При соединении звездой линейное напряжение больше фазного в раз

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

.

Нейтральный провод в четырехпроводной трехфазной системе соединяет нейтральные точки генератора и приемника. Это приводит к тому, что напряжения на каждой фазе приемника будут равны соответствующим напряжениям генератора. Таким образом, обеспечивается симметрия фазных напряжений несимметричного приемника.

Ток нейтрального провода равен сумме токов трех фаз (для мгновенных значений или комплексных)

.

При симметричной нагрузке фаз приемника ток в нейтральном проводе отсутствует и нейтрального провода не требуется. Примером трехфазного приемника с симметричной нагрузкой является трехфазный асинхронный двигатель.

На рисунке изображена векторная диаграмма для случая несимметричной активной нагрузки в фазах трехфазного приемника

¹ ¹ ; ; .

В случае несимметричной нагрузки фаз и обрыве нейтрального провода, что является аварийной ситуацией, между нейтральными точками генератора и приемника возникает напряжение, называемое напряжением между нейтралями. Его появление приведет к тому, что нарушится симметрия напряжений фаз трехфазного приемника. На некоторых фазах приемника напряжения могут значительно превысить номинальные, что может привести к выходу из строя бытовых потребителей. Поэтому в нейтральный провод не включают ни плавкие предохранители, ни выключатели.

Мощность трехфазной цепи

При симметричной нагрузке фаз активная мощность равна утроенной мощности одной фазы

.

При несимметричной нагрузке фаз активная мощность равна сумме показаний ваттметров, включенных в каждую фазу при четырехпроводной системе:

В трехпроводной системе измерение активной мощности может быть произведено методом двух ваттметров, определяемую как алгебраической суммой показаний приборов.

Мгновенная активная мощность, потребляемая в нагрузке, равна сумме мгновенных мощностей отдельных фаз:

.

Если приемники соединены звездой, то в нейтральной точке 0 сумма всех линейных токов равна нулю:

; .

Выражение для мгновенной активной мощности трехфазного приемника представляем в виде

,

где и - мгновенные значения линейных напряжений.

С помощью двух ваттметров можно измерять мощность в цепи трехфазного тока (без нейтрального провода) независимо от соединения (звезда или треугольник), от характера нагрузки (симметричная или несимметричная), от симметричности линейных и фазных напряжений.

При активной нагрузке (резисторы, , ) оба ваттметра показывают одинаковую мощность. По мере увеличения фазового угла нагрузки показания одного ваттметра увеличиваются, а другого – уменьшаются. При показание одного из ваттметров отрицательно.

Расчет трехфазных цепей

Положительные направления токов в линейных проводах принято выбирать от генератора к приемнику, в нейтральном проводе – от приемника к генератору.

При симметричной нагрузке расчет токов сводится к расчету тока одной фазы.

При несимметричной нагрузке фаз токи рассчитываются отдельно для каждой фазы по закону Ома:

; ;

При этом следует правильно задать начальные фазы напряжений в каждой фазе трехфазного приемника.

6. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию при напряжении порядка 20 кВ в связи с трудностями решения вопроса электрической изоляции в электрических машинах. Передача электрической энергии на большие расстояния при таких относительно низких напряжениях экономически невыгодна из-за больших потерь в линии. Поэтому на электрических станциях устанавливают силовые трансформаторы, повышающие напряжение до 110 кВ и более.

У потребителей напряжение при помощи трансформаторов понижается несколькими ступенями:

- на районных подстанциях до 35 (10) кВ;

- на подстанциях предприятий до 10 (6) кВ;

- на цеховых подстанциях и подстанциях жилых районов до 380/220 В.

По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку, к которой энергия подводится от источника, и вторичную обмотку, с которой энергия поступает к потребителю.

Однофазные трансформаторы

Однофазный трансформатор имеет замкнутый ферромагнитный сердечник, на который намотаны первичная и вторичная обмотки с числом витков W₁ и W₂. Для уменьшения вихревых токов ферромагнитный сердечник набирается из отдельных пластин электротехнической трансформаторной стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

На схеме трансформатора приняты условно положительные направления всех величин, характеризующих электромагнитные процессы в трансформаторе, исходя из предпосылки, что первичная обмотка трансформатора является приемником электрической энергии, а вторичная обмотка является источником. Работа трансформатора основана на законе электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I₁, который создает в сердечнике (магнитопроводе) переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу витков W.

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:

во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:

При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС в обмотке потечет ток I₂, а на выводах установится напряжение U₂.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН). Обмотку, подключенную к сети меньшего напряжения, называют обмоткой низшего напряжения (НН).

Коэффициентом трансформации К трансформатора называют отношение ЭДС обмотки ВН (числа витков Wвн) к ЭДС обмотки НН (числа витков Wнн):

Трансформаторы обладают свойством обратимости, то есть один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего .

Трансформатор – это аппарат переменного тока и на постоянном токе не работает, так как протекающий по первичной обмотке постоянный ток будет создавать постоянный магнитный поток. В соответствии с законом электромагнитной индукции поток должен изменяться как по величине, так и по направлению, при этом вторичная обмотка не должна быть неподвижной.

В режиме нагрузки трансформатора первичный и вторичный токи I₁, I₂ кроме основного магнитного потока Фо создают магнитные потоки рассеяния и , влиянием которых обусловлено существование индуктивных сопротивлений первичной и вторичной обмоток трансформатора Х₁ и Х₂.

Активное и полное сопротивления первичной обмотки трансформатора обозначаются R₁ и Z₁, а вторичной - R₂ и Z₂.

Работа трансформатора в общем случае описывается системой уравнений:

U₁ = - E₁ + R₁I₁ + jX₁I₁ = -E₁ + Z₁I₁; (1)

E₂ = U₂ + R₂I₂ + jX₂I₂ = U₂ + Z₂I₂; (2)

W₁I₁ + W₂I₂ = W₁I₀, (3)

где I₀ – ток холостого хода.

Уравнение (1) и (2) представляют собой уравнения равновесия ЭДС первичной и вторичной обмоток, уравнение (3) представляет собой уравнение равновесия намагничивающих сил ( ) трансформатора. Намагничивающая (магнитодвижущая) – сила это произведение тока на число витков обмотки.

Выполнив преобразования в уравнении (3), получим

;

. (4)

Из уравнения (4) следует, что ток I₁ первичной обмотки трансформатора можно рассматривать состоящим из двух составляющих: одна составляющая I₀ определяет основной магнитный поток Ф₀, а вторая составляющая компенсирует размагничивающее действие тока I₂ вторичной обмотки. Из сказанного следует, что магнитный поток в трансформаторе не зависит от тока нагрузки и пропорционален приложенному напряжению.

Если пренебречь током холостого хода I₀ трансформатора (составляет несколько процентов от тока I₁), протекающего по первичной обмотке (при разомкнутой вторичной обмотке), то можно считать токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональными числам витков.

Возможны следующие режимы работы трансформатора:

а) режим холостого хода;

б) режим короткого замыкания (аварийный режим и опыт короткого замыкания);

в) режим нагрузки.

В режиме холостого хода трансформатор работает при разомкнутой вторичной обмотке.

При этом существуют следующие соотношения:

I₂ = 0; I₁ = I₀ (ток холостого хода); U₂ = Е₂.

Мощность холостого хода Р₀, потребляемая трансформатором из сети, определяется в основном потерями в стали Рс сердечника.

(составляет 1-2% номинальной мощности).

Потери в стали складываются из потерь на перемагничивание ферромагнитного материала сердечника и потерь на вихревые токи, которые наводятся в сердечнике в соответствии с законом электромагнитной индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник изготавливают из тонких пластин (0,3-0,5 мм), изолированных друг от друга.