Koje prednosti imaju trofazna kola u odnosu na jednofazna? Trofazni električni krugovi

1. Teorijski dio

1.1. Trofazna kola. Područje primjene. Prednosti i nedostaci. Preklopne šeme. Režimi ............................................................................... .........................................3

1.2. Trofazni transformatori……………………………19

1.3. Mjerila električne struje i napona……………………………………………………………26

2. Praktični dio

2.1. Proračun za transformatore……………………………………………..37

2.2. Proračun za asinhrone motore………………………………….42

Trofazna kola. Područje primjene. Prednosti i nedostaci. Preklopne šeme. Načini rada.

Trofazni krug je poseban slučaj polifaze električni sistemi, predstavlja kolekciju električna kola, u kojem djeluju EMF iste frekvencije, pomaknuti u fazi jedan u odnosu na drugi za određeni ugao. Imajte na umu da su obično ovi EMF-i, prvenstveno u elektroenergetici, sinusoidni. Međutim, u modernim elektromehaničkim sistemima, gdje se frekventni pretvarači koriste za upravljanje motorima aktuatora, sistem napona je općenito nesinusoidan. Svaki dio višefaznog sistema koji karakterizira ista struja naziva se faza, one. faza je dio kruga koji se odnosi na odgovarajući namotaj generatora ili transformatora, liniju i opterećenje.

Dakle, koncept "faze" ima dva značenja u elektrotehnici: različita značenja:

· faza kao argument sinusno promjenjive veličine;

· faza kao komponenta višefazni električni sistem.

Razvoj višefaznih sistema bio je vođen istorijom. Istraživanja u ovoj oblasti bila su vođena zahtjevima razvoja proizvodnje, a napredak u razvoju višefaznih sistema bio je olakšan otkrićima u fizici električnih i magnetskih fenomena.

Najvažniji preduslov za razvoj višefaznih električnih sistema bilo je otkriće fenomena rotacije. magnetsko polje(G. Feraris i N. Tesla, 1888). Prvo električni motori bili su dvofazni, ali su imali niske performanse. Ispostavilo se da je to bilo najracionalnije i najperspektivnije trofazni sistem, čije će glavne prednosti biti riječi u nastavku. Veliki doprinos razvoju trofaznih sistema dao je istaknuti ruski inženjer elektrotehnike M.O. Dolivo-Dobrovolsky, koji je stvorio trofazne asinkrone motore, transformatore, predložio tro- i četverožične sklopove, pa se s pravom smatra osnivačem trofaznih sistema.

Izvor trofazni napon je trofazni generator, na čiji je stator (vidi sliku 1) postavljen trofazni namotaj. Faze ovog namotaja su raspoređene na takav način da su njihove magnetne ose pomaknute u prostoru jedna u odnosu na drugu za električnu količinu. drago. Na sl. 1, svaka faza statora je konvencionalno prikazana kao jedan okret. Početak namotaja obično se označava velikim slovima. slova A, B, C, a krajevi - respektivno velika slova x,y,z. EMF u stacionarnim namotajima statora indukuje se kao rezultat ukrštanja njihovih zavoja magnetnim poljem stvorenim strujom pobudnog namota rotora (na slici 1 rotor je konvencionalno prikazan kao permanentni magnet, koji se u praksi koristi na relativno malim snagama). Kada se rotor okreće sa ujednačena brzina u namotajima faza statora induciraju se periodično promjenjivi sinusoidni EMF iste frekvencije i amplitude, ali se razlikuju zbog prostornog faznog pomaka rada jedan od drugog. (vidi sliku 2).

Trofazni sistemi su trenutno najrasprostranjeniji. Sve velike elektrane i potrošači rade na trofaznoj struji, što je povezano s nizom prednosti trofaznih kola u odnosu na jednofazne, od kojih su najvažnije:

Ekonomičan prijenos električne energije na velike udaljenosti;

Najpouzdaniji i najekonomičniji električni pogon koji zadovoljava zahtjeve industrijskih elektromotornih pogona je asinhroni motor sa kaveznim rotorom;

Mogućnost dobijanja rotacionog magnetnog polja pomoću stacionarnih namotaja, na kojima se zasniva rad sinhronih i asinhronih motora, kao i niza drugih električnih uređaja;

Balans simetričnih trofaznih sistema.

Da razmotrimo najvažnije svojstva ravnoteže trofaznog sistema, što će se kasnije dokazati, uvodimo pojam simetrije višefaznog sistema.

EMF sistem (naponi, struje, itd.) se naziva simetričan, ako se sastoji od m EMF vektora (napona, struja, itd.) jednake veličine, pomjerenih u fazi jedan u odnosu na drugi za isti ugao. Posebno vektorski dijagram za simetričan EMF sistem koji odgovara trofaznom sinusoidnom sistemu na Sl. 2, prikazano je na sl. 3.

Fig.3	Fig.4

Od asimetričnih sistema najveći praktični interes predstavlja dvofazni sistem sa faznim pomakom od 90 stepeni (videti sliku 4).Svi simetrični tro- i m-fazni (m>3) sistemi, kao i dvofazni sistemi fazni sistem, su uravnotežen. To znači da iako u određenim fazama trenutnu snagu pulsira (vidi sliku 5,a), menjajući tokom jednog perioda ne samo veličinu, već u opštem slučaju i predznak, ukupna trenutna snaga svih faza ostaje konstantna tokom čitavog perioda sinusoidnog EMF (vidi sliku 5. ,b) .

Balans je od najveće praktične važnosti. Ako bi ukupna trenutna snaga pulsirala, tada bi pulsirajući moment djelovao na osovinu između turbine i generatora. Takvo promjenjivo mehaničko opterećenje bi štetno djelovalo na elektranu, skraćujući njen vijek trajanja. Ista razmatranja vrijede i za višefazne elektromotore.

Ako je simetrija narušena (Teslin dvofazni sistem, zbog svoje specifičnosti, nije uzet u obzir), onda je narušena i ravnoteža. Stoga se u energetskoj industriji striktno osigurava da opterećenje generatora ostane simetrično.

Prednosti trofazna struja su isplativost prijenosa na velike udaljenosti i.

Prednosti trofazne struje su se pokazale toliko značajnim da je već u drugoj polovini 90-ih počela rasprostranjena izgradnja trofaznih elektrana i njihovo postepeno izmještanje jednofaznih i jednosmerna struja.  

Jedna od prednosti trofazne struje je njena sposobnost stvaranja rotirajućeg magnetnog polja.

Koja je prednost trofazne struje u odnosu na jednofaznu.

Ali uštede ne iscrpljuju prednosti trofazne struje. Uz njegovu pomoć moguće je dobiti rotirajuće magnetsko polje.

Iz razmatranih primjera sasvim jasno vidimo prednosti trofazne struje tokom prijenosa električna energijažicom. Ali najznačajnija prednost trofaznih sistema je njihova pogodnost za ugradnju električnih motora.

Iz razmatranih primjera jasno se mogu vidjeti prednosti trofazne struje.

Električna energija se sada gotovo isključivo proizvodi i distribuira kao trofazna energija. naizmjenična struja. Odabir trofazne AC kao glavnog industrijski sistem zbog niza prednosti trofazne struje u odnosu na druge sisteme.

Dolivo-Dobrovolsky je razvio sve dijelove trofaznog sistema i implementirao ga u Evropi. Pravi trijumf trofazne struje bila je instalacija prijenosa energije na udaljenosti od 175 km od vodopada Laufen do Frankfurta na Majni, koju je izveo M. O. Dolivo-Dobrovolsky 1891. Prednosti trofazne struje bile su nesumnjive i brzo je stekao univerzalno priznanje i široku upotrebu.

Dolivo-Dobrovolsky je razvio sve dijelove trofaznog sistema i implementirao ga u Evropi. Pravi trijumf trofazne struje bila je instalacija prijenosa energije na udaljenosti od 175 km od vodopada Laufen do Frankfurta na Majni, koju je izveo M. O. Dolivo-Dobrovolsky 1891. Prednosti trofazne struje su bile nesumnjive, a brzo je stekao opšte priznanje i široku upotrebu.

Godine 1887 - 1888 fizičar-inženjer Nikola Tesla dizajnirao je dvofazni asinhroni motor (ime asinhroni će biti objašnjeno u sljedećem paragrafu), a 1889. M. O. Dolivo-Dobrovolsky izumio je i napravio trofazni asinhroni motor. Doli-vo - Dobrovolsky je razvio sve dijelove trofaznog sistema i implementirao ga u Evropi. Pravi trijumf trofazne struje bila je instalacija prijenosa energije na udaljenosti od 175 km od vodopada Laufen do Frankfurta na Majni, koju je izveo M. O. Dolivo-Do-Brovolsky 1891. Prednosti trofazne struje bile su nesumnjive. i brzo je stekao univerzalno priznanje i široku primjenu.

Stranice:     1

Predavanje Trofazna električna kola

Skup električnih kola u kojima djeluju sinusoidni EMF iste frekvencije i amplitude, pomaknuti jedan prema drugom u fazi i stvoreni u jednom izvoru električne energije, naziva se višefazni sistem električnih kola. Svaki od jednofaznih kola uključenih u višefazni sistem naziva se faza.

Najrasprostranjeniji u modernoj energetici su trofazna kola, koja su poseban slučaj višefazni sistemi naizmenične struje.

Pod trofaznim simetričnim EMF sistemom razumjeti kombinaciju tri sinusoidna EMF-a iste frekvencije i amplitude, pomjerenih u fazi za ugao od 120º. I stvoren u jednom izvoru električne energije ().

Za razlikovanje tri EMF-a, oni su označeni u skladu s tim. Ako je jedan od EMF označen sa EA, tada se EMF koji za njim zaostaje za ugao od 120º označava se EB, a EMF koji vodi za 120º je EC.

Redoslijed prolaska EMF-a iste vrijednosti(na primjer kroz nulu) pozvan. redosled faza.

Trofazni krug se sastoji od tri glavna dijela:

1) Trofazni generator- u kojem mehanička energija pretvara se u električnu sa trofaznim EMF sistemom;

2) Električni vodovi(što uključuje ne samo same vodove, već i prijenosne trafostanice sa potrebnom opremom);

3) prijemnici energije koji mogu biti trofazni ili jednofazni.

Prednosti trofaznih kola.

1. Lakoća dobijanja rotacionog magnetnog polja koje se koristi u trofaznoj asinkronoj električnoj energiji. motori (glavni potrošači električne energije) (oko 70%).

3. Niži troškovi za prenos energije.

4. Postojanost snage pod određenim uslovima.

Generator - sinhrona mašina sa tri simetrično postavljena namota na statoru (slika 5.2)

Metode prikazivanja 3-faze. Symm. syst. EMF.

3-fazni može se prikazati simetrični emf sistem Grafovi, trigonometrijski. funkcije i funkcije kompleksne varijable.

U 3 faze Symm. syst. EMF. jednakost je pravedna

2. Ako je sinusoidna. emf faze A se uzima da je jednak nuli za početnu fazu, tada se mogu izraziti trenutne vrijednosti emf, zatim se mogu izraziti trenutne vrijednosti emf Trigonometrijske funkcije

;

3. Vektori.

I u ovom slučaju, geometrijski zbir vektora EMF je jednak nuli

Direktan slijed okreta. ABC faze.

4. Predstavljanje EMF funkcijama kompleksne varijable.

; ;

Metode povezivanja faza trofaznog generatora.

Postalo je rasprostranjeno. fazni spoj "zvijezda" i "trokut"

Vektorski dijagram.

Za uslovne odredbe. pravci faznih napona uzimaju smjer od početka do kraja faza namotaja, a linijskih napona od sljedećeg.

Zatim, prema drugom Kirhofovom zakonu

Ili kompleksne vrijednosti

Odnos između faznog i linijskog napona iz vec. dijagrami

Osnovni dijagrami povezivanja za 3-fazna kola

Compound "zvijezda" - "zvijezda" sa neutralnom žicom. (Trofazni četverožični krug)

Ako otpor zanemari žice

Struje u fazama

Neutralna struja

At simetrično opterećenje zbir struja je nula i struja je neutralna žica e nedostaje. I0=0

Nema potrebe za neutralnom žicom (Vektorski dijagram struja i napona)

Ako je opterećenje neravnomjerno, struja u neutralnoj žici nije nula

Let Resist. faze su jednake po veličini (6,35 Ohm), ali imaju različit karakter

Odredite struju u neutralnoj žici

Rješenje: Napravimo vektorski dijagram struja i napona:

Modulne struje u svim fazama su jednake

Uzimajući u obzir otpor neutralne žice

Trofazni krug je poseban slučaj višefaznih električnih sistema u kojima djeluju sinusoidni EMF iste frekvencije, pomaknuti u fazi jedan u odnosu na drugi za određeni ugao. Trofazni sistem koji je razvio ruski naučnik M.O. Dolivo-Dobrovolsky pokazao se najracionalnijim i najperspektivnijim. Veliki doprinos razvoju trofaznih sistema dali su i naučnici N. Tesla, F. Haselwander, M. Despres, C. Bradley i drugi.

Trenutno su trofazni sistemi najrasprostranjeniji u energetskom sektoru, što je zbog niza prednosti trofaznih kola u odnosu na jednofazne, od kojih su najvažnije:

Ekonomičan prijenos električne energije na velike udaljenosti, jer umjesto šest žica (za jednofazni sistem), ovdje su potrebne samo tri žice;

Najpouzdaniji i najekonomičniji je trofazni asinhroni motor s kaveznim rotorom i trofaznim transformatorom;

Sposobnost dobijanja rotacionog magnetnog polja, na kojem rade sinhroni, asinhroni i linearni motori, kao i niz drugih električnih uređaja.

Najjednostavniji trofazni generator, prikazan na slici 4.1a, sastoji se od tri monofazna generatora smještena u jednom kućištu. Stator generatora je šuplji cilindar sa unutrašnja površina koji ima žljebove u koje su smještena tri identična namotaja (faze). Ovi namoti su raspoređeni tako da su njihove magnetne ose pomaknute u prostoru jedna u odnosu na drugu za 120°. Na sl. Na slici 4.1a, svaka faza statora je konvencionalno prikazana kao jedan okret. Počeci namota obično se označavaju velikim slovima A, B, C, a krajevi - redom kapital X, Y, Z. Rotor je stalni elektromagnet, pri rotaciji se indukuje sinusoidni EMF u stacionarnim namotajima statora (slika 4.2.b).

Sl.4.1. a) pojednostavljeno kolo generatora b) vremenski dijagrami EMF c) vektorski dijagram faznog EMF

Osnovni odnosi

Kada je namotaj polja rotora povezan na DC mrežu, struja će teći kroz njega, što stvara konstantan magnetni tok. Kada rotor rotira glavni pokretač, ovaj fluks će, prema zakonu elektromagnetne indukcije, inducirati u namotajima statora A, B, C tri sinusoidna EMF-a jednake veličine i frekvencije, pomaknuta u fazi za ugao od 120° (slika 4.1b).

Ako je fazni EMF A uzeti kao originalni, tj. poravnati sa realnom osom kompleksne ravni (slika 4.1c), onda se EMF ostalih namotaja (faza) generatora može zapisati u obliku:

;

Takav trofazni EMF sistem se naziva simetrični sistem.

Kompleksi efektivne vrednosti fazni EMF u eksponencijalnom obliku biće zapisan u obliku:

; ; .

Označimo faktor

kroz a i mi ćemo zvati operater trofaznog kola.

Kompleksi efektivnih faznih EMF vrijednosti se također mogu zapisati u obliku

;

;

Neka , Zatim ,

Algebarski zbir trenutnih vrijednosti EMF-a (napona, struje) simetričnog sistema u bilo kojem trenutku jednak je nuli (slike 4.1.b i 4.1.c):

,

ili u složen oblik(Slika 4.1. c)

ili ,

Poziva se redoslijed prolaska EMF-a kroz identične vrijednosti (na primjer, kroz nultu vrijednost). fazni redosled. Razmatrani EMF sistem (slika 4.1.b,c) se formira ravno fazni redosled ( ABC), u kojem je napon (EMF) pomaknut za 120°. Ako su dvije faze zamijenjene ( DIA), onda se krećemo bratski fazni red (fazni pomak 240°). Ako emf sve tri faze prolazi kroz nulu istovremeno, onda imamo null fazni redosled (fazni pomak 360°). Redoslijed faza određuje prirodu (smjer kretanja) magnetskog fluksa i stoga utječe na način rada asinhronog motora.

Razmotrimo načine povezivanja elemenata trofaznih krugova.

Postoji razne načine veze između namotaja trofaznog generatora i opterećenja. Glavni su "zvijezda" i "trokut". „Zvezda“ veza je takva veza kada se početak tri faze (X,Y,Z) spoji u jednu (nultu) tačku, a krajevi faza (A,B,C) spoje na linearne žice ( Slika 4.2.a).

U trofaznim krugovima postoje faza I linearno veličine napona i struja.

Zovu se žice koje povezuju generator sa opterećenjem linijske žice, a struje koje teku kroz njih su linearne struje ( , , ). (Slika 4.2. a)

Voltages između linijskih žica su pozvani linearni (faza-faza) naponi (

,

,

- na izvoru i

,

, -pri opterećenju). (Slika 4.2. a)

Zovu se struje koje teku kroz faze generatora ili prijemnika fazne struje( , , ), a naponi između početka i kraja faze se nazivaju fazni naponi (

,

,

- na generatoru i , , - pod opterećenjem).

Kada je spojen zvijezdom fazna struja jednaka odgovarajućoj linijska struja, jer faza i linija su spojeni serijski:

.

Hajde da se izrazimo linijski naponi

,

,

kroz fazu

,

,

(Sl. 4.2b).

Da bismo to učinili, zapišemo jednadžbe prema drugom Kirchhoffovom zakonu za tri kola formirana od jednog od linearnih napona i dva fazna napona i iz njih izrazimo linearne napone (slika 4.2. b), dobijemo:

Sl.4.2. a) Dijagram povezivanja generatora “zvijezda” b) vektorski dijagram faznih i linijskih napona.