Трехфазные цепи переменного тока

При изучении трехфазных цепей особое внимание необходимо обратить на преимущества, которые дает трехфазная система по сравнению с однофазной. Рассматривая схемы соединения обмоток генераторов, надо уяснить связь между фазными и линейными напряжениями в схеме соединения звездой, а также связь между фазными и линейными токами в схеме соединения треугольником.

Необходимо четко представить, что в трехфазной цепи могут быть два режима: симметричный и несимметричный. Расчет трехфазной цепи в симметричном режиме сводится к расчету для одной фазы и производится аналогично расчету обычной цепи однофазного тока. Трехфазная цепь может рассматриваться как разветвленная цепь с тремя источниками питания и для ее расчета применяются методы, используемые при расчете сложных электрических цепей. Например, если несимметричный приемник соединен звездой без нейтрального провода, то для расчета трехфазной цепи можно применить метод узлового напряжения в комплексной форме.

После изучения настоящего раздела студенты должны:

1)знать основные элементы трехфазных цепей, способы соединения фаз обмотки генератора а включения в трехфазную цепь приемников; способы изображения трехфазной симметричной системы ЭДС;

2)понимать роль нейтрального провода; принципы построения потенциальных диаграмм; влияние рода и схемы включения нагрузки на величину тока в нейтральном проводе; схемы электроснабжения предприятий;

3)уметь анализировать различные режимы симметричных и несимметричных цепей; читать схемы соединения трехфазных и одно фазных приемников; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи на ее электрическое состояние.

Задача 1. В трехфазную сеть с линейным напряжением включен приемник, соединенный треугольником, сопротивление каждой фазы которого (рис. 17). Найти токи в каждой фазе нагрузки и линии и показания каждого ваттметра. Построить, векторную диаграмму.

Решение. Расчет токов в трехфазных целях производится комплексным методом. Примем, что вектор линейного напряжения направлен по действительной оси, тогда

В; В;

В.

 

 

Рис. 17

Определяем фазные токи:

 

А;

А;

А.

Находим линейные токи:

А;

А;

А.

Определим, показания ваттметров:

Вт;

Активная мощность цепи (алгебраическая сумма показаний ваттметров) равна:

,

или

 

.

 

 

Рис. 18

На рис. 18 приводится векторная диаграмма напряжений и токов.

 

Задача 2. В четырехпроводную трехфазную сеть с линейным напряжением включен звездой приемник, активные и индуктивные сопротивления фаз которого соответственно равны: , , , , , (рис.19). Определить токи в линейных и нейтральном проводах и построить векторную диаграмму.

Решение. Считаем, что вектор фазного напряжения направлен по действительной оси, тогда

В, В, В.

Рис. 19 Рис. 20

 

Находим линейные токи:

А;

А;

А.

Ток в нейтральном проводе определяется как геометрическая сумма линейных токов:

А.

Векторная диаграмма показана на рис.20.

 

Трансформаторы

Рассматривая физические процессы, возникающие в трансформа­торе, необходимо обратить особое внимание на то положение, что при изменении нагрузки трансформатора в широком диапазоне (от холостого хода до номинального режима) магнитный поток может, считаться практически постоянным: и разным магнитному потоку в режиме холостого хода. Это в свою очередь определяет постоянство потерь в стали, которые легко определяются из режима холостого хода.

При рассмотрения режима «нормального», короткого замыкания получается, что магнитный поток в сердечнике трансформатора на­столько мал, что им можно пренебречь, а, следовательно, при этом режиме потери в стали трансформатора практически равны нулю, а потери в меди (в обмотках трансформатора) равны потерям при номинальной нагрузке трансформатора. Величины токов, напряже­ний и мощностей, полученные из режимов холостого хода и «нор­мального» короткого замыкания, позволяют определить основные параметры трансформатора.

В паспорте трехфазных трансформаторов дается номинальная, мощность и мощность потерь всех трех фаз; под номинальными напряжениями понимаются линейные напряжения па зажинах транс­форматора в режиме холостого хода, а под номинальными токами — линейные токи независимо от схемы соединения обмоток.

После изучения настоящего раздела студенты должны:

1) знать основные элементы конструкции трансформатора; выра­жение для коэффициента трансформации; уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора;

2) понимать назначение опытов холостого хода и короткого замы­кания; сущность «приведения» параметров вторичной обмотки транс­форматора к первичной обмотке; различие опыта короткого замыкания и режима короткого замыкания трансформатора; причины изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора; принципы построения векторных диаграмм для различных нагрузок;

3) уметь анализировать различные режимы работы трансформатора; читать паспорт трансформатора; включать приемники и электроизмерительные приборы для определения напряжений, токов и мощностей; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи нагрузки на электрическое состояние трансформатора.

 

Асинхронные двигатели

После изучения настоящего раздела студент должен: 1) знать содержание терминов: скольжение, синхронна, скорость, круговое вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, контактные кольца, поток полюса, глубокопазный ротор, двойная “беличья клетка”; способы изменения направления вращения маг­нитного поля; устройство и области применения двух типов трехфаз­ных асинхронных двигателей; условные обозначения трехфазных асинхронных двигателей на схемах; вид механических характеристик; способы регулирования скорости вращения двигателя;

2) понимать принцип возбуждения многополюсного вращающего­ся магнитного поля; принцип действия трехфазной асинхронной ма­шины в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза; факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя; возможность замены трехфазного асинхрон­ного двигателя с вращающимся ротором эквивалентным асинхрон­ным двигателем с неподвижным ротором; аналогию физических явлений в трехфазном асинхронном двигателе с неподвижным ротором и в трансформаторе с резистивной нагрузкой; энергетические пре­образования в трехфазном асинхронном двигателе;

3)уметь осуществлять пуска синхронного двигателя; измерять скольжение с помощью стробоскопического устройства, частоту вра­щения; оценивать величины номинального, пускового и максималь­ного моментов, пускового тока и номинального скольжения по дан­ным каталога.

Приступая к изучению этой темы, необходимо понять условия возбуждения вращающегося магнитного поля.

Изучение асинхронного двигателя надо начинать с его устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на элек­тромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и эквивалентная схе­ма асинхронного двигателя облегчают изучение его работы и ис­пользуются при выводе основных уравнений. Эксплуатационные па­раметры асинхронного двигателя наглядно демонстрируются при по­мощи механических и рабочих характеристик;

Механические характеристики и могут быть построены по расчетной формуле вращающего момента:

, (4)

где М - вращающий момент двигателя в Н·м; , , , - сопротивления статорной и роторной обмоток; - число фаз статора; p – число пар полюсов;

- фазное напряжение статорной обмотки; s – скольжение.

По зависимости легко построить характеристику n = f(M). Механические характеристики могут быть построены и по данным каталога. Известно, что

, (5)

где - критический (максимальный) вращающийся момент двигателя; - скольжение, при котором двигатель развивает критический момент.

Зная отношение критического момента к номинальному и определив номинальный момент как , где - номинальная мощность двигателя; - номинальная скорость вращения ротора, легко получить выражение для .

Рассматривая уравнение (15) для номинального режима и учитывая, что ,

получим: . (6)

 

Решая уравнение (6) относительно критического скольжения, получаем:

.

Зная и и задаваясь значениями s в пределах от 0 до 1, легко построить механическую характеристику , данные для которой получаются из уравнения (5).

Характеристика получается из характеристики , учитывая при этом, что

. (7)

где об/мин – скорость вращения магнитного поля статора.

Механические характеристики двигателя, изобра­женные на рис. 3 а и б, показывают свойства двигателя в систе­ме электропривода; пусковые свойства, перегрузочную способность, устойчивость работы.

Для более полного выявления свойств двигателя служат рабочие характеристики (рис.4), которые показывают зависимость скорости вращения ротора n, вращающего момента М, к. п. д. , тока статора и коэффициента мощности cos от мощности на валу двигателя . Эти характеристики могут быть рассчитаны по данным каталога или получены в процессе испытания двигателя в лабораторных условиях.

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: