Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Bondarenko_RGR_uchebn

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
5.44 Mб
Скачать

Отсюда следует, что Pa 500 Вт и Pr 500 ВАр – что и было получено выше. Активная мощность также определяется через сопротив-

ление R2:

 

 

 

 

I 2

 

 

 

2

10 (5 2)2

 

 

 

 

P

R

 

R I

 

500 Вт;

 

 

2

aR2

2

 

 

2 1

 

 

 

 

 

p(t) u

(t)i (t)

100

 

2 cos(2t) 10 cos(2t 135$) (знак минус стоит

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в соответствии с выбранной ориентацией i1(t)).

 

 

С учетом формулы cos

cosΕ

1 >cos(

 

Ε) cos( Ε)

и при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2t, Ε

2t 135$ получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

p(t)

 

1000

2

>cos( 135$) cos(4t 135$)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

cos(4t 135

$

 

 

 

 

 

500

2

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

500 500

2 cos(4t 135$)

500 500

2 cos(4t 45$).

 

Графики u1(t),

i1(t),

p(t)

 

представлены на рис. 2.7;

u (t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

100cos2t .

Рис. 2.7

Выводы и обобщения

1. Мгновенная мощность колеблется с двойной частотой (Ζ 4) около своего среднего значения Pa 500 Вт.

40

2. Заштрихованные «луночки» говорят об отрицательной полной мощности– вэтичастипериодаэнергиявозвращаетсяобратновисточник

u1(t); положительныечасти p(t) свидетельствуютонакопленииэнергии магнитного поля в L3 и потреблениив R 2 .

3. Средняя мощность Pср Pa U1I1 cos Μ и может обращаться вU1I1 при Μ 0, т. е. приниматьзначениеполноймощности. Дляданной цепи это возможно при совпадении начальных фаз напряжения и тока после добавления емкостного элемента и настройки цепи в резонанс.

4. Студенты должны четко себе представлять пять различных ипостасей одной и той же переменной величины:

u t

100

2 cos Ζt

U – мгновенные значения напряжения;

Um

100

2

 

– вещественная амплитуда (модуль комплексной

амплитуды);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

e j

u – комплексная амплитуда (вектор, фазор, на

U m

100

2

 

комплексной плоскости);

 

 

 

 

 

 

U – действующее значение (модуль комплекса действующего

значения);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ue j u

 

U m

 

 

– комплекс действующего значения напряжения.

U

 

 

 

 

 

2

 

 

5. Проверка мощности в цепи.

 

 

 

Полная комплексная мощность источника:

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

2e j135$

 

 

P

 

 

 

U1 I1

( 100) 5

 

 

u

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е.

500

 

2(cos( 135$) j sin( 135$)

500 j500,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

500

Вт;

Pru

 

500

ВАр .

 

 

 

 

au

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Мощность катушки (см. выше) – Pr

500 ВАр.

Баланс налицо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¦Pai

 

 

Pau

PaR

0; ¦Prj

Pru Pr 0.

 

(i)

 

 

 

 

1

 

2

( j)

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль полной мощности (аппарентная мощность) составляет:

P Р2

P2

500 2 BA.

au

ru

 

1

1

 

 

41

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Анализ электрических состояний четырехпроводной осветительной сети при несимметричной нагрузке

Часть 1

Целью работы является определение электрических состояний осветительной сети при несимметричной нагрузке в двух режимах: при наличии нейтрального провода (рис. 3.1, выключатель S включен) и без него (выключатель выключен), а также принятие технических решений по созданию условий нормального функционирования осветительной установки.

Дляэтогонеобходимо: рассчитатьлинейныетокииактивнуюмощность трехфазнойсистемы с исправным нулевым(нейтральным) проводом; определить ток в нулевом проводе, построив в масштабе векторную диаграмму токов и фактические напряжения на зажимах фаз осветительного электропотребителя при оборванном нейтральном проводе; построить в масштабе векторную диаграмму напряжений сети и фактических напряжений на зажимах фаз потребителя; обобщить результаты анализа и предложить технические мероприятия по созданию условий нормального функционирования осветительной электроустановки при чистой активной нагрузке.

Исходныеданные: схемазамещения(см. рис. 3.1); линейныенапряжения Uл = 380 В; лампы накаливания включены по схеме «звезда», сопротивления фазных групп даны в таблице вариантов (табл. 3.1).

R

Рис. 3.1 42

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величинасопротивления,

Величина сопротивления,

 

п/п

 

Ом

 

п/п

 

Ом

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

 

8

 

 

RA

RB

RC

 

RA

RB

 

RC

 

1

10,0

10,0

90 000

28

»

1,25

 

»

 

2

»

»

50

29

»

0,77

 

»

 

3

»

»

25

30

»

0,5

 

»

 

4

»

»

16,66

31

»

0,25

 

»

 

5

»

»

10,0

32

»

0,125

 

»

 

6

»

»

12,5

34

»

0,0

 

»

 

7

»

»

6,66

 

RA

RB

 

RC

 

8

»

»

5,0

35

90 000

10,0

 

10,0

 

9

»

»

3,33

36

50

»

 

»

 

11

»

»

1,81

37

25

»

 

»

 

12

»

»

1,25

38

16,66

»

 

»

 

13

»

»

0,77

39

10,0

»

 

»

 

14

»

»

0,5

40

12,5

»

 

»

 

15

»

»

0,25

41

6,66

»

 

»

 

16

»

»

0,125

42

5,0

»

 

»

 

17

»

»

0,0

43

3,33

»

 

»

 

18

10,0

900 000

10,0

44

2,5

»

 

»

 

19

»

50

»

45

1,81

»

 

»

 

20

»

25

»

46

1,25

»

 

»

 

21

»

16,66

»

47

0,77

»

 

»

 

22

»

10,0

»

48

0,5

»

 

»

 

23

»

12,5

»

49

0,25

»

 

»

 

24

»

6,66

»

50

0,125

»

 

»

 

25

»

5,0

»

51

0,0

 

 

 

 

26

»

3,33

»

 

 

 

 

 

 

27

»

1,81

»

 

 

 

 

 

 

Сопротивлениямипроводовзаихмалостьюпосравнениюссопротивлениемфазпотребителяможнопренебречь. Номинальнымсопротивлением фазы А является сопротивление активного характера величиной в 10 Ом, которое было замерено в рабочем состоянии установки. Поло-

жим, что rВ 10 Oм и rС 100 Oм.

При обобщении результатов нужно найти возможные неисправности электропотребителя, воспользовавшись диагностическим треугольником (рис. 3.4) и табл. 3.2.

43

Алгоритм расчета

1. Анализ режима работы осветительной установки при наличии нейтральногопровода и симметричных напряжений на зажимах фаз потребителя (расчет – классическим методом).

1.1. Фазное напряжение Uф

Uл

380

220 В.

3

 

3

1.2. Линейные токи:

 

 

 

 

 

 

Uф

 

 

 

 

 

 

 

I A

220

 

22 А;

 

rA

10

 

 

 

 

 

 

IВ

Uф

220

 

22 А;

 

r

 

 

10

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

IС

Uф

220

2,2 А.

 

r

 

100

 

 

С

 

 

 

 

 

 

1.3. Мощности преобразования энергии в фазах потребителя:

РA = Uф IA = 220 22 = 4840 Вт;

РВ = Uф IВ = 220 22 = 4840 Вт;

РC = Uф IC = 220 2,2 = 484 Вт.

1.4. Мощность потребления энергии осветительной установкой:

Р = РА + РВ + РС = 4840 + 4840 + 484 = 10 164 Вт.

1.5. ДействующеезначениетокавнейтральномпроводеIN находится

по векторной диаграмме токов, построенной на основе 1-го закона

ξ ξ ξ ξ

Кирхгофа для узла 0 ( I I A I B I C ) . Из векторной диаграммы

(рис. 3.2) видно, что I 28 А.

2. РежимобрывапроводаN. ВыключательS выключен. Напряжения

сети принимаются симметричными. Расчет – символическим методом.

ξ

2.1. Направим вектор фазного напряжения сети (источника) U A по оси действительных чисел (см. рис. 3.2).

ξ

 

 

U A

220 B;

 

ξ

 

 

U B 220e j120$ 220( 0,5 j0,5

3) 110( 1 j 3);

ξ

 

 

U С 220e j240$

220( 0,5 j0,5 3).

Рис. 3.2

2.2. Комплексные сопротивления и проводимости отдельных фаз:

Z A # RA 10 Ом;

ZB # RB 10 Ом; ZC # RC 100 Ом;

YA

Z A1

10 1

0,1 Ом 1 ;

Y

Z 1

10 1

0,1 Ом 1 ;

В

В

 

 

Y

Z 1

100 1

0,01 Ом 1 .

С

С

 

 

2.3. Комплексныесопротивлениеипроводимостьоборванногонейтрального провода:

ZN φ ; YN Z N1 0.

2.4. Комплексное напряжение между нулевой точкой потребителя 0 и нейтральным зажимом сети N

 

ξ

 

 

ξ

ξ

ξ

 

 

U A YA U B YB UC YC

 

U N 0

 

 

YA

YB YC

 

 

220 [0,1 0,5 j0,5 3

0,1 0,5 j0,5 3 0,01]

 

 

 

0,1 0,1 0,01

 

 

 

 

 

47,14285 j81,6538 В.

U N 0

 

47,142852 81,65382

94,28568 B.

2.5. Напряжения на зажимахфазосветительной электроустановки:

ξχ

 

ξ

ξ

 

U A

 

U A U N 0

220 47,143 j81,654 172,857 j81,654;

ξ

χ

ξ

ξ

220 0,5 j0,5 3 47,143 j 81,654

U

В

U В U N 0

157,143 j108,872 B;

44

45

ξ

χ

ξ

ξ

220 0,5 j0,5

 

 

3 47,143 j81,654

U

С

UС U N 0

 

 

 

 

 

 

157,143 j272,179

B;

 

 

 

 

χ

172,958

2

81,654

2

191,173

В;

 

 

 

U A

 

 

 

 

 

 

χ

157

2

108,872

2

 

 

191,173 В;

 

 

 

U B

 

 

 

 

 

 

 

χ

157,145

2

272,179

2

314,265

В.

 

 

 

UC

 

 

 

2.6. Построение векторной диаграммы напряжений сети и потребителя – по результатам пп. 2.4 и 2.5 (рис. 3.3).

Указание. Построение диаграммы следует начинать с напряжений

ξ

сети, длину вектора U A в масштабе (5,5 В в 1 мм) разместить по оси действительных чисел.

Рис. 3.3

ξ

ЗатемтребуетсяпополученнымрезультатампостроитьвекторU χ

N 0

и найти точку 0χ, которая является теперь фактической нулевой точкой осветительногопотребителяиопределяетнесимметричнуютрехфазную звездуфактическихнапряжениймеждуклеммамифазэлектроустановки.

Извекторнойдиаграммы(см. рис. 3.3) ирезультатоврасчетапоп. 2.5 следует, что напряжения на зажимах фаз потребителя несимметричны:

U A' 191 B; U B' 191 В; UC' 314 В.

2.7. Линейные токи при наличии явления «смещения нейтрали» потребителя:

IA'

U A' Z A1

191 10 1

19,1 A;

IВ'

U В' ZB 1

191 10 1

19,1 A ;

IC'

UC' ZC 1

314 100 1

3,14 A.

2.8. Мощности потребления энергии фазами электроустановки:

P'

U

'

 

I

'

191 19,1

3648,1 Вт;

А

 

A

 

A

 

 

P'

U '

 

I

'

191 19,1

3648,1 Вт;

B

 

B

 

B

 

 

P'

U '

 

I '

 

314 3,14

985,96 Вт.

C

C

 

C

 

 

2.9. Мощностная электрическая нагрузка потребителя на сеть

P' P'

P'

P'

3648,1 3648,1 985,96 8282,16 Bт.

A

B

C

 

3. Обобщение и технические мероприятия по нормальному функционированию осветительной электроустановки.

3.1.Несимметричная нагрузка трехфазного электропотребителя, соединенногозвездой, на четырехпроводнуюсетьтрехфазноготока возникает при неравенстве сопротивлений отдельных его фаз. При несимметричнойнагрузкевнейтральномпроводепоявляетсязначительныйток

(IN = 20 А). Такойтокможетпривестикаварийнымситуациям, прикоторых нейтральный провод может оказаться оборванным.

3.2.При обрыве нейтрального провода сетии несимметричнойнагрузке со стороны потребителя возникает явление «смещения нейтрали», при котором нулевая точка потребителя под действием междуузло-

вого напряжения UN0 = 94,3 В смещается по отношению к нейтральной точке сети (источника), и фактические напряжения на зажимах фаз потребителя при сохранении симметрии напряжений сети становятся не-

симметричными: U A' 191 В, U B' 191 В и UC' 314 В. Следовательно, электролампы с номинальнымнапряжением220 Ввфазах Аи Всветятслабо, а вфазе С– ярко. ЛампыфазыСбыстровыходятизстроя, так как превышение величины напряжения сверх номинальной на 42,7 % существенно сокращает срок их службы.

46

47

Из полученных результатов видно, что фазные напряжения на зажимахтрехфазногопотребителя, соединенногозвездой без нейтрального провода, не могут быть больше линейных напряжений сети.

3.3.Мощностнаянагрузканесимметричнойосветительнойустановкинасетьтакженеостаетсянеизменной: приналичиинейтральногопровода она составила 10,164 кВт, а при его отсутствии – всего 8,282 кВт, что на 1882 Вт меньше исходной.

3.4.Подиагностическомутреугольнику(рис. 3.4) итабл. 3.2 можно видеть, чтофазаСпотехническомусостояниюблизкакобрыву. Относительныекоординатынулевойточкипотребителяравны+0,21426 и–j0,37,

иона располагается ближе к области D (рис. 3.5), а относительное сопротивление фазы С в 10 раз превышает норму.

Таблица 3.2

Диагностическиепараметрыэлектрическогосостояния трехфазногоосветительногопотребителя, соединенного звездой безнулевого провода

Ре-

Состояние

Относительные

Об-

Относительные

жи-

потребителя

координаты

ласти

сопротивления фаз

мы

 

 

нейтральной точки

точек

потребителя

 

 

 

потребителя,

в пло-

 

 

 

 

 

 

ξ

ξ

щади

 

 

 

 

 

 

U Nм U N 0/U ф

 

 

 

 

 

 

тре-

 

 

 

 

 

 

 

 

уголь-

 

 

 

 

 

 

 

 

ника

 

 

 

 

 

 

 

 

АВС

 

 

 

 

 

 

Действи-

Мнимая

 

rA /rн

rВ /rн

rC /rн

 

 

 

тельная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Нормальная

 

 

 

 

 

 

 

работа, сим-

ρ0,0

ρj0

0

1

1

1

 

метричный

 

 

 

 

 

 

 

режим

 

 

 

 

 

 

 

2

Обрыв

А

–0,5

ρj0

E

φ

1

1

3

фазы

В

+0,25

j0,433

F

1

φ

1

4

 

С

+0,25

j0,433

D

1

1

φ

5

Корот-

А

+1,0

ρj0,00

А

0

1

1

6

кое за-

В

–0,5

j0,866

В

1

0

1

7

мыкание

С

–0,5

j0,866

С

1

1

0

 

фазы

 

 

 

 

 

 

 

8

Увели-

А

–0,5 < 0

ρj0,00

E–0

φ–1

1

1

9

ченное

В

+0,25 > 0

+j0,433 > 0

F–0

1

φ–1

1

10

сопро-

С

+0,25 > 0

j0,433 < 0

D–0

1

1

φ–1

 

тивление

 

 

 

 

 

 

 

 

фазы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончаниетабл. 3.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ре-

Состояние

Относительные

Об-

Относительные

жи-

потребителя

координаты

ласти

сопротивления фаз

 

мы

 

 

нейтральной точки

точек

потребителя

 

 

 

 

потребителя,

в пло-

 

 

 

 

 

 

 

ξ

ξ

щади

 

 

 

 

 

 

 

U Nм U N 0/Uф

тре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уголь-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВС

 

 

 

 

 

 

 

Действи-

Мнимая

 

rA /rн

rВ /rн

rC /rн

 

 

 

 

тельная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

Умень-

А

0 < 1,00

ρj0,00

A–0

0–1

1

1

 

12

шенное

В

–0,5 <0

j0,866 < 0

B–0

1

0–1

1

 

13

сопро-

С

–0,5 < 0

+j0,866 > 0

C–0

1

1

0–1

 

 

тивление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фазы

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.4

3.5. В качестве технических мероприятий следует рекомендовать проверкуэлектрическогосостояниянейтральногопроводаиустранение его обрыва, замену сгоревших электроламп фазы С потребителя и проверку ее технического состояния.

48

49

Во время эксплуатации заданной осветительной электроустановки необходимо следить за симметрией нагрузки потребителя на сеть, не допускатьнесанкционированныхперегрузокинедогрузокотдельныхего фазипостоянноконтролироватьисправностьработынейтральногопровода системы.

Однимизспособовтакогоконтроляявляетсяпериодическийзамер величин электросопротивлений фаз потребителя и расчет узлового напряжения, например, с помощью микрокалькулятора по формуле

ξ

U N 0 ρ A ρ jB ,

где А – действительная составляющая узлового напряжения в символической форме:

А>Z A1 0,5 ZB1 ZC1 Z А1 ZB1 ZC1 1Uф ;

В– мнимая составляющая комплексного узлового напряжения:

B >0,5 0,3 ZC1 Z B1 Z А1 ZB1 ZC1 1Uф .

Другим способом контроля можно считать замер фактических напряженийназажимахработающегопотребителясотсоединеннымнейт-

ральным проводом U A' , U B' и U C' и построение смещенной точки 0' методом засечек с последующим применением диагностических параметров табл. 3.2 и треугольника (см. рис. 3.4).

Быстро и точно проверить результаты выполнения данной работы можно по тесту, который позволяет сравнивать положение нулевой точкипотребителясположением, полученнымстудентомподаннымсвоего варианта. Приэтомномерварианта(табл. 3.3) соответствуетномеруточки, расположенной на медиане треугольника АВС.

Комментарий

Варианты 6, 23 и 40 представляют симметричные режимы с номинальной нагрузкой. Варианты 1, 18 и 35 демонстрируют аварийные режимы обрыва фазпотребителя – соответственно фаз С, Ви А. Варианты 17, 33 и 51 показывают другие аварийные режимы – режимы короткого замыкания соответственно фаз С, В и А. Остальные варианты соответствуют промежуточным режимам несимметричной нагрузки.

Таблица 3.3

Удельныепроводимостифазпотребителя

Варианты

[ф

1, 18, 35

0,00

2, 19, 36

0,20

3, 20, 37

0,40

4, 21, 38

0,60

5, 22,39

0,80

6, 23, 40

1,00

7, 24, 41

1,50

8, 25, 32

2,00

9, 26, 43

3,00

10, 27, 44

4,00

11, 28, 45

5,50

12, 29, 46

8,0000

13, 30, 47

13,000

14, 31, 48

20,000

15, 32, 49

40,000

16, 33, 50

80,000

17, 34, 51

9 107

Примечание. Режимы работы потребителя с параметрами фаз: нормальный режим при симметричной нагрузке с единичной проводимостью фаз (ф = 1,0) (6, 23, 40); режим обрыва фазы при нулевой проводимостифаз(ф при бесконечной проводимости ее (ф = 9107 и более) (17, 34, 51); иные ненормальные режимы работы потребителя, при которых значения удельных проводимостей фаз могут колебаться в пределах [0,2–80,0].

Часть 2

В настоящей работе рассматривается расчет параметров трехфазнойцепиметодомкомплексныхамплитуд(МКА) сиспользованиемкомпьютерной программы с несимметричной нагрузкой.

1. Основные сведения из теории трехфазных цепей

Системой трехфазных цепей называется совокупность трех электрическихцепей, называемыхфазами, вкоторыхдействуюттриодинако-

50

51

вых по амплитуде и частоте синусоидальное (косинусоидальные) ЭДС, сдвинутые относительно друг друга на 120$ 2 Σ3 .

Мгновенные значения ЭДС каждой фазы имеют вид

еА (t) = Еm sin t;

еВ (t) = Еm sin (t – 2/3);

еС (t) = Еm sin (t + 2/3),

где Еm – амплитудные значения ЭДСфаз; t = 2f; f = 50 Гц – частота ЭДС. Комплексные действующие значения ЭДС фаз определяются

по формулам

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EA

EA ;

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

2Σ)

 

1

 

 

 

3

 

 

 

 

 

EB

EB exp( j

EB (

j

 

 

)

EB ( 0,5 j0,87);

2

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

2Σ)

 

1 j

 

3

 

 

 

 

E

E

C

exp( j

E (

 

)

E

C

( 0,5 j0,87);

 

 

C

 

 

 

3

C

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

ξ

ξ

 

 

 

 

 

 

причем легко установить, что EA EB EC 0.

 

 

 

Комплексные амплитуды определяются из

 

 

 

 

 

ξ

ξ

 

ξ

ξ

 

 

 

 

 

ξ

 

 

ξ

 

 

ЕA

ЕA

2; ЕB

ЕB 2; ЕC

 

 

ЕC 2 .

 

 

 

m

 

 

m

 

 

 

 

 

 

m

 

 

Как правило, источником трехфазной ЭДС является трехфазный трансформатор, три выходные обмотки которого соединяются по схеме «звезда» (рис. 3.5) и образуют нейтральную (нулевую) точку .

Рис. 3.5

52

На рис. 3.5 представлена трехфазная цепь источника и нагрузки, соединенных по схеме «звезда» с нейтральным проводом.

Сопротивления нагрузок фаз в комплексной форме записи

ξ

r ρ

 

ξ

r ρ

 

ξ

r ρ ,

Z

A

A

; Z

B

; Z

C

 

A

 

B B

 

C

C

где rA , rB , rC – активныесопротивлениянагрузок; хА, хB , хC – реактивные сопротивления нагрузок, причем знак «+» присваивается реактивным сопротивлениям катушек индуктивности, знак «–» – реактивным

сопротивлениям конденсаторов.

ξ ξ ξ

С учетом принятых направлений EA , EB , EC направлениявекто-

ξ

ξ

ξ

 

ξ

ξ

 

ξ

,

ров токов I A ,

IB ,

IC , падений напряжений на фазах U A

, UB

0

, U

C0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

ξ

ξ

ξ

 

 

 

 

 

падений напряжений на нагрузках U A ,

UB ,

UC показаны на рис. 3.5.

 

 

 

 

 

 

ξ

 

ξ

 

 

Направления векторов линейных падений напряжений U AB , UBC ,

ξ

UCA определяются по векторной диаграмме с учетом направлений векторов напряжений на фазах

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

 

ξ

ξ

 

ξ

U AB

U A

U B

; U BC

U B

UC

0

; UCA

UC

0

U A .

 

0

0

0

 

 

0

На рис. 3.5 векторы линейных напряжений даны в комплексной форме записи

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

 

ξ

ξ

 

ξ

U AB

U A

U B

; U BC

U B

UC

0

; UCA

UC

0

U A .

 

0

0

0

 

 

0

Длятрехфазнойцепи присоединениинагрузок посхеме «звезда» с нейтральнымпроводом и для варианта симметричнойнагрузки без нейтральногопроводадействующиезначенияфазныхилинейныхнапряжений определяются соотношением

U л 3Uф .

Падения напряжений на фазах в комплексной форме записи

ξ

ξ

 

 

 

3

 

ξ

 

 

3

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

÷

 

U A

U A ; U B

0,5

j

 

;

U C

0,5

j

 

(1)

UB

2

÷

UC

2

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

даются с учетом особенности выведенной на монитор компьютера вида векторной диаграммы.

Модули сопротивлений нагрузок фаз определяются по формулам

Z

A

r2

х2

;

Z

B

r2

х2

;

Z

C

r2

х2

;

 

A

A

 

 

B

B

 

 

C

C

 

токи фаз – по равенствам

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

ξ

 

U A

 

UB

 

UC

 

 

I

A

;

I

B

;

I

C

;

(2)

 

 

 

 

ξ

 

ξ

 

ξ

 

 

Z A

 

 

ZB

 

 

ZC

 

углысдвига фаз токовинапряженийцелесообразно определятьпотреугольнику сопротивлений

ΜА

arccos

rA

; ΜB

arccos

rB

; ΜC

arccos

rC

.

 

 

 

 

 

Z A

 

ZB

 

ZC

Согласно 1-му закону Кирхгофа ток нулевого провода

 

 

 

ξ

ξ ξ

ξ

 

(3)

 

 

 

I0

I A IB IC .

 

Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей отдельных фаз, реактивная мощность – сумме реактивных мощностей фаз:

P PA PB PC

U A I AсоsΜ A U B I BсоsΜB UC IC соsΜC ;

Q ρQA ρ QB ρ QC

ρU A IA sin ΜA ρ UB IB sin ΜB ρ UC ICсоsΜC ,

где U A , U В, UС , I A , I B ,

IC

– действующие значения напряжений

на фазах и токи нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная мощность фаз

 

 

 

 

 

 

S

A

P2 Q2 ;

S

B

P2

Q2

; S

C

P2

Q2 ;

 

A

A

 

B

B

 

C

C

полная мощность всей цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

P2 Q2 .

 

 

 

 

2. Расчет параметров трехфазной цепи при соединении нагрузок по схеме «звезда» с нейтральным проводом

Пример 1

Определитьтокифаз I A, I B , IC , токнейтральногопровода I0 , если

при напряжениях U A

U B

0

UC

0

на фазах сопротивления нагрузок

0

 

 

 

фаз имеют следующие значения (варианты заданий см. в табл. 3.4).

rA 80 Ом; хLA

50 Ом; rB 100 Ом;

хСВ

60 Ом;

rС

 

100 Ом (рис. 3.6).

Рис. 3.6

На рис. 3.6 нагрузки соединены по схеме «звезда» с нейтральным проводом.

Построить векторную диаграмму токов I A , IB , IC , I0 и падений

напряжений U A , U B , UC .

Оценить точность расчетов в сравнении с данными компьютерной программы MAZBAS.

Порядок расчета

1. Определить сопротивления фаз, их модулей и углов сдвига фаз токов

 

 

ξ

 

 

 

 

 

Z A

rA LA

(80 j50)

Oм;

Z

A

r2

х2

802 502

94,34 Oм;

 

A

LA

 

 

54

55

 

 

ΜА

 

arccos

rA

arccos

80

 

 

32$

;

 

 

 

Z A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

94,34

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z B

rB CB (100 j 60) Oм;

 

 

Z

B

r

2

х2

1002 602

116,62 Oм;

 

B

CB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΜВ

 

arccos

rB

 

arccos

100

 

 

31$

;

 

 

 

ZB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

116,92

 

 

 

 

 

ξ

r

 

90 Ом; Z 90 Ом; Μ

 

 

0$ .

Z

C

 

С

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.4

Вариантызаданийдля трехфазной цепи присоединениинагрузок посхеме «звезда» и «треугольник»

Uл = 220 В

rA

хLA

хCA

rB

хLB

хCB

rC

хCB

х

варианта

1

80

60

40

100

50

2

70

40

120

60

120

3

60

100

60

90

50

4

130

80

100

150

5

40

70

60

100

50

6

50

40

80

50

100

 

7

60

120

80

130

80

8

80

100

60

60

100

9

40

80

60

70

60

10

80

150

60

70

60

11

100

120

60

70

40

12

100

60

40

120

60

13

120

130

150

140

100

14

50

80

40

50

100

15

110

60

200

150

130

16

70

70

50

80

80

17

60

 

120

60

120

18

100

60

60

60

19

120

100

60

90

70

20

40

80

100

100

120

 

2. Определение падений напряжений на нагрузках фаз по уравне-

нию (1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U A

127 B;

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U B

U B ( 0,5 j

 

 

)

127( 0,5 j0,87)

( 63,5 j110,5)

B;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U C

UC ( 0,5 j

 

)

127( 0,5 j0,87)

( 63,5 j110,5)

B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение токов фаз по равенству (2):

 

 

 

 

ξ

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U A

127

 

 

 

127(80 j50)

 

 

 

 

 

I A

 

 

 

(1,14 j0,713) A;

 

 

 

 

ξ

 

 

80 j50

 

802 502

 

 

 

 

 

 

 

Z A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I A

 

 

 

1,142 0,7132

1,34

A;

 

 

 

ξ

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UB

( 63,5 j110,5)

( 63,5 j110,5)(100 j60)

 

 

 

IB

 

 

 

 

ξ

100

j60

 

 

1002 602

 

 

 

 

 

ZB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0,02 j1,09)

A;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IB

 

0,0022 1,092

1,188

A.

 

 

ξ

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UC

 

( 63,5 110,5) ( 63,5 j110,5)

 

 

 

 

 

 

 

 

IC

ξ

 

 

 

90

 

 

 

 

 

 

90

 

 

( 0,706 j1,23)

A;

 

 

 

ZC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC

 

0,7062 1,232

 

1,42

A.

 

 

 

4. Определение тока нейтрального провода по уравнению (3):

ξ

 

ξ

ξ

 

ξ

 

 

 

 

 

 

j0,713) (0,02 j1,09) ( 0,706 j1,25)

I

 

I A

I B I C

(1,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0,451 j0,552);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I0

 

0,4542 0,5522

 

0,71 A.

 

56

57

5. Исходя из особенностей и вида векторной диаграммы на мониторе компьютера, целесообразно использовать декартовую систему координат действительных (+1, –1) и мнимых (+j, –j) чисел при построении векторной диаграммы токов и падений напряжений для трехфазной цепи снейтральным проводом присоединении нагрузки посхеме «звез-

да» (рис. 3.7).

Рис. 3.7

Точность расчетов можно проверить по соответствию модулей токов I A , IB , IC , I0, видупостроеннойвекторнойдиаграммыивекторной диаграмме этой же задачи, выведенной на мониторе компьютера.

6. Расчет мощностей фаз и всей цепи. Активные мощности фаз:

PA

 

UA IA cosΜA

 

 

127 1,34 cos32,5$

144,3 Bт;

PB

 

UB IB cos ΜB

 

 

127 1,5 cos31$

163,3

Bт;

P

 

U

C

I

C

cosΜ

C

 

 

127 1,42 cos0$

180,3

Bт.

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реактивные мощности фаз:

 

 

 

 

 

 

QA

 

U A I A sin ΜA

 

127 1,34 sin 32,5$

91,89 BAр;

QB

UB IB ( sin ΜB )

 

127 1,5( sin 31$)

5,26 BAр;

 

 

 

 

 

 

Q

U

C

I

C

sin 0$

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

Полные мощности фаз:

 

 

SA

PA2 QA2

 

144,32 91,892

170,1 BA;

SB

PB2 QB2

 

163,32 (5,26)2

163,4 BA;

 

 

SC

180,3 BA.

 

Активная мощность всей цепи

 

P PA PB PC

144,3 163,3 180,3 487,9 Bт.

Реактивная мощность всей цепи

 

Q

QA QB QC

91,89 5,26

86,63 BAр.

Полная мощность всей цепи

 

S

P2 Q2

487,92 86,632

495,53 BA.

3. Расчет параметров трехфазной цепи при соединении нагрузок по схеме «звезда» без нейтрального провода

Отсутствие тока I0 и нейтрального провода приводит к межузловомунапряжению U N 0 , котороеопределяетсмещение нейтральнойточки 0 со стороны потребителя в точку 0χ (рис. 3.8).

Рис. 3.8

58

59

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]