19. В схеме звезда без нейтрального провода был симметричный режим и вдруг произошел обрыв фазного провода. Назовите, что изменилось и в какую сторону. Линейные напряжения в трехфазной схеме звезда определяются как мти

24. Как изменятся фазные токи при обрыве фазного провода?

Звезда-звезда без нейтрального провода..

Обрыв фазного провода (например, фазы А). В этом режиме нагрузки ZB и ZC в двух других фазах оказываются включенными последовательно под линейное напряжение. Напряжение на нагрузках (при их равенстве) станет и, следовательно, уменьшится враз. При этом появится смещение нейтрали (напряжение между нулевыми точками генератора и нагрузки), равное(рис. 10.4,а). В месте разрыва напряжение UAO' возрастет в 1,5 раза и станет равным 1,5Uф (рис. 10.4, а).

Звезда-звезда с нейтральным проводом. Обрыв фазного провода (например, фазы А). В этом режиме напряжения на нагрузках, включенных в другие фазы, не изменятся, но появится ток в нейтральном проводе.

Нагрузка включена треугольником. В этой схеме возможны обрыв фазного, линейного проводов и короткое замыкание нагрузки.

Обрыв фазного провода (Zab=). В этом режиме токи и напряжения в других фазах нагрузки не изменяются, а линейные токи Ia и Ib станут равны фазным токам, т.е. уменьшатся в раза. Линейный токIc не изменится (рис. 10.5, а)

Рис. 10.5

25. Как изменятся линейные токи при обрыве фазного провода?

См. 24

26. Как изменятся фазные токи при обрыве линейного провода?

Обрыв линейного провода (например, А). В этом режиме ток и напряжение на нагрузке Zbc не изменится, а на нагрузках Zab и Zca уменьшатся в 2 раза, так как они оказываются включенными последовательно под то же напряжение UBC (рис. 10.5, в). Линейные токи IB и IC будут равны 1,5Iф и, следовательно, уменьшатся по сравнению с исходным симметричным режимом, когда они были равны (рис. 10.5,в).

27. Как изменятся линейные токи при обрыве линейного провода?

Как изменятся токи в фазах приемника при обрыве линейного провода А. [1]

Построить векторную диаграмму напряжений и токов при обрыве линейного провода трехфазной сети и привести соображения о влиянии этого вида повреждения на режим работы отдельных приемников. [2]

Как изменятся токи или напряжения в цепи при обрыве линейного провода или коротком замыкании фазы. Подобные режимы возникают при неисправностях в приемниках энергии, перегорании предохранителя и других аномалиях в цепи. [3]

Из схемы рис. 4.26 видно, что при обрыве линейного провода А фазы ab и са окажутся соединенными последовательно и, следовательно, их общее сопротивление возрастет вдвое. [4]

Таким образом, и в случае соединения треугольником при обрыве линейного провода мощность потребителя уменьшается вдвое. [5]

Осветительная сеть.| Частные случаи несимметричной нагрузки.

Из диаграммы видно, что система трехфазного переменного тока при обрыве линейного провода превратилась в однофазную. [6]

При наличии нейтрального провода для электроприемников, приключенных к неповрежденным линейным проводам, обрыв чужого линейного провода практически не ощущается. При отсутствии нейтрального провода фазные напряжения на зажимах обоих последовательно соединенных электроприемников пропорциональны величинам их полных сопротивлений. Преобладание в одной из этих фаз индуктивной нагрузки, а в другой - емкостной нагрузки может привести к резонансу напряжений с установлением значительных перенапряжений на зажимах электроприемников и к резкому увеличению потребляемого тока. [7]

Стационарный пульт ЦПА-П позволяет производить опробование тормозов и выявлять основные неисправности электропневматических тормозов: обрыв линейного провода или его отводов, неисправность электровоздухораспределителей и межвагонных соединений, к

studfiles.net

Лабораторная работа «Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников «звездой»»

Цель работы:

Опытная проверка основных соотношений для цепи трехфазного тока при соединении приемников «звездой» как для симметричной, так и для несимметричной нагрузки фаз, а также исследование влияния нейтрального провода на величину фазных напряжений приемников энергии.

Основные теоретические положения

Трехфазной системой электрических цепей называется система из трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на 1/3 периода и создаваемые общим источником электрической энергии. Отдельные электрические цепи, входящие в состав трехфазной системы, называют фазами.

Как правило, трехфазные напряжения генераторов являются симметричными, т.е. векторы фазных напряжений равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на 1200. На рис. 1 представлены графики ЭДС трехфазного генератора и векторная диаграмма.

а)

б)

Рис. 1.

Если за начало отсчета времени принять момент, когда ЭДС фазы А проходит через нуль и становиться положительной (рис. 1), то мгновенные значения ЭДС, индуктируемых в фазах А, В, С, соответственно равны:

Комплексы действующих значений фазных ЭДС генератора запишутся в следующем виде:

В практических расчетах часто пренебрегают внутренним сопротивлением фаз генератора, поэтому фазные напряжения UА, UВ, UС считают численно равными фазным ЭДС и изображают симметричной системой векторов (рис. 2).

Векторы линейных напряжений генератора также равны между собой и сдвинуты на 1200, образуют на векторной диаграмме замкнутый треугольник (рис. 2). Соотношение их абсолютных значений:

Рис. 2

Геометрическая сумма как фазных, так и линейных напряжений генератора равна нулю.

При соединении приемника «звездой» концы его фаз объединяются в одну точку, которая называется нулевой точкой, или нейтральной n (рис. 3).

При соединении «звездой» . Фазные напряжения нагрузки обозначаютсяUА, UВ, UС.

Рис. 3.

Система линейных напряжений нагрузки при пренебрежении сопротивлениями соединительных проводов, не что иное, как симметричная система линейных напряжений генератора. Таким образом, треугольник линейных напряжений нагрузки остается неизменным при любых изменениях нагрузки (ав = АВ, вс = ВС, са = СА).

Однако, при симметричной системе линейных напряжений нагрузки система фазных напряжений может как угодно изменяться в зависимости от нарушения симметрии нагрузки. Соответственно будет изменяться и трехфазная система фазных токов. При нарушении симметрии системы фазных напряжений нагрузки между нулевыми точками генератора и нагрузки возникает разность потенциалов. Нулевая точка нагрузки смещается в ту или другую сторону от нулевой точки генератора. Напряжение между этими точками называется напряжением смещения нейтрали.

В практике широкое применение получили трехфазные цепи с нулевым проводом. Нулевой провод позволяет «выровнять» трехфазную систему фазных напряжений при несимметричной нагрузке, сделать ее полностью симметричной (если сопротивление нулевого провода близко по значению к нулю) или приблизить к симметричной при конечном значении сопротивления нулевого провода. Падение напряжения в нулевом проводе компенсирует разность потенциалов между нулевыми точками генератора и нагрузки.

studfiles.net

Ответы на модуль 1 (основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей постоянного тока) по предмету электротехника, электроника и схемотехника

с. 1 с. 2 с. 3 с. 4 Ответы на модуль 1 (ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Напряжение измеряется в следующих единицах: вольт (В).

2) При применении метода параллельного преобразования резистивной схемы эквивалентная проводимость равна: алгебраической сумме проводимостей резистивных элементов.

3) Электрическая мощность связана с величиной напряжения: прямо пропорциональной зависимостью.

4) При методе расчета цепей с помощью законов Кирхгофа действует следующее правило выбора контуров для составления уравнений: каждый последующий контур должен включать в себя хотя бы одну новую ветвь, не охваченную предыдущими уравнениями.

5) Какое сходство у идеализированных источников напряжения и тока: способны отдавать в электрическую цепь неограниченную мощность.

6) Величина магнитного потока измеряется в следующих единицах: вебер (Вб).

7) При наличии полной симметрии между схемами резистивных цепей звезда – треугольник величина сопротивления элемента схемы треугольник: равна ТРЕМ величинам сопротивления элемента схемы звезда.

8) Ток измеряется в следующих единицах: ампер (А).

9) Электрическая проводимость обратно пропорциональна: электрическому сопротивлению.

10) Электрическое напряжение – это: энергия, расходуемая на перемещение единицы заряда.

11) По второму закону Кирхгофа в любом замкнутом контуре электрической цепи: алгебраическая сумма падений напряжений на элементах, входящих в контур, равна алгебраической сумме ЭДС.

12) Значение индуктивности прямо пропорционально: потокосцеплению.

13) В индуктивном элементе (реактивное сопротивление) происходит: запасание магнитной энергии.

14) К источнику электрической энергии относится: аккумулятор.

15) По закону Ома для цепи, не содержащей ЭДС: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

16) Электрический ток определяется как: скорость изменения электрического заряда во времени

17) При расчете цепи методом контурных токов применяются: второй закон Кирхгофа В СОЧИТАНИИ С ПРИНЦИПОМ НАЛОЖЕНИЯ.

18) В емкостном элементе (реактивное сопротивление) происходит: запасание электрической энергии.

19) К приемнику электрической энергии относится: электронагреватель.

20) Первый закон Кирхгофа гласит: сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов, выходящих из узла.

21) Электрическая мощность измеряется в следующих единицах: ватт (Вт).

22) При применении метода последовательного преобразования резистивной схемы эквивалентное сопротивление равно: алгебраической сумме сопротивлений резистивных элементов.

23) В резистивном элементе происходит: необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло или другие виды энергии.

24) Какое из понятий не характеризует геометрию цепи: «элемент».

25) По принципу наложения ток в любой ветви сложной схемы, содержащей несколько источников, равен: алгебраической сумме частичных токов, возникающих в этой ветви от независимого действия каждого источника в отдельности.

Ответы на модуль 2 (АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) В цепи синусоидального тока с резистивным элементом: ток и напряжение совпадают по фазе.

2) На практике единицей измерения полной мощности в гармонических цепях является: вольт-ампер (ВА).

3) Электрические величины гармонических функций нельзя представить: вещественными числами.

4) При последовательном соединении элементов R, L и C при положительных значениях реактивного сопротивления и угла сдвига фаз электрическая цепь в целом носит следующий характер: активно-индуктивный.

5) Если сдвиг фаз между током и напряжением меньше нуля, то: напряжение опережает ток по фазе.

6) Проекция вращающегося вектора гармонической функции на ось ординат в любой момент времени, равна: мгновенному значению функции времени.

7) В цепи синусоидального тока с катушкой индуктивности: напряжение опережает ток на угол 90º

8) Коэффициент отношения действующего значения синусоидального напряжения к его амплитудному значению составляет: 0.707.

9) Гармоническим электрическим током называется ток, который: изменяется во времени по своему значению и направлению через равные промежутки времени.

10) Какое из свойств не относится к гармоническому току: после многократной трансформации форма сигнала изменяется.

11) Угловая частота синусоидального тока: обратно пропорциональна периоду колебаний.

12) В цепи синусоидального тока с конденсаторомнапряжение отстает от тока на угол 90º

13) По первому закону Кирхгофа в комплексной форме: сумма комплексных значений токов, подходящих к узлу, равна сумме комплексных значений токов, выходящих из узла.

14) Наиболее распространенный переменный ток изменяется в соответствии с функцией: синус.

15) По закону Ома в комплексной форме: комплексное значение тока прямо пропорционально комплексному значению напряжения и обратно пропорционально комплексному значению сопротивления.

16) В цепи синусоидального тока с конденсатором С происходит: обратимый процесс обмена энергией между электрическим полем конденсатора и источником.

17) Амплитудные значения гармонического тока:

18) Коэффициент отношения среднего значения синусоидального тока к его максимальному значению составляет: 0.637.

19) По второму закону Кирхгофа в комплексной форме в любом замкнутом контуре электрической цепи: алгебраическая сумма комплексных значений напряжений на сопротивлениях контура равна алгебраической сумме комплексных значений ЭДС.

20) Активная мощность активно-реактивной электрической цепи на переменном токе не зависит от: угловой частоты гармонических колебаний.

21) Активная мощность в цепи синусоидального тока с резистивным элементом всегда больше нуля, что означает: в цепи с резистором протекает необратимый процесс преобразования электроэнергии в другие виды энергии

22) При последовательном соединении элементов R, L и C при отрицательных значениях реактивного сопротивления и угла сдвига фаз электрическая цепь в целом носит следующий характер: активно-емкостный.

23) Деление комплексных чисел может выполняться: как в алгебраической, так и в показательной формах

24) К характеристикам гармонического тока не относится: минимальные значения тока и напряжения.

25) Комплексное число нельзя представить в следующей форме: квадратичной.

Ответы на модуль 3 (КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ. ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА.) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) При изменении частоты внешнего источника энергии: изменяются реактивные сопротивления элементов, ток в цепи и напряжения на отдельных участках.

2) Какой из параметров не характеризует свойства параллельного колебательного контура? волновое сопротивление ρ.

3) Полоса пропускания резонансного контура: обратно пропорциональна его добротности.

4) Какое из мероприятий нельзя проводить для повышения коэффициента мощности электрической цепи? для компенсации индуктивной составляющей тока последовательно с приемниками включать конденсаторы.

5) Какое свойство не относится к напряжениям UL и UC на реактивных элементах в цепи, находящейся в режиме резонанса напряжений? напряжения совпадают по фазе и не равны по модулю.

6) Явление резонанса напряжений наблюдается в цепи: с последовательным соединением источника энергии и реактивных элементов L и C.

7) В режиме резонанса напряжений индуктивное сопротивление равно емкостному сопротивлению

8) Для параллельного колебательного контура, если сдвиг фаз между напряжением на участке цепи и током меньше нуля, то: общий ток имеет емкостной характер.

9) Активная мощность равна полной мощности в режиме резонанса, если коэффициент мощности: cosφ = 1.

10) Свободные колебания контура не зависят от: частоты вынужденных колебаний источника энергии ω.

11) В режиме резонанса в случае совпадения частоты собственных колебаний wo с частотой вынужденных колебаний источника энергии ω (ωo = ω): амплитуда гармонических колебаний энергии в цепи увеличивается.

12) Условие возникновения резонансного режима можно определить через параметры элементов схемы следующим образом входное сопротивление (входная проводимость) схемы со стороны выводов источника энергии должно носить чисто активный характер

13) Резонанс напряжений возникает при следующем условии: полное сопротивление цепи имеет минимальное значение и равно активному значению.

14) Для параллельного колебательного контура, если сдвиг фаз между напряжением на участке цепи и током больше нуля, то: общий ток имеет индуктивный характер.

15) Резонанса токов в электрической цепи нельзя достичь следующим способом: изменением параметра активного элемента цепи R.

16) В режиме резонанса токов полная проводимость электрической схемы имеет: минимальное значение и равна значению активной проводимости

17) Какое из свойств не относится к току источника, протекающему через цепь с элементами R, L и C в режиме резонанса токов ИМЕЕТ ЧИСТО РЕАКТИВНЫЙ ХАРАКТЕР

18) При наличии в электрической цепи режима резонанса напряжений: ток максимален и совпадает по фазе с напряжением источника.

19) Основное условие возникновения резонанса токов вытекает из следующего условия: реактивная проводимость индуктивного элемента равна реактивной проводимости емкостного элемента.

20) Угол сдвига фаз между напряжением и током в электрической цепи при параллельном соединении элементов R, L и C определяется как арктангенс отношения: общей реактивной проводимости к активной проводимости.

21) Явление резонанса токов наблюдается в электрической цепи: с параллельным соединением источника энергии и реактивных элементов L и C.

22) В электрической цепи возможно появление свободных гармонических колебаний энергии, если в ней: содержатся как катушки индуктивности L, так и конденсаторы С.

23) Какой из параметров не относится к свойствам последовательного колебательного контура? волновая проводимость γ.

24) При параллельном соединении элементов R, L и C общая реактивная проводимость электрической цепи равна: разности между комплексными проводимостями индуктивности И емкости

25) Резонанс напряжений в цепи нельзя достичь следующим способом: изменением параметра активного элемента цепи R.

26) Какое из условий не относится к токам IL и IC в ветвях с реактивными элементами в режиме резонанса токов? токи совпадают по фазе.

27) Если в сложной схеме электрической цепи при изменении частоты наблюдаются несколько резонансных режимов (как тока, так и напряжения) в зависимости от ее структуры, то такая схема содержит в своей структуре: более двух разнородных реактивных элементов.

Ответы на модуль 4 (ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ. ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭДС.) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

Какое международное обозначение имеет каждая из фаз трехфазной цепи? А, R, S, T

2) Линейным током в трехфазной сети называется ток, протекающий: в линейных проводах по направлению от генератора к приемнику.

3) Соединение в трехфазной сети по схеме «треугольник» образуется, когда: концы каждой из фазных обмоток соединяются с началом другой фазы, а точки соединения подключаются линейными проводами с трехфазным приемником.

4) В трехфазной системе мгновенные значения напряжения и тока каждой фазы сдвинуты друг относительно друга во времени на величину: ∆ω = 120º.

5) Величина реактивной мощности симметричной трехфазной цепи не связана прямо пропорциональной зависимостью: с косинусом угла сдвига фаз между линейными напряжением и током

6) Что не относится к достоинствам трехфазной симметричной системы? позволяет использовать три различных уровня выходного напряжения для подключения к генератору приемников с различным номинальным напряжением

7) Для оптимального измерения активной мощности симметричной трехфазной цепи с нулевым проводом используется: схема с одним ваттметром, который включается в одну из фаз и измеряет активную мощность только этой фазы.

8) В симметричной трехфазной сети по схеме «звезда» векторы линейного и двухфазных напряжений образуют: три равнобедренных треугольника, острые углы которых равны 30º.

9) Общий провод NN’ трехфазной симметричной системы обладает следующим свойством: мгновенное значение тока в данном проводе равно нулю в любой момент времени.

10) В трехфазной сети, соединенной по схеме «треугольник», коэффициент отношения линейного тока к фазному току, равен: √3.

11) Режим перекоса фазных напряжений в трехфазной системе приемника возникает при включении: несимметричной трехфазной нагрузки по схеме «звезда» без нулевого провода.

12) Величина активной мощности симметричной трехфазной цепи не связана прямо пропорциональной зависимостью: с синусом угла сдвига фаз между линейными напряжением и током.

13) Трехфазная система – это: объединение трех цепей переменного тока, каждая из которых называется фазой, в одну цепь

14) При соединении трехфазной сети по схеме «треугольник»: номинальное фазное напряжение приемника равно линейному напряжению генератора.

15) При соединении симметричной трехфазной сети по схеме «звезда» линейные токи: равны по значению и совпадают по направлению с фазными токами.

16) Трехфазное соединение по схеме «звезда» применяется в том случае, когда: номинальное напряжение приемника равно фазному напряжению генератора.

17) В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нулевом проводе в трехфазной сети по схеме «звезда» равен: геометрической сумме линейных (фазных) токов.

18) В каком из случаев трехфазное соединение по схеме «звезда» без нулевого провода не может применяться? при подключении к несимметричной трехфазной нагрузке.

19) В симметричной трехфазной сети, соединенной по схеме «звезда», коэффициент отношения линейного напряжения к фазному напряжению равен: √3.

20) Линейные напряжения в трехфазной схеме «звезда» определяются как:

векторная разность фазных напряжений

21) В векторной диаграмме соединения трехфазной сети по схеме «треугольник» углы между векторами линейных напряжений составляют: 120º.

22) Линейные токи при симметричной нагрузке в трехфазной сети по схеме «треугольник» сдвинуты друг относительно друга на: 120º.

23) Трехфазное соединение по схеме «звезда» образуется, если:

концы трехфазных обмоток генератора объединены в один общий узел

24) Какое из условий не выполняется в трехфазной сети по схеме «треугольник

ЭДС имеют противоположные направления

25) Нейтральным током в трехфазной сети называется ток, протекающий: в нулевом проводе по направлению от приемника к генератору.

Ответы на модуль 5 (ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Входное сопротивление четырехполюсника Z1К для А-формы записи в режиме короткого замыкания при питании со стороны первичных выводов прямо пропорционально: B и обратно пропорционально D.

2) Какое из соотношений относится к Т-образной схеме замещения пассивного четырехполюсника? . B = Z1 + Z2 + Z1• Z2 • Y0

3) Уравнение связи между коэффициентами: A ∙ D – B ∙ C = 1 - четырехполюсника А-формы записи показывает, что: независимыми являются только три из четырех коэффициентов четырехполюсника.

4) M-фильтрами называются электрические фильтры, в которых:

с. 1 с. 2 с. 3 с. 4

prerek.ru

Лабораторная работа №7 Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”. Цель работы и задачи работы

Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

Теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторной работы

Трехфазная электрическая цепь включает в себя источник и потребитель трехфазной энергии, соединенные проводами. Источник трехфазной электрической энергии может быть представлен в виде совокупности трех однофазных источников синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга по фазе на угол 120°, т.е. на 1/3 периода.

При использовании схемы соединения “звезда” концы фаз генератора X, Y, Z или приемника x, y, z соединяются в общую точку, называемую нейтральной точкой, а начала фаз генератора А,В,С и приемника а, b,c подключаются к линейным проводам, соединяющим источник с потребителем. Нейтральные точки генератора и приемника n соединены нейтральным проводом. При наличии нейтрального провода трехфазная цепь называется четырехпроводной, а при его отсутствии - трехпроводной.

Напряжение между началом и концом каждой фазы генератора и приемника называется фазным напряжением генератора или приемника и обозначается UA, UB, UC -для генератора, Ua, Ub, Uc - для приемника.

Напряжение между началами разных фаз или между линейными проводами называются линейными напряжениями UAB ,UBC, UCA – для генератора и Uab ,Ubc Uca – для приемников.

Токи, протекающие по фазам приемника или генератора , называются соответственно фазными токами приемника Iфп или генератора Iфг , атоки в линейных проводах называются линейными токами IЛ. На рис.1 представлена схема замещения трехфазной цепи, на которой используются обозначения комплексных напряжений, токов, сопротивлений.

оскольку при соединении "звездой" приемникиZa,Zb,Zc включаются последовательно с линейными проводами, действующие значения фазных токов приемников равны действующим значениям линейных токов (IФП = IЛ).

На основании первого закона Кирхгофа IN=Ia+Ib+Ic. Фазные напряжения генератора UA, UB, UC равны соответствующим ЭДС Комплекные значения фазных напряжений имеют вид: UA=Uфгеj0, UВ=Uфге –j120о , UC=Uфге –j240о

(внутренние сопротивления фаз источника полагаем равными нулю).

где Uфг - действующее значение фазного напряжения генератора. В соответствии со вторым законом Кирхгофа

UAB=UA-UB ; UBC=UB-UC ; UCA=UC-UA .

На риc. 2 представлена векторная топографическая диаграмма фазных напряжений генератора и линейных напряжений, которые образуют жесткую симметричную систему, не зависящую от нагрузки. Из диаграммы следует, что действующие значения всех линейных напряжений одинаковы

UAB=UBC-UCA=UЛ

и что фазные напряжения генератора и линейные напряжения находятся в соотношении: Uл =√3Uф

При наличии нейтрального провода потенциал точекn и N одинаковы и, следовательно, фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям генератора, т.е. Ua=UA ; Ub=UB; Uc=UC

Нагрузка, подключенная к трехфазной сети, может быть симметричной и несимметричной. При симметричной нагрузке комплексные сопротивления всех фаз приемника одинаковы, т.е. Za=Zb=Zc

Вследствие равенства комплексных сопротивлений фаз приемника действующие значения токов в фазах одинаковы (Ia=Ib=Ic), а векторы токов направлены под углом 120° друг относительно друга. Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричной нагрузки представлена на рис.3. Если в качестве приемников используются резисторы, векторы токов в фазах приемника совпадают по направлению с векторами фазных напряжений. Ток в нейтральном проводе, определяемый как векторная сумма фазных токов будет равен нулю т.к. векторы фазных токов образуют симметричную тройку векторов. Таким образом, при симметричной нагрузке надобность в нейтральном проводе отпадает.

При несимметричной нагрузке режим работы цепи будет различным в зависимости от наличия или отсутствия нейтрального провода. В четырехпроводной цепи, т.е. с нейтральным проводом обеспечивается симметрия фазных напряжений приемника вследствие их равенства фазным напряжениям генератора, следовательно

Векторы фазных токов не будут симметричными вследствие различия сопротивлений в фазах, что приводит к возникновению тока в нейтральном проводе. Векторная диаграмма напряжений и токов для четырехпроводной цепи при несимметричной нагрузке представлена на рис.4. Векторы фазных токов совпадают с векторами соответствующих фазных напряжений вследствие активного характера нагрузки. Ток IN в нейтральном проводе строится как векторная сумма фазных токов. Если при несимметричной нагрузке отключить нейтральный провод, то в полученной трехпроводной цепи нарушится равенство потенциалов нейтральных точек генератора и приемника и между ними возникнет разность потенциалов UnN , называемая напряжением смещения нейтрали.

Векторная диаграмма напряжений и токов для трехпроводной цепи при несимметричной нагрузке представлена на рис.5. Положение нейтральной точки приемника на векторной топографической диаграмме может быть определено графически по экспериментальным значениям фазных напряжений приемникаUa, Ub, Uc. Для этого из вершин треугольника АВС, образуемого векторами линейных напряжений, необходимо провести дуги радиусами, равными в выбранном масштабе фазным напряжениям приемника Ua, Ub, Uc .Точка пересечения дуг укажет положение точки n. Векторы, соединяющие точку n с вершинами треугольника, являются векторами фазных напряжений приемника Ua, Ub, Uc. Они связаны с фазными напряжениями генератора UА, UВ, UС следующими соотношениями:

Ua=UA-UnN ; Ub=UB-UnN ; Uc=UC-UnN

Векторы токов Ia, Ib, Ic совпадают по фазе с напряжениями Ua, Ub, Uc поскольку нагрузка является активной. В соответствии с первым законом Кирхгофа Ia +Ib,+ Ic =0.

Как следует из векторной диаграммы (рис.5) действующие значения фазных напряжений в разных фазах нагрузки неодинаковы, что неблагоприятно сказывается на работе потребителей и электрической энергии. По этой причине несимметричную нагрузку включают только в четырехпроводную цепь и в нейтральный провод не ставят предохранителей.

studfiles.net

19. В схеме звезда без нейтрального провода был симметричный режим и вдруг произошел обрыв фазного провода. Назовите, что изменилось и в какую сторону.

Звезда-звезда без нейтрального провода..

Короткое замыкание нагрузки в одной из фаз (Za=0). В этом режиме сопротивления нагрузки других фаз оказываются включенными под линейное напряжение , т.е. напряжения и токи в нагрузке возрастут враз. При этом смещение нейтрали станет равнымU0'0=Uф=UAO (рис. 10.4, б).

20. В схеме звезда с нейтральным проводом был симметричный режим и вдруг произошло короткое замыкание нагрузки в фазе а. Назовите, что изменилось и в какую сторону.

Короткое замыкание нагрузки в одной из фаз (Zа=0). Это тяжелый аварийный режим, приводящий к резкому возрастанию тока в этой фазе и в нейтральном проводе, что ведет к пожарам и перегоранию проводов на нагрузке, или нейтрального провода, который выполняют более тонким. После разрыва нейтрального провода возникает режим короткого замыкания нагрузки в одной из фаз, рассмотренный выше.

21. При каких условиях можно вести расчет трехфазной цепи «на одну фазу».

Трехфазная цепь является частным случаем разветвленной цепи переменного тока, и для ее расчета могут быть применены рассмотренные выше методы расчета. Для симметричных трехфазных цепей расчеты упрощаются.

Звезда-звезда. Простейшее соединение симметричной нагрузки получим, включив одинаковые приемники Z между каждой фазой и нейтралью. Такая цепь с выбранными положительными направлениями токов показана на рис. 9.3, а, где Zф – сопротивления соединительных фазных проводов, 0 и 0 – нейтральные (нулевые) точки генераторов и нагрузки, Z0 – сопротивление соединяющего их нейтрального провода. Естественно предположить из соображений симметрии, что токи в фазных проводах (одинаковы по величине и последовательно смещены по фазе на 120, т.е. , а ток в нейтральном проводепоскольку 1+а+а2=0. Но если это так (т.е. IN=0), то потенциалы точек 0 и 0' совпадают. Следовательно, полное фазное напряжение генератора подается на последовательно включенные сопротивления Zф и Z и по закону Ома

Это позволяет вести расчет для одной фазы. В других фазах токи и напряжения будут такие же, но сдвинуты на угол 120˚. При этом в схеме для расчета на одну фазу (рис.9.4,б) сопротивление в нейтральном проводе отсутствует, т.к. ток в нейтральном проводе симметричной трехфазной цепи равен нулю. Определив напряжения на сопротивлениях фазы

можно построить диаграмму напряжений для этой фазы (рис.9.4,в) или сразу диаграмму напряжений для трехфазной цепи (рис.9.4,г).

Рис. 9.4

Отсутствие тока в нейтральном проводе при симметричной нагрузке позволяет применять схемы «звезда-звезда без нейтрального провода» для заведомо симметричной нагрузки (например, для трехфазных двигателей). Расчет такой цепи выполняется аналогично рассмотренному выше: составляется схема для одной фазы, определяются напряжения на сопротивлениях фазы и затем строится векторная диаграмма трехфазной цепи.

Нагрузка включена треугольником. В этой схеме (рис.9.5,а) напряжения на фазах нагрузки равны линейным напряжениям генератора Uab =UAB= Uл. Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то линейные токи в нагрузке равны (рис.9.5,б)

Обычно векторную диаграмму токов строят, переместив фазные токи в центр тяжести треугольника фазных напряжений (рис. 9.5,в). Тогда линейные токи образуют треугольник (рис. 9.5, в).

Рис. 9.5

Для наглядности диаграмма (рис. 9.5,в) построена для случая, когда сопротивления нагрузки активные Z = R. Тогда фазные токи Iab, Ibc, Ica на диаграмме параллельны фазным напряжениям Uab, Ubc, Uca, а линейные токи Ia, Ib, Ic определяются как разность фазных токов и образуют треугольник, повернутый относительно треугольнику напряжения на угол 30о.

В тех случаях, когда сопротивление линейных проводов нельзя пренебречь (рис. 9.5, г), для расчета цепи заменяют схему треугольника на схему звезда. При этом сопротивление нагрузки в схеме звезда уменьшают в 3 раза. Получается схема аналогична схеме на рис. 9.4, в. Она также как и та рассчитывается на одну фазу. При этом сразу определяются линейные токи Ia, Ib, Ic. Фазные токи по модулю в √3раз меньше линейных и отстают от них на угол 30о.

studfiles.net

Электротехника. Трехфазные электрические цепи - Стр 2

Внутреннее сопротивление фаз генератора (источника) очень мало и им можно пренебречь. Тогда можно записать:

E&A=U&A; E&B=U&B; E&C =U&C ;

(3.6)

Т.е. фазные напряжения определяются значениями фазных ЭДС.

&	j00	;	&	− j1200	;	&	− j 2400
U A =Uфe		;	UB =Uфe		;	UC =Uфe	(3.7)

На векторной диаграмме они обозначаются теми же векторами, что и ЭДС (рис.3.9).

Рис. 3.9. Топографическая векторная диаграмма напряжений трехфазного генератора

Если принять потенциал нейтрали генератора ϕN =0 , то потенциалы

начал фаз будут равны фазным напряжениям источника:

U&A =ϕ A−ϕN=ϕ A; U&B =ϕB−ϕN=ϕB; U&C =ϕC−ϕ N=ϕC.

Тогда линейные напряжения равны разности фазных напряжений источника:

U&AB=ϕ A −ϕB =U&A−U&B; U&BC=ϕB −ϕC =U&B- U&C;
U&CA=ϕC −ϕA =U&C-U&A.	(3.8)

По уравнениям (3.7) и (3.8) построим топографическую векторную диаграмму (рис.3.9).

Каждой точке этой диаграммы соответствует определенная точка цепи. Вектор, проведенный между двумя точками топографической диаграммы, изображает по величине и фазе напряжения между соответствующими точками цепи.

Из векторной диаграммы видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична, т.е. линейные напряжения равны по величине

UAB= UBC= UCA(3.9)

и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° .

Соотношение по величине между линейным и фазным напряжениями легко определить по диаграмме (рис.3.9) из треугольника ANB.

U AB = 2U A cos 30o = 3U A

или	U Л = 3Uф , Uф =U Л	3	(3.10)
		3

Например, ГОСТ определяет следующие величины линейных и фазных напряжений для силовых цепей низкого напряжения:

UЛ = 660 В;UФ = 380 В;

UЛ = 380 В;UФ = 220 В;

UЛ = 220 В;UФ = 127 В.

Номинальными напряжением в трехфазных цепях считается линейное напряжение.

Два напряжения источника UЛ иUФ можно использовать только при выведенной нейтрали, то есть в четырехпроводной цепи.

5. Классификация приемников в трехфазной цепи.

Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть либо однофазными, либо трехфазными. К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д. К трехфазным приемникам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи. Причем, способ соединения фаз приемника не зависит от способа соединения фаз трехфазного генератора.

Приемники делятся на

• симметричные

Z a = Z b = Z c = Zejϕ

(3.11)

Комплексные сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой.

• несимметричные

Z a ≠ Z b ≠ Z c ≠ Ze jϕ (в общем случае).

Комплексные сопротивления фаз трехфазных приемников разные.

6. Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «Звездой»

Схема замещения трехфазной цепи при соединении фаз приемника «Звездой» приведена на рис.3.10. Здесь симметричный трехфазный источник представлен его зажимами A, B, C, N. К зажимам источника с помощью проводов линии передачи присоединены три фазы приемника, соединенные между собой способом «звезда».

Рис.3.10. Трехфазная цепь при соединении фаз приемника «звезда»

Задача расчета трехфазной цепи состоит в определении фазных и линейных токов при заданных напряжении трехфазного источника и сопротивлениях фаз приемника.

Фазными токами (Ia, Ib, Ic) называют токи в каждой фазе приемника. Положительное направление фазных токов принимают от начала к концу фазы в соответствии с фазными напряжениями.

Линейные токи – токи в линейных проводах (IA, IB, IC) . Положительное направление линейных токов принимают от источника к приемнику.

Как видно в схеме на рис. 3.10, при соединении фаз "звездой" линейные токи равны фазным.

При соединении фаз приемника «звездой» возникает ток в нейтральном проводе In , положительное направление которого принимают от приемника к источнику.

Рассмотрим четырехпроводную цепь с симметричной системой напряжений и несимметричной нагрузкой, когда Z a ≠ Z b ≠ Z c .

Фазные напряжения приемника при включенном нейтральном проводе будут равны фазным напряжениям источника, то есть

U&a=U&A; U&b=U&B; U&c=U&C.

Ток в фазах приемника можно определить по закону Ома для каждой

фазы:

U&a

U&b

U&c

I a =

Z a

;

Ib=

Z b

; Ic =

Z c

(3.12)

а значение тока в нейтральном

проводе

определяется

первым законом

Кирхгофа для нейтральной точки n:

I&N

= I&a

+ I&b

+ I&c

(3.13)

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рис.3.11. На векторной диаграмме построены векторы линейных и фазных напряжений, векторы фазных токов и вектор тока в нейтральном проводе в предположении, что приемник в общем случае несимметричный и каждая фаза преемника имеет активно-индуктивныйхарактер. Ток нейтрального провода определяется суммой фазных токов в соответствии с (3.13).

Рис. 3.11. Векторная диаграмма при соединении трехфазного приемника "звездой"

Особенности симметричного приемника, соединенного "звездой"

Построим векторную диаграмму напряжений и токов (рис.3.12). Примем сопротивление каждой фазы равным Z a = Z b = Z c = Ze jϕ = R + jX L (активно – индуктивный приемник,φ > 0).

Ток каждой фазы отстает на угол φ от соответствующего фазного напряжения и имеет одинаковую величину.

Рис. 3.12. Векторная диаграмма напряжений и токов при соединении фаз симметричного приемника в звезду.

Ток в нейтральном проводе в соответствии с (3.13) I&N = I&a + I&b + I&c .

Сложив векторы фазных токов, получаем I&N = 0 . Следовательнопри

соединении в звезду фаз симметричного приемника нейтральный провод не оказывает влияния на работу цепи и может быть исключен. Т.е. при симметричном приемнике может использоваться трехпроводная трехфазная цепь.

Трехфазная цепь при соединении приемника "звездой" без нейтрального провода называется трехпроводной (условное обозначение такого соединения

– (). Трехфазная цепь с нейтральным проводом называется четырехпроводной цепью ().

7. Значение нейтрального провода

Рассмотрим схему четырехпроводной трехфазной цепи (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема соединения фаз источника и приемника в звезду.

При достаточной протяженности нейтрального провода он обладает существенным сопротивлением, которое оказывает определенное влияние на работу цепи. Это учтено в схеме введением в нейтральный провод резистора с

сопротивлением нейтрального провода Z N . При появлении тока в нейтральном

проводе это сопротивление обуславливает дополнительное напряжение U&nN , которое искажает напряжения фаз приемника.

На основании II закона Кирхгофа для контура фазы А, обозначенного пунктиром можно записать

−U&A+U&a+U&nN=0

Для двух других фаз можно записать аналогичные уравнения, из которых получим:

U&a=U&A−U&nN; U&b=U&B−U&nN; U&c=U&C−U&nN.

(3.14)

Фазные напряжения источника образуют симметричную систему [см. уравнение (3.7)]. Очевидно, что при этом фазные напряжения приемника несимметричны.

Напряжение U&nN между нейтралями приемника и источника согласно методу узлового напряжения

U&nN

E&AY a+ E&BY b+ E&CY c

Y a +Y b +Y c +Y N

где

Y a =

; Y b =

; Y c

–

комплексные проводимости

фаз

Z a

Z c

приемника;

Z b

Y N =

– комплексная проводимость нейтрального провода.

Z N

Поскольку в соответствии с (3.6) напряжения фаз источника равны их

ЭДС, то выражение для U&nN

примет вид

U&nN

U&AY a+U&BY b+U&CY c

(3.15)

Y a +Y b +Y c +Y N

При небольшом сопротивлении нейтрального провода проводимость YN можно принять равной бесконечности. Тогда напряжениеUnN = 0, т.е. фазные напряжения приемника не искажаются и остаются симметричными, равными фазным напряжениям источника. С возрастанием сопротивления нейтрального провода напряжениеUnN также возрастает и фазные напряжения приемника искажаются в соответствии с (3.14) .

Зная фазные напряжения приемника, можно определить ток в каждой

фазе

U&a

U&b

U&c

I a

Z a

; Ib

Z b

; Ic

Z c

(3.16)

а значение тока в нейтральном проводе

I&N

U&nN

=Y NU&nN

(3.17)

Z N

или в соответствии с первым законом Кирхгофа

I&N= I&a+ I&b

+ I&c =I&A +I&B +I&C .

(3.18)

Роль нейтрального провода при симметричном приемнике

При симметричном приемнике сопротивления и проводимости фаз одинаковы:


Z a= Z b= Z c= Z ф= Zфe± jϕ				или	Y a =Y b =Y c =Y ф		(3.19)
В этом случае			Y ф(U&A+U&B+U&C)
	U&nN	=				=0.

			3Y ф +Y N
Сумма	фазных	напряжений			симметричного		источника:
U&A +U&B +U&C =0 и, следовательно,I&N				= 0 .
Кроме того, так как U&nN =0 , то из выражения (3.14) следует, что
	U&a=U&A; U&b=U&B;U&c=U&C.						(3.20)

Т.е. при симметричном приемнике, соединенном "звездой", нейтральный провод не оказывает влияния на его работу. При этом остается справедливым

&	=	&	&	U&Л		, полученное ранее для трехфазного
соотношение U Л	=	3Uф,	Uф=		3	, полученное ранее для трехфазного
					3

генератора.

Трехпроводная электрическая цепь при несимметричном приемнике, соединенном "звездой"

Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Соединение фаз звездой без нейтрального провода

При отсутствии нейтрального провода можно принять его сопротивление бесконечно большим, а проводимость равной нулю (Y N = 0 ).

При этом в соответствии с (3.15) напряжение смещения нейтрали UnN оказывается максимальным:

U&nN =U&AY a+U&BY b+U&CY c,

Y a +Y b +Y c

При этом искажения фазных напряжений приемника также максимальны. Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника

питания и U&nN (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Напряжение смещения нейтрали

При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали U&nN может изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемникаn на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемникаU&a ,U&b и U&с могут отличаться

друг от друга весьма существенно.

Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения приемника уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает несимметрию

ее фазных напряжений U&a ,U&b ,U&с и смещение ее нейтральной точкиn из

центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).

Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:

•выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке;

•подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в 3 раз меньше номинального линейного напряжения

трехфазной сети.

Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

8. Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «треугольником»

Схема замещения трехфазной цепи при соединении фаз приемника «треугольником» приведена на рис.3.16. Здесь симметричный трехфазный источник представлен его зажимами A, B, C, N. К зажимам источника с помощью проводов линии передачи присоединены три фазы приемника, соединенные между собой способом «треугольник». При этом в линии передачи три провода, соединяющие приемник с тремя зажимами источника А, В, С. Нейтральная точка источника не используется и нейтрального провода в такой трехфазной цепи нет.

Рис.3.16. Трехфазная цепь при соединении фаз приемника «треугольник»

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению.

UЛ = UФ.(3.21)

Пренебрегая сопротивлением линейных проводов, линейные напряжения потребителя можно приравнять линейным напряжениям источника питания:

U&AB=U&ab; U&BC=U&bc; U&CA=U&ac.

По фазам Z ab , Z bc , Z ca приемника замыкаются фазные токи

I&ab , I&bc и I&сa . Положительное направление фазных токов принимают от начала к концу фазы в соответствии с фазными напряжениями.

Условное положительное направление линейных токов I&A , I&B и I&C

принято от источников питания к приемнику.

Токи в фазах приемника определяются по закону Ома:

&	U&ab	&	U&bc	&	U&ca
I ab=	Z ab	; Ibc=	Z bc	; Ica=	Z ca	, .	(3.22)
	Z ab		Z bc		Z ca

В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Линейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a,b иc (рис 3.16)

I&A= I&ab− I&ca; I&B= I&bc− I&ab; I&C= I&ca− I&bc,

(3.23)

Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.21), получим

т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке.

studfiles.net

8.2. Трехфазная нагрузка, соединенная по схеме звезда

8.2.1. Общие сведения

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме звезда (рис. 8.2.1), то к сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные токи равны фазным и

определяются по закону Ома:

а ток в нейтрали равен векторной сумме этих токов: =

Рис. 8.2.1

При симметричных напряжениях U , U , U и одинаковых сопротивлениях R = R = RC = R токи I ,

I , I также симметричны и их векторная сумма (I ) равна нулю. Тогда

= U /R ; IN ≈0.

Если же сопротивления фаз нагрузки неодинаковы, то через нулевой провод протекает некоторый ток I а в схеме без нейтрали происходит смещение точки 0 на векторной диаграмме

напряжений. Это поясняется на векторных диаграммах (рис. 8.2.2).

а) симметричная нагрузка с нейтралью и без

6) несимметричная нагрузка с нейтралью

с в

Рис. 8.2.2.

Мощность трёхфазной нагрузки складывается из мощностей фаз: ∑Р = Р + Р + Р . Когда нагрузка симметричная и чисто резистивная, имеем

∑Р = 3 Р

•

U , вычислите мощности Р

и ∑Р , простройте векторные диаграммы.

• 8.2.3).

ав

аСр

'с

сО

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке: Активная мощность

∑Р=3·U · I ·cos ="3·U · I · cos

Реактивная мощность

∑Q=3·U · I · sin ="3·U · I · sin

∑S=3·U · I ="3·U · I

8.2.2. Экспериментальная часть

Задание

Для трехфазной цепи с соединением звезда при симметричной и несимметричной нагрузках измерьте с помощью мультиметра действующие значения токов I и IN, а также напряжений U и

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь с симметричной нагрузкой (R

= 1 кОм) согласно схеме (рис.

и и

Рис. 8.2.3

Измерьте напряжения и токи на нагрузке в схеме с нейтральным проводом и вычислите мощности. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 8.2.1.

• Уберите из схемы нейтральный провод (перемычку между точками N и 0) и повторите опыт.

нейп

Сит

7рал

метр

Н( а) с

ютр

ь алью

щная

наг/: юз не

I 1

Схема звезда		Нагрузка симметричная			Нагрузка несимметричная
		с нейтралью	без нейтрали	с нейтралью		без нейтрали
Фазные токи, ток нейтрали мА	IA
	IB
	IC
	IN
Линейн. напряжения, В	UAB
	UBC
	UCA
Фазные напря- жения, В	UA
	UB
	UC
Фазные мощности, мВт	РA
	Р B
	РC
Общая мощность, мВт	∑Р