Apa kelebihan rangkaian tiga fasa dibandingkan rangkaian satu fasa? Rangkaian listrik tiga fasa

1. Bagian teoritis

1.1. Sirkuit tiga fase. Daerah aplikasi. Keuntungan dan kerugian. Skema peralihan. Modus…………………................................................. ........ ...................................3

1.2. Transformator tiga fasa……………………………19

1.3. Pengukur arus dan tegangan listrik…………………………..…………………………26

2. Bagian praktis

2.1. Perhitungan trafo……………………………..37

2.2. Perhitungan untuk motor asinkron………………….42

Sirkuit tiga fase. Daerah aplikasi. Keuntungan dan kerugian. Skema peralihan. Mode.

Sirkuit tiga fase adalah kasus khusus polifase sistem kelistrikan, mewakili koleksi rangkaian listrik, di mana EMF dengan frekuensi yang sama bekerja, bergeser fase relatif satu sama lain dengan sudut tertentu. Perhatikan bahwa biasanya EMF ini, terutama di bidang teknik tenaga, berbentuk sinusoidal. Namun, dalam sistem elektromekanis modern, di mana konverter frekuensi digunakan untuk mengontrol motor aktuator, sistem tegangan umumnya non-sinusoidal. Setiap bagian dari sistem multifasa yang mempunyai arus yang sama disebut fase, itu. fase adalah bagian dari rangkaian yang berhubungan dengan belitan generator atau transformator, saluran dan beban yang sesuai.

Dengan demikian, konsep “fase” memiliki dua arti dalam teknik elektro: arti yang berbeda:

· fase sebagai argumen besaran yang bervariasi secara sinusoidal;

· fase sebagai komponen sistem kelistrikan multifase.

Perkembangan sistem multifase didorong oleh sejarah. Penelitian di bidang ini didorong oleh kebutuhan pengembangan produksi, dan kemajuan dalam pengembangan sistem multifase difasilitasi oleh penemuan fenomena listrik dan magnet dalam fisika.

Prasyarat terpenting bagi pengembangan sistem kelistrikan multifase adalah ditemukannya fenomena perputaran Medan gaya(G. Ferraris dan N. Tesla, 1888). Pertama motor listrik adalah dua fase, tetapi memiliki karakteristik kinerja yang rendah. Ternyata ini yang paling rasional dan menjanjikan sistem tiga fasa, keuntungan utamanya akan dibahas di bawah. Kontribusi besar terhadap pengembangan sistem tiga fase dibuat oleh insinyur listrik Rusia yang luar biasa MO Dolivo-Dobrovolsky, yang menciptakan motor asinkron tiga fase, transformator, mengusulkan rangkaian tiga dan empat kabel, dan oleh karena itu dianggap sebagai pendiri. dari sistem tiga fasa.

Sumber tegangan tiga fasa adalah generator tiga fase, yang statornya (lihat Gambar 1) ditempatkan belitan tiga fasa. Fase-fase belitan ini disusun sedemikian rupa sehingga sumbu magnetnya digeser dalam ruang relatif satu sama lain sebesar besaran listrik. senang. Pada Gambar. 1, setiap fase stator secara konvensional ditampilkan sebagai satu putaran. Awal belitan biasanya dilambangkan dengan huruf kapital. huruf A,B,C, dan ujungnya - masing-masing kapital x,y,z. EMF pada belitan stator stasioner diinduksi sebagai hasil perpotongan belitannya oleh medan magnet yang diciptakan oleh arus belitan eksitasi dari rotor yang berputar (pada Gambar 1, rotor secara konvensional digambarkan sebagai magnet permanen, yang digunakan dalam praktik dengan kekuatan yang relatif rendah). Saat rotor berputar dengan kecepatan seragam dalam belitan fase stator, EMF sinusoidal yang berubah secara berkala dengan frekuensi dan amplitudo yang sama diinduksi, tetapi berbeda karena pergeseran fase spasial rad satu sama lain. (lihat Gambar 2).

Sistem tiga fase saat ini paling banyak digunakan. Semua pembangkit listrik dan konsumen besar beroperasi pada arus tiga fasa, yang dikaitkan dengan sejumlah keunggulan rangkaian tiga fasa dibandingkan rangkaian satu fasa, yang paling penting adalah:

Transmisi listrik yang ekonomis jarak jauh;

Penggerak listrik paling andal dan ekonomis yang memenuhi persyaratan penggerak listrik industri adalah motor asinkron dengan rotor sangkar tupai;

Kemungkinan memperoleh medan magnet berputar menggunakan belitan stasioner, yang menjadi dasar pengoperasian motor sinkron dan asinkron, serta sejumlah motor lainnya. alat listrik;

Keseimbangan sistem tiga fase simetris.

Untuk mempertimbangkan yang paling penting sifat keseimbangan sistem tiga fasa, yang akan dibuktikan nanti, kami memperkenalkan konsep simetri sistem multifasa.

Sistem EMF (tegangan, arus, dll) disebut simetris, jika terdiri dari m vektor EMF (tegangan, arus, dll.) yang besarnya sama, digeser fasanya relatif satu sama lain dengan sudut yang sama. Secara khusus diagram vektor untuk sistem EMF simetris yang sesuai dengan sistem sinusoidal tiga fase pada Gambar. 2, ditunjukkan pada Gambar. 3.

Gambar.3	Gambar.4

Dari sistem asimetris, sistem dua fase dengan pergeseran fase 90 derajat adalah yang paling menarik secara praktis (lihat Gambar 4).Semua sistem fase tiga dan m simetris (m>3), serta sistem dua fase sistem fase, adalah seimbang. Artinya meskipun dalam fase tertentu kekuatan sesaat berdenyut (lihat Gambar 5,a), berubah selama satu periode tidak hanya besarnya, tetapi secara umum juga tandanya, total daya sesaat semua fase tetap konstan sepanjang seluruh periode EMF sinusoidal (lihat Gambar 5 ,B) .

Keseimbangan adalah hal yang paling penting secara praktis. Jika daya sesaat total berdenyut, maka torsi yang berdenyut akan bekerja pada poros antara turbin dan generator. Beban mekanis yang bervariasi seperti itu akan berdampak buruk pada pembangkit listrik, sehingga memperpendek masa pakainya. Pertimbangan yang sama berlaku untuk motor listrik multifase.

Jika simetri rusak (sistem dua fase Tesla tidak diperhitungkan karena kekhususannya), maka keseimbangan juga rusak. Oleh karena itu, dalam industri energi mereka secara ketat memastikan bahwa beban generator tetap simetris.

Keuntungan arus tiga fasa adalah efektivitas biaya penularan jarak jauh dan.

Keuntungan dari arus tiga fasa ternyata begitu signifikan sehingga pada paruh kedua tahun 90-an, pembangunan pembangkit listrik tiga fasa secara luas dimulai dan perpindahan bertahap dari pembangkit listrik fasa tunggal dan satu fasa dimulai. arus searah.  

Salah satu kelebihan arus tiga fasa adalah kemampuannya menciptakan medan magnet berputar.

Apa kelebihan arus tiga fasa dibandingkan arus satu fasa.

Namun penghematan tidak menghilangkan keuntungan dari arus tiga fasa. Dengan bantuannya dimungkinkan untuk memperoleh medan magnet yang berputar.

Dari contoh yang diberikan, kita dengan jelas melihat keuntungan arus tiga fasa selama transmisi energi listrik dengan kawat. Namun keuntungan paling signifikan dari sistem tiga fase adalah kemudahan pemasangan motor listrik.

Dari contoh yang diberikan, kita dapat dengan jelas melihat keuntungan dari arus tiga fasa.

Energi listrik kini hampir secara eksklusif diproduksi dan didistribusikan dalam bentuk tenaga tiga fasa. arus bolak-balik. Pemilihan AC tiga fasa sebagai yang utama sistem industri karena sejumlah keunggulan arus tiga fasa dibandingkan sistem lain.

Dolivo-Dobrovolsky mengembangkan seluruh bagian dari sistem tiga fase dan menerapkannya di Eropa. Kemenangan sebenarnya dari arus tiga fasa adalah pemasangan transmisi energi pada jarak 175 km dari Air Terjun Laufen ke Frankfurt di Jalan Utama, yang dilakukan oleh M. O. Dolivo-Dobrovolsky pada tahun 1891. Keuntungan dari arus tiga fasa tidak diragukan lagi dan itu dengan cepat mendapat pengakuan universal dan digunakan secara luas.

Dolivo-Dobrovolsky mengembangkan seluruh bagian dari sistem tiga fase dan menerapkannya di Eropa. Kemenangan sebenarnya dari arus tiga fasa adalah pemasangan transmisi energi pada jarak 175 km dari Air Terjun Laufen ke Frankfurt am Main, yang dilakukan oleh M. O. Dolivo-Dobrovolsky pada tahun 1891. Keunggulan arus tiga fasa tidak diragukan lagi, dan itu dengan cepat mendapat pengakuan umum dan digunakan secara luas.

Pada tahun 1887 - 1888 fisikawan-insinyur Nikola Tesla merancang motor asinkron dua fase (nama asinkron akan dijelaskan di paragraf berikutnya), dan pada tahun 1889 M. O. Dolivo-Dobrovolsky menemukan dan membangun motor asinkron tiga fase. Doli-vo - Dobrovolsky mengembangkan semua bagian dari sistem tiga fase dan menerapkannya di Eropa. Kemenangan sebenarnya dari arus tiga fasa adalah pemasangan transmisi energi pada jarak 175 km dari Air Terjun Laufen ke Frankfurt am Main, yang dilakukan oleh M. O. Dolivo-Do-Brovolsky pada tahun 1891. Keunggulan arus tiga fasa tidak diragukan lagi dan dengan cepat mendapat pengakuan universal dan penerapan luas.

Halaman:      1

Kuliah Rangkaian listrik tiga fasa

Sekumpulan rangkaian listrik di mana EMF sinusoidal dengan frekuensi dan amplitudo yang sama beroperasi, bergeser relatif satu sama lain dalam fasa dan diciptakan dalam satu sumber energi listrik, disebut sistem rangkaian listrik multifase. Setiap rangkaian satu fasa yang termasuk dalam sistem multifasa disebut fasa.

Yang paling luas dalam energi modern adalah sirkuit tiga fase, yaitu kasus spesial sistem AC multifase.

Di bawah sistem EMF simetris tiga fase memahami kombinasi tiga EMF sinusoidal dengan frekuensi dan amplitudo yang sama, digeser fasanya dengan sudut 120º. Dan tercipta dalam satu sumber energi listrik ().

Untuk membedakan ketiga EMF, ketiganya diberi nama yang sesuai. Jika salah satu EMF dilambangkan dengan EA, maka EMF yang tertinggal di belakangnya dengan sudut 120º disebut EB, dan EMF yang mendahului 120º disebut EC.

Urutan lewatnya EMF nilai-nilai yang sama(misalnya melalui nol) disebut. urutan fase.

Rangkaian tiga fasa terdiri dari tiga bagian utama:

1) Generator tiga fase- di mana energi mekanik diubah menjadi listrik dengan sistem EMF tiga fase;

2) Saluran listrik(yang mencakup tidak hanya jalur itu sendiri, tetapi juga gardu transfer dengan peralatan yang diperlukan);

3) penerima energi yang dapat berupa tiga fasa atau satu fasa.

Keuntungan dari rangkaian tiga fasa.

1. Kemudahan memperoleh medan magnet berputar yang digunakan pada tenaga listrik asinkron tiga fasa. mesin (konsumen utama energi listrik) (sekitar 70%).

3. Menurunkan biaya transmisi energi.

4. Keteguhan kekuasaan dalam kondisi tertentu.

Pembangkit - mesin sinkron dengan tiga belitan yang terletak simetris pada stator (Gbr. 5.2)

Metode menampilkan 3 fase. simbol. sistem. EMF.

3 fase sistem ggl simetris dapat digambarkan Grafik, trigonometri. fungsi, dan fungsi variabel kompleks.

Dalam 3 fase simbol. sistem. EMF. kesetaraan itu adil

2. Jika sinusoidal. GGL fasa A dianggap sama dengan nol untuk fasa awal, maka nilai ggl sesaat dapat dinyatakan, kemudian nilai ggl sesaat dapat dinyatakan. Fungsi trigonometri

;

3. vektor.

Dan dalam hal ini, jumlah geometri vektor EMF sama dengan nol

Urutan belokan langsung. fase ABC.

4. Representasi EMF berdasarkan fungsi variabel kompleks.

; ;

Metode untuk menghubungkan fase generator tiga fase.

Meluas. koneksi fase "bintang" dan "delta"

Diagram vektor.

Untuk ketentuan bersyarat. arah tegangan fasa mengambil arah dari awal sampai akhir fasa belitan dan tegangan saluran dari fasa berikutnya.

Kemudian menurut hukum kedua Kirchhoff

Atau nilai-nilai yang kompleks

Hubungan antara tegangan fasa dan saluran dari vektor. diagram

Diagram koneksi dasar untuk rangkaian 3 fasa

Menggabungkan "bintang" - "bintang" dengan kabel netral. (Sirkuit empat kabel tiga fase)

Jika resistensi mengabaikan kabelnya

Arus dalam fase

Arus netral

Pada beban simetris jumlah arusnya nol dan arusnya adalah kawat netral e hilang. saya0=0

Tidak diperlukan kabel netral (Diagram vektor arus dan tegangan)

Jika beban tidak merata, arus pada kabel netral tidak nol

Biarkan Menolak. fasanya sama besarnya (6,35 Ohm) tetapi mempunyai karakter yang berbeda

Tentukan arus pada kawat netral

Solusi: Mari kita buat diagram vektor arus dan tegangan:

Arus modulus di semua fasa adalah sama

Dengan mempertimbangkan hambatan kabel netral

Sirkuit tiga fase adalah kasus khusus sistem kelistrikan multifase di mana EMF sinusoidal dengan frekuensi yang sama beroperasi, digeser dalam fase relatif satu sama lain dengan sudut tertentu. Sistem tiga fase yang dikembangkan oleh ilmuwan Rusia M.O. Dolivo-Dobrovolsky ternyata paling rasional dan menjanjikan. Ilmuwan N. Tesla, F. Haselwander, M. Despres, C. Bradley dan lain-lain juga memberikan kontribusi besar terhadap pengembangan sistem tiga fase.

Saat ini, sistem tiga fasa paling banyak tersebar di sektor energi, hal ini disebabkan oleh sejumlah keunggulan rangkaian tiga fasa dibandingkan rangkaian satu fasa, yang terpenting adalah:

Transmisi listrik yang ekonomis jarak jauh, karena alih-alih enam kabel (untuk sistem fase tunggal), hanya diperlukan tiga kabel di sini;

Yang paling andal dan ekonomis adalah motor asinkron tiga fase dengan rotor sangkar tupai dan transformator tiga fase;

Kemampuan untuk memperoleh medan magnet berputar, di mana operasi sinkron, asinkron dan motor linier, serta sejumlah perangkat listrik lainnya.

Generator tiga fasa yang paling sederhana, ditunjukkan pada Gambar 4.1a, terdiri dari tiga generator satu fasa yang ditempatkan dalam satu wadah. Stator generator adalah silinder berongga dengan Permukaan dalam yang memiliki alur di mana tiga belitan (fase) yang identik ditempatkan. Gulungan-gulungan ini disusun sedemikian rupa sehingga sumbu magnetnya bergeser dalam ruang relatif satu sama lain sebesar 120°. Pada Gambar. Pada Gambar 4.1a, setiap fase stator secara konvensional ditampilkan sebagai satu putaran. Awal belitan biasanya ditandai dengan huruf kapital A, B, C, dan ujungnya masing-masing modal X, Y, Z. Rotor adalah elektromagnet permanen, ketika berputar, EMF sinusoidal diinduksi pada belitan stator stasioner (Gbr. 4.2.b).

Gambar 4.1. a) rangkaian generator yang disederhanakan b) diagram waktu EMF c) diagram vektor fase EMF

Hubungan dasar

Ketika belitan medan rotor dihubungkan ke jaringan DC, arus akan mengalir melaluinya, yang menciptakan fluks magnet konstan. Ketika rotor diputar oleh penggerak mula, fluks ini menurut hukum induksi elektromagnetik akan terinduksi pada belitan stator. A, B, C tiga EMF sinusoidal dengan besaran dan frekuensi yang sama, digeser fasanya dengan sudut 120° (Gbr. 4.1b).

Jika fase EMF A diambil sebagai yang asli, yaitu. sejajar dengan sumbu nyata bidang kompleks (Gambar 4.1c), maka EMF belitan (fasa) generator lainnya dapat dituliskan dalam bentuk:

;

Sistem EMF tiga fase ini disebut sistem simetris.

Kompleks nilai-nilai yang efektif fase EMF dalam bentuk eksponensial akan ditulis dalam bentuk:

; ; .

Mari kita nyatakan faktornya

melalui A dan kami akan menelepon operator rangkaian tiga fasa.

Kompleks nilai EMF fase efektif juga dapat ditulis dalam bentuk

;

;

Membiarkan , Kemudian ,

Jumlah aljabar nilai sesaat EMF (tegangan, arus) sistem simetris setiap saat sama dengan nol (Gbr. 4.1.b dan 4.1.c):

,

atau di bentuk yang kompleks(Gbr. 4.1.c)

atau ,

Urutan perjalanan EMF melalui nilai yang identik (misalnya melalui nilai nol) disebut urutan fase. Sistem EMF yang dipertimbangkan (Gbr. 4.1.b,c) terbentuk lurus urutan fase ( ABC), di mana tegangan (EMF) digeser sebesar 120°. Jika dua fase dipertukarkan ( DIA), lalu kita mulai persaudaraan urutan fase (pergeseran fase 240°). Jika ggl ketiga fasa melewati nol secara bersamaan, maka kita punya batal urutan fase (pergeseran fase 360°). Urutan fase menentukan sifat (arah pergerakan) fluks magnet dan, oleh karena itu, mempengaruhi mode pengoperasian motor asinkron.

Mari kita pertimbangkan cara menghubungkan elemen rangkaian tiga fase.

Ada berbagai cara hubungan antara belitan generator tiga fasa dan beban. Yang utama adalah "bintang" dan "segitiga". Sambungan “bintang” adalah sambungan yang permulaan tiga fasa (X,Y,Z) digabungkan menjadi satu titik (nol), dan ujung-ujung fasa (A,B,C) dihubungkan ke kabel linier ( Gambar 4.2.a).

Di sirkuit tiga fase ada fase Dan linier besarnya tegangan dan arus.

Kabel yang menghubungkan generator ke beban disebut kabel garis, dan arus yang mengalir melaluinya adalah arus linier ( , , ). (Gbr. 4.2.a)

Tegangan antar kabel saluran disebut tegangan linier (fase-ke-fasa). (

,

,

- pada sumbernya dan

,

, -saat memuat). (Gbr. 4.2.a)

Arus yang mengalir melalui fasa-fasa generator atau penerima disebut arus fasa( , , ), dan tegangan antara awal dan akhir fase disebut tegangan fasa (

,

,

- pada generator dan , , - sedang dimuat).

Saat dihubungkan dengan bintang arus fasa sama dengan yang sesuai arus garis, Karena fasa dan saluran dihubungkan secara seri:

.

Mari berekspresi tegangan saluran

,

,

melalui fase

,

,

(Gbr. 4.2b).

Untuk melakukan ini, kita menulis persamaan menurut hukum kedua Kirchhoff untuk tiga rangkaian yang dibentuk oleh salah satu tegangan linier dan tegangan dua fasa dan dari persamaan tersebut kita menyatakan tegangan linier (Gbr. 4.2.b), kita memperoleh:

Gambar 4.2. a) Diagram koneksi generator “bintang” b) diagram vektor tegangan fasa dan saluran.