

Лекция

Физика

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

2015-03-15

143.5 KB

0 чел.

Лекция N 21

Расчет трехфазных цепей

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 α и β.

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

(2)

 

Литература

  1.  Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2.  Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1.  Какой многофазный приемник является симметричным?
  2.  Какой режим работы трехфазной цепи называется симметричным?
  3.  В чем заключается специфика расчета симметричных режимов работы трехфазных цепей?
  4.  С помощью каких приемов трехфазная симметричная схема сводится к расчетной однофазной?
  5.  Что такое напряжение смещения нейтрали, как оно определяется?
  6.  Как можно определить комплексы линейных напряжений, если заданы их модули?
  7.  Что обеспечивает нейтральный провод с нулевым сопротивлением?
  8.  В цепи на рис. 6,а ;  ;  ; . Линейное напряжение равно 380 В.

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

  1.  В схеме предыдущей задачи ; . Остальные параметры те же.

Определить ток в нейтральном проводе.

Ответ: .

  1.  В задаче 8 нейтральный провод оборван.

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

  1.  В задаче 9 нейтральный провод оборван.

Определить фазные напряжения на нагрузке.

Ответ: ; ; .

144


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24665. Аналіз структури джерел коштів підприємства 30.5 KB
  Аналіз структури джерел коштів підприємства. Як ми уже говорили раніше внутрішній аналіз структури джерел коштів підприємства пов'язаний з оцінкою альтернативних варіантів фінансування діяльності підприємства.До числа основних показників які характеризують структуру джерел коштів належить коефіцієнт фінансової незалежності автономії КАВТ як відношення загальної суми джерел власних коштів до підсумку балансу. Цей коефіцієнт є важливим і для інвесторів і для кредиторів тому що характеризує частку коштів вкладених власником у загальну...
24666. Аналіз дебіторсько-кредиторської заборгованості 37 KB
  Аналіз дебіторськокредиторської заборгованості. Значення аналізу дебіторської заборгованості особливо зростає в період інфляції коли іммобілізація власних оборотних активів стає дуже невигідною.У найзагальнішому вигляді зміни в обсязі дебіторської та кредиторської заборгованості за звітний період можуть бути охарактеризовані даними горизонтального та вертикального аналізу балансу. Особливу увагу в процесі аналізу дебіторської заборгованості приділяють статті Дебіторська заборгованість за товари роботи послуги яка має найбільшу питому вагу...
24667. Бюджетування є інструментом поточного планування підприємства 28.5 KB
  14 Бюджетування є інструментом поточного планування підприємства. Бюджетування процес планування майбутньої діяльності підприємства і оформлення його результатів у вигляді системи бюджетів. Забезпечення координації і кооперації підрозділів підприємства. Обґрунтування витрат підрозділів і підприємства в цілому.
24668. Виробнича собівартість 33.5 KB
  Напівпостійні залишаються постійними до визначених меж росту обсягу продукції.Собівартість продукції з погляду економічної теорії це сума всіх витрат повязаних з виробництвом та збутом продукції. Повна собівартість реалізованої продукції може бути розрахована за Звітом про фінансові результати. Виробничі підприємства складають калькуляцію виробничої собівартості продукції додаток до методичних рекомендацій №47 галузеві методичні вказівки.
24669. Основні методи обліку витрат і калькулювання собівартості продукції 39 KB
  Позамовний метод калькулювання широко використовується в зарубіжній практиці. Принципові особливості позамовного позамовного методу калькулювання полягають у наступному: в індивідуалізації обліку витрат і розрахунку собівартості на конкретне замовлення усі прямі витрати групуються в аналітичному обліку в суворій відповідності з відкритими замовленнями; калькуляція отриманої продукції складається після повного завершення робіт із замовлення незалежно від тривалості його виконання. Можна назвати принаймні два напрями модифікації позамовного...
24670. Робочий час менеджера 27 KB
  Ці рішення можуть стосуватися як довгострокових перспектив розвитку підприємства так і поточних проблем що виникають у процесі господарської діяльності. Довгострокові або стратегічні рішення пов'язані з майбутніми можливостями які прогнозуються і які потребують конкретних кроків сьогодні або найближчим часом. Поряд зі стратегічними рішеннями менеджери приймають рішення пов'язані з використанням ресурсів у процесі поточної діяльності. Такі рішення називають короткостроковими або ; операційними.
24671. Організація обліку витрат за економічними елементами 24.5 KB
  На основі переліку калькуляційних статей які встановлюються підприємством самостійно виходячи з особливостей технології та організації виробництва складаються форми калькуляційних розрахунків кошторисів та внутрішньої звітності.
24672. Калькуляція та її рівні 27 KB
  Статичний бюджет це бюджетні обсяги бюджетні ціни бюджетні витрати. Гнучкий бюджет це фактичні обсяги бюджетні ціни бюджетні витрати.
24673. Використання програмового забезпечення на підприємства «Титан-Ойл» 4.75 MB
  Щодо самого процесу практики, він ставить на меті освоєння програм, котрі необхідні для подальшого вивчення фахових предметів, наприклад, пакет програм Microsoft Office, котрий є основою для створення текстових документів та електронних таблиць.