Симметричная нагрузка.
При симметричной
нагрузке 
Ua = Uв = Uс = UА = UВ = UС = Uф
IA = IВ = IС = I
Сумма мгновенных значений токов всех трех фаз или геометрическая сумма векторов этих токов равны нулю (рис. 4).
Ток в нулевом проводе при четырехпроводной звезде будет отсутствовать. Следовательно, при симметричной нагрузке нет необходимости его подключать.
Рис. 4.
Несимметричная нагрузка.
В общем случае несимметричной нагрузки Za Zb Zс.
Несимметрия может быть вызвана неоднородностью или неравномерностью нагрузки.
Несимметричную нагрузку, соединенную «звездой», обычно подключают по четырехпроводной схеме, т.е. с нулевым проводом, так как при наличии нулевого провода, обладающего малым сопротивлением, несимметричная нагрузка не приводит к значительному изменению фазных напряжений. С некоторым приближением можно считать, что фазные напряжения остаются такими же, как и для случая симметричной нагрузки.
Ua = Ub = Uc = UА = UВ = UС
.
По нулевому проводу протекает уравнительный ток Io
Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке фаз (нагрузка активная, несимметрия создана неравномерностью нагрузки) с нулевым проводом представлена на рис. 5.
Рис. 5.
Отсутствие нулевого провода при несимметричной нагрузке нарушает нормальный режим работы установки.
Фазные токи изменяются и устанавливаются такими, чтобы сумма их была равна нулю. В результате этого происходит искажение симметрии фазных напряжений: фаза с меньшим сопротивлением оказывается под сниженным напряжением, а с большим сопротивлением – под повышенным, по сравнению с нормальным.
Векторная диаграмма при отсутствии нулевого провода представлена на рис. 6.
Рис. 6.
Построение диаграммы начинается с неизменного треугольника линейных напряжений.
Ноль генератора (N) определяется положением центра тяжести треугольника, т.к. фазные напряжения генератора симметричны. Нулевая точка нагрузки (n) определяется следующим образом: из точки А раствором циркуля, равным в масштабе величине измеренного фазного напряжения нагрузки
Отрезок Nn=U0
,
где 
—
комплексы действующих значений фазных
напряжений генератора;
Ya, Yb, Yс – комплексные проводимости фаз нагрузки.
При известном напряжении смещения нейтралей фазные напряжения приемника могут быть рассчитаны по формулам:
,
.В лабораторной работе рассматривается насколько случаев несимметричной нагрузки, в частности обрыв и короткое замыкание фазы приемника.
В случае обрыва
фазы А без нулевого провода при равных активных
сопротивлениях двух других фаз: 
,
;
Векторная диаграмма представлена на рис. 7.
Рис. 7.
В случае короткого замыкания фазы А:
Ua = 0, 
,
.Векторная диаграмма представлена на рис. 8.
Рис. 8.
Активная мощность трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей всех фаз.
.
Так как при симметричной нагрузке фаз и симметричной системе напряжений
.Так при соединении «звездой»
,
.Несимметричная нагрузка генераторов, причины, формула, методы уменьшения
Этот режим относится к ненормальным режимам работы генераторов, как и несинусоидальный и асинхронный режим.
Причины несимметричной нагрузки генераторов:
1. Большое содержание в нагрузке генератора однофазных потребителей
(эл.тяга, эл.печи и т.д.), режим потребления которых приводит к несимметрии токов в фазах.
2. Схемная несимметрия, т.е. нарушение симметрии самой схемы пере-дачи энергии, например, при ремонте фазы группы, работа через неполнофазную группу трансформаторов, обрыв провода линии, обрыв фазы трансформатора, невключение фазы выключателя и др. Известны многочисленные примеры применения неполнофазных режимов в энергосистемах при аварийных выходах из строя трансформаторных фаз или отдельных проводов ЛЭП. Известен почти двухлетний опыт эксплуатации Куйбышевской электропередачи в неполнофазном режиме ( передача энергии от ГЭС по пяти проводам из шести) при переводе ее с напряжения 400 кВ на 500 кВ, сопровождавшемся усилением изоляции линии и реконструкцией трансформаторов без прекращения работы передачи.
3. Несимметричные короткие замыкания.
Рассмотрим подробнее все эти случаи.
ПТЭ допускают длительную работу Г с неравенством токов в фазах при условии, что ни один из токов не превысит номинального тока статора, при этом несимметрия не должна превышать 12% для турбогенераторов, 20% для гидрогенераторов с косвенным воздушным охлаждением, 15% для Г/Г с непосредственным воздушным охлаждением, 10% для Г/Г с непосредственным охлаждением обмоток водой.
Несимметрию определяют как (IА — IB) *100/IA при условии, что IA =IC Iном, а IB < IA.
Почему же такие жесткие условия, если токи даже не превышают минальных значений.
При несимметричном режиме синхронизированные турбогенераторыв статоре возникают токи обратной последовательности, магнитное поле которых вращается относительно ротора с двойной частотой. Это поле индуктирует в замкнутых контурах ротора вихревые токи двойной частоты, вызывающие дополнительный нагрев элементов ротора, дополнительные потери, что и определяет допустимость несимметричного режима.
Вихревые токи индуктируются прежде всего в массивной бочке ротора Г, замыкаются через контактные поверхности между зубцами, клиньями, бандажными кольцами. Из-за выраженного поверхностного эффекта при двойной частоте глубина h проникновения в массив ротора магнитного поля и вихревых токов невелика, фактически эти токи протекают в тонком поверхностном слое бочки ротора h =O2r/wm, где r — удельное сопротивление материала, m — магнитная проницаемость, w -угловая частота вихревых токов.
Обычно h не превосходит 5-7 мм в зубцах и 10-15 мм в пазовых клиньях, что обусловливает значительное эквивалентное сопротивление ротора и большие добавочные потери и нагрев. Необходимо учитывать не только общий уровень добавочных потерь, но также и неравномерный характер их распределения на поверхности ротора. Вихревые токи замыкаются через контактные поверхности между зубцами, клиньями и бандажными кольцами. Эти контакты, расположенные вблизи торцевых поверхностей ротора, имеют повышенное сопротивление и вызывают появление местных значительных перегревов. Вот почему тепловое состояние торцевых зон ротора, где наблюдаются наибольшие температуры при несимметричной нагрузке статора, является основным критерием для определения допустимой
не симметрии
На рис.1 показано распределение температуры по длине ротора, и видно, что добавочный нагрев ротора с удалением от торцевой зоны быстро падает и на расстоянии 12-15 см уже невелик.
Главным источником тепла в торцевой зоне является роторная сталь, однако более низкая температура пазовых клиньев и их более высокая теплопроводность обусловливают направление теплового потока в сторону клиньев. Более низкая температура размягчения материала клиньев по сравнению со сталью приводит к тому, что именно они оказываются самым слабым звеном ротора, ограничивающим величину тока обратной последовательности, при котором нагрев будет безопасным.
В обмотку возбуждения (в том числе асинхронизированных турбогенераторов) вихревые токи из-за поверхностного эффекта проникают мало, дополнительный нагрев обмотки возбуждения происходит только за счет теплопередачи, и возникают дополнительные потери.
В табл.1 приводится распределение дополнительных потерь от токов обратной последовательности в турбогенераторах разных типов. Из таблицы видно, что в современных высокоиспользованных генераторах при тех же диаметрах ротора растут размеры проводников, и вихревые токи в большей степени проникают в обмотку возбуждения, относительные дополнительные потери растут.
Все вышеприведенные рассуждения относятся прежде всего к турбо-генераторам, роторы которых находятся в напряженном тепловом режиме, а их конструкция не способствует интенсивному отводу тепла добавочных потерь, вызванных несимметричным режимом статора.
У явнополюсных машин — гидрогенераторов, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей условия охлаждения ротора значительно лучше, чем у турбогенераторов, и поэтому по тепловому режиму эти машины допускают большие несимметрии по сравнению с турбогенераторами. Допустимая несимметрия у гидрогенераторов ограничивается не тепловым режимом ротора, а повышенной вибрацией, возникающей при появления поля обратной последовательности, создающего момент двойной частоты
Таким образом, эксплуатационный персонал должен следить за симметрией нагрузки по фазам. Релейная защита, реагирующая на токи обратной последовательности, срабатывает при несимметричных режимах, действует на сигнал, и нагрузка генератора должна быть уменьшена или приняты меры для симметрирования схемы.
При длительной схемной несимметрии (режим отключения одной фазы, например, трансформаторной группы при ремонтах) несимметрия столь значительна, что за счет снижения нагрузки не удастся уменьшить ток обратной последовательности до длительно допустимого значения. В этом случае включают в схему специальный симметрирующий реактор (рис.2). Значение реактивного сопротивления реактора определяется по выражению для тока I2:
I2 = -I1(Xo -Xсим/3) / (Xo+X2+Xсим/3).
Как видно из этого выражения, полная компенсация тока обратной последовательности I2, достигается при значении сопротивления симметрирующего реактора Xсим =3Xo.
Кроме длительно допустимой несимметрии необходимо знать способ-ность генераторов выдерживать кратковременные тепловые перегрузки ротора при несимметричных к.з. (например, для выбора уставок релейной защиты). В этом случае критерий допустимости несимметричного режима приводится в интегральной форме.
Физическая сущность критерия заключается в предположении, что при адиабатном нагреве некоторого тела заданного объема повышение его температуры будет одинаковым при разных токах, и длительности процесса, изменяющихся так, что количество тепла, сообщаемое телу, каждый раз остается тем же самым.
На основании специальных экспериментов и длительного опыта эксплуатации для роторов ТГ с косвенным охлаждением установлен следующий критерий термической стойкости при кратковременной перегрузке токами обратной последовательности: I22•t=30 с. При установлении этого критерия исходили из предельного допустимого нагрева торцевой зоны ротора в 200°С и из условий отсутствия повреждения элементов торцевой зоны.
Для Г с непосредственным охлаждением типа ТВФ этот критерий составляет 15 с, для ТВВ и ТГВ — 8 с.
Как уже неоднократно отмечалось, для Г с непосредственным охлаждением допустимая длительность несимметричного режима должна быть меньше при таком же токе I2, т.к. линейные нагрузки в этих генераторах больше, использование активных материалов выше.
Приведенные критерии термической стойкости роторов турбогенераторов можно лишь ориентировочно считать достаточными. В эксплуатации имели место случаи повреждения роторов с непосредственным охлаждением при затянувшихся несимметричных режимах. Ужесточение критериев нежелательно из-за трудностей согласования защит, поэтому заводы-изготовители вносят улучшения в конструкцию генераторов для повышения их термической стойкости.
К таким конструктивным мерам относятся:
1) изготовление пазовых клиньев из легированной меди, имеющей значительно более высокую температуру размягчения, чем дюралевые клинья;
2) применение в торцевой зоне роторов демпферных систем;
3) посадка бандажных колец на бочку ротора без изолирующих прокладок.
За рубежом ведущие фирмы также применяют развитые демпферные системы различных конструкций для защиты торцевых зон от вихревых токов, серебрение посадочных поверхностей, торцевое прижатие бандажей и т.д.
Для иллюстрации опасности несимметричного режима для турбогенераторов приведем описание случаев, имевших место в процессе эксплуатации.
При переводе генератора ТВ2-100-2 с одной системы шин на другую произошла поломка траверсы масляного выключателя, в результате чего генератор находился в течение 17 мин в глубоком несимметричном режиме. Повреждение торцевой зоны было настолько значительным, что бандаж приварился к зубцам, и его сначала не удалось снять. Бандажные кольца пришлось вырезать. После снятия бандажа были выявлены характер и размеры повреждений. Большой зуб и малые зубцы, прилегающие к нему, были оплавлены на глубину до 16 мм, а глубина термического влияния (закаленная зона) распространилась на глубину до 30 мм.
При осмотре генератора ТВФ-200-2, проработавшего длительно в несимметричном режиме, были обнаружены наплывы расплавленного дюралюминия на крайних пакетах сердечника статора. После выемки ротора были обнаружено вытекание клиньев из пазов. Объем повреждений: со стороны турбины в торцевой зоне выплавлено 11 клиньев и оплавлено 6 зубцов, со стороны контактных колец — 13 клиньев и 7 зубцов; на торцевых поверхностях выплавлено 4 канавки глубиной до 2 мм с одной стороны и 7 канавок глубиной до 3,5 мм — с другой. При этом термическое влияние проявилось на работоспособности колец и через некоторое время. Бандажные кольца были отремонтированы, а через 7 лет была выявлена трещина длиной 80 мм глубиной 20 мм.
Несимметричная нагрузка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Несимметричная нагрузка
Cтраница 1
Несимметричная нагрузка и несимметричные короткие замыкания рассматриваются в гл. [1]
Несимметричная нагрузка включается в трехфазную сеть звездой с нулевым проводом. При этом каждая фаза трехфазной цепи независима от других фаз. Напряжения на фазных нагрузках всех трех фаз одинаковы, несмотря на разные величины фазных нагрузок. [3]
Несимметричная нагрузка при соединении треугольником не нарушает симметрии фазных напряжений. [4]
Несимметричная нагрузка от этих электроприемников может возникнуть при неравномерном их распределении по фазам или же при неодновременности их включения даже при равномерном распределении по фазам. Могут иметь место случаи совпадения обоих этих факторов. [5]
Несимметричная нагрузка возможна из-за обрыва проводов воздушных линий, наличия однофазных электротяговых и электропечных установок, несимметричных коротких замыканий, неполнофаз-ного включения или отключения выключателя блока. Эта нагрузка повышает нагрев и увеличивает вибрацию машины. У турбогенераторов дополнительно нагреваются бочка ротора, обмотка возбуждения и бандажные кольца. У гидрогенераторов и синхронных компенсаторов происходит меньший нагрев и лучшее охлаждение благодаря тому, что у них роторы с явно выраженными полюсами. Как показали исследования, неравенство токов в отдельных фазах не должно превышать 10 % номинального тока для турбогенераторов и гидрогенераторов с жидкостным-охлаждением и 15 — 20 % для других гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Однако ток наиболее загруженной фазы не должен превышать номинальный. Если не удается уменьшить несимметрию токовой нагрузки до допустимой в течение 2 — 5 мин, генератор следует отключить. [6]
Несимметричная нагрузка возможна из-за обрыва проводов воздушных линий, наличия однофазных электротяговых и электропечных установок, несимметричных коротких замыканий, неполнофаз-ного включения или отключения выключателя блока. Такая нагрузка повышает нагрев и увеличивает вибрацию машины. У турбогенераторов дополнительно нагреваются бочка ротора, обмотка возбуждения и бандажные кольца. У гидрогенераторов и СК происходит меньший нагрев и лучшее охлаждение благодаря тому, что у них роторы с явно выраженными полюсами. Как показали исследования, неравенство токов в отдельных фазах не должно превышать 10 % номинального тока для турбогенераторов и гидрогенераторов с жидкостным охлаждением и 15 — 20 % для других гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Однако при этом ток наиболее загруженной фазы не должен превышать номинальный. [7]
Несимметричная нагрузка возможна из-за обрыва проводов воздушных линий, наличия однофазных электротяговых и электропечных установок, несимметричных коротких замыканий, неполнофаз-ного включения или отключения выключателя блока. Такая нагрузка повышает нагрев и увеличивает вибрацию машины. У турбогенераторов дополнительно нагреваются бочка ротора, обмотка возбуждения и бандажные кольца. У гидрогенераторов и СК происходит меньший нагрев и лучшее охлаждение, благодаря тому, что у них роторы с явно выраженными полюсами. Как показали исследования, неравенство токов в отдельных фазах не должно превышать 10 % номинального тока для турбогенераторов и гидрогенераторов с жидкостным охлаждением и 15 — 20 % для других гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Однако при этом ток наиболее загруженной фазы не должен превышать номинальный. [8]
Несимметричная нагрузка и несимметричные короткие замыкания рассматриваются в гл. [9]
Несимметричная нагрузка имеет место при неравномерном включении по фазам нагрузки, что приводит к различию токов в фазах генератора. Обычно это получается при включении однофазной нагрузки ( электрических печей, тяговых подстанций, осветительной нагрузки) в трехфазную сеть, а также при несимметричных коротких замыканиях. [11]
Несимметричная нагрузка и несимметричные короткие замыкания рассматриваются в гл. [12]
Несимметричная нагрузка Stc включается между двумя фазами. [13]
Несимметричная нагрузка трехфазной сети приводит к несимметричным падениям напряжения на внутренних сопротивлениях сети, в результате чего в точках подключения приемников появляется несимметрия напряжений. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Симметричная (равномерная) нагрузка фаз в трехпроводной цепи трехфазного тока
В случае симметричной системы напряжений и симметричной нагрузки фаз ток в нейтральном проводе равен нулю, а следовательно, нейтральный провод не нужен. Тогда получим трехпроводную цепь трехфазного тока (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Трехпроводная трехфазная цепь, соединенная «звездой»
Рис. 3.7. Векторная диаграмма напряжений и токов при чисто активной симметричной нагрузке фаз
Расчет трехфазной системы при симметричной нагрузке фаз (активно-реактивной) сводится к расчету лишь одной фазы:
,
,
,
.
Для чисто активной симметричной нагрузки (рис. 3.7)
,
,
.
Так как при симметричной нагрузке фаз
,
,
,
то активная мощность
.
Несимметричная (неравномерная) нагрузка фаз в трехпроводной цепи трехфазного тока.
В этом случае напряжения на фазах приемника будут неравны, соотношение Uл =√3Uф нарушится, а соотношение Iл = Iф останется справедливым и для этого случая.
Если замкнуть фазу «а« накоротко (рис. 3.8, а), т. е. сопротивление фазы «а« уменьшить до нуля (Ra = 0), то напряжение на фазе станет равным нулю, а напряжение на двух других будет равно линейному (рис. 3.8, б).
а)
б)
Рис. 3.8. Короткое замыкание фазы «а»: а — схема; б — векторная диаграмма
При Ra→∞ , что соответствует обрыву фазы «а» (рис. 3.9, а), напряжение на двух фазах при их одинаковой нагрузке будет равно половине линейного напряжения (рис. 9, б).
а) б)
Рис. 3.9. Обрыв фазы «а»: а — схема; б — векторная диаграмма
Когда сопротивления отдельных фаз неодинаковы (Ra≠Rb≠Rc) напряжения на фазах также будут различными (рис. 3.10). Следовательно, уменьшение или увеличение сопротивления отдельных фаз вызывает перераспределение всех фазных напряжений. Следует отметить, что соединение «звездой» без нейтрального провода при несимметричной нагрузке фаз обычно не применяется.
Активная мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей каждой из фаз
.
Рис. 3.10. Векторная диаграмма напряжений и токов в трехпроводной цепи трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы, записать их технические данные в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Техническая характеристика приборов и аппаратов
Наименование прибора | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
2. Собрать цепь без нейтрального провода, изображенную на рис. 3.11.
Рис. 3.11. Трехфазная электрическая система без нулевого провода
3. Для проверки собранной цепи пригласить преподавателя.
4. В фазах «b» и «с» установить постоянную нагрузку и поворотным выключателем, расположенным на панели стенда, включить цепь.
5. Изменять нагрузку в фазе «а» согласно табл. 3.2. После каждого включения ламп записывать показания приборов в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Результаты исследований трёхфазной электрической цепи без нейтрального провода.
Номер опыта | Число ламп в фазах | Результаты измерений | ||||||||||
a | b | c | А | А | А | В | В | В | В | В | В | |
1 | 0 | 3 | 3 | |||||||||
2 | 1 | 3 | 3 | |||||||||
3 | 2 | 3 | 3 | |||||||||
4 | 3 | 3 | 3 | |||||||||
5 | 4 | 3 | 3 | |||||||||
6 | 5 | 3 | 3 | |||||||||
7 | КЗ | 3 | 3 | |||||||||
,
,
,
,
,
,
,
,
,Собрать цепь для проведения опыта короткого замыкания фазы «а» (путем установки перемычки а — х) и показать ее преподавателю. Данные опыта также записать в табл. 3.2.
6. Собрать цепь с нейтральным проводом, изображенную на рис. 3.12, и показать ее преподавателю.
Рис. 3.12. Трехфазная электрическая система с нулевым проводом
7. Проделать опыты п. 5, для четырехпроводной трехфазной цепи (кроме опыта короткого замыкания) и данные записать в табл. 3.3.
8. Результаты опытов показать преподавателю.
9. С разрешения преподавателя разобрать цепь и привести в порядок рабочее место.
Таблица 3.3
Результаты исследований трёхфазной электрической цепи с нейтральным проводом.
Номер опыта | Число ламп в фазах | Результаты измерений | |||||||||||
a | b | c | А | А | А | А | В | В | В | В | В | В | |
1 | 0 | 3 | 3 | ||||||||||
2 | 1 | 3 | 3 | ||||||||||
3 | 2 | 3 | 3 | ||||||||||
4 | 3 | 3 | 3 | ||||||||||
5 | 4 | 3 | 3 | ||||||||||
6 | 5 | 3 | 3 | ||||||||||
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,10. Составить отчет о работе.
Отчет должен содержать следующие основные разделы:
— цель работы;
— схемы опытных установок;
— технические характеристики приборов и аппаратов;
— таблицы измерений;
— векторные диаграммы напряжений и токов для заданных преподавателем опытов;
— выводы.
Несимметричная нагрузка.
В общем случае несимметричной нагрузки Za ¹ Zb ¹ Zс.
Несимметрия может быть вызвана неоднородностью или неравномерностью нагрузки.
Несимметричную нагрузку, соединенную «звездой», обычно подключают по четырехпроводной схеме, т.е. с нулевым проводом, так как при наличии нулевого провода, обладающего малым сопротивлением, несимметричная нагрузка не приводит к значительному изменению фазных напряжений. С некоторым приближением можно считать, что фазные напряжения остаются такими же, как и для случая симметричной нагрузки.
Ua = Ub = Uc = UА = UВ = UС
.
По нулевому проводу протекает уравнительный ток Io
Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке фаз (нагрузка активная, несимметрия создана неравномерностью нагрузки) с нулевым проводом представлена на рис. 5.
Рис. 5. Векторная диаграмма приемника «звезда» с нулевым проводом
Отсутствие нулевого провода при несимметричной нагрузке нарушает нормальный режим работы установки.
Фазные токи изменяются и устанавливаются такими, чтобы сумма их была равна нулю. В результате этого происходит искажение симметрии фазных напряжений: фаза с меньшим сопротивлением оказывается под сниженным напряжением, а с большим сопротивлением – под повышенным, по сравнению с нормальным.
Векторная диаграмма при отсутствии нулевого провода представлена на рис. 6.
Рис. 6. Векторная диаграмма приемника «звезда» без нулевого провода
Построение диаграммы начинается с неизменного треугольника линейных напряжений.
Ноль генератора (N) определяется положением центра тяжести треугольника, т.к. фазные напряжения генератора симметричны. Нулевая точка нагрузки (n) определяется следующим образом: из точки А раствором циркуля, равным в масштабе величине измеренного фазного напряжения нагрузки Uа, делается засечка. Такие же засечки выполняются из точки В раствором циркуля Uв, из точки С – раствором Uс. Точка пересечения засечек и является нулем нагрузки. Соединяя нулевую точку с концами фаз генератора (т.т. А, В, С), построим фазные напряжения нагрузки Uа, Uв, Uс. В зависимости от характера нагрузки проводятся векторы токов. На рис. 6 представлена векторная диаграмма неравномерной активной нагрузки.
Отрезок Nn=U0 – напряжение смещения нейтралей может быть замерено вольтметром или рассчитано по формуле
,
где — комплексы действующих значений фазных напряжений генератора;
Ya, Yb, Yс – комплексные проводимости фаз нагрузки.
При известном напряжении смещения нейтралей фазные напряжения приемника могут быть рассчитаны по формулам:
, , .
В лабораторной работе рассматривается насколько случаев несимметричной нагрузки, в частности обрыв и короткое замыкание фазы приемника.
В случае обрыва фазы А без нулевого провода при равных активных сопротивлениях двух других фаз: ,
; ;
Векторная диаграмма представлена на рис. 7.
Рис. 7. Векторная диаграмма при обрыве в фазе А
В случае короткого замыкания фазы А:
Ua = 0, , , .
Векторная диаграмма представлена на рис. 8.
Рис. 8. Векторная диаграмма при КЗ в фазе А
Активная мощность трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей всех фаз.
.
Так как при симметричной нагрузке фаз и симметричной системе напряжений Ua = Ub = Uс = Uф; UАВ = UВС = UСА = UЛ; cosφa= cosφb= cosφc= cosφф, то активная мощность трехфазного тока равна .
Так при соединении «звездой»
; , .
Программа работы.
(Программа: «Elektroniks Workbench».)
Собрать рабочую схему согласно рис. 9:
Для этого вывести на экран:
3 источника переменной ЭДС и сопротивления согласно варианта из набора элементов;
4 амперметра, 7 вольтметров из «окошка».
Рис. 9. Схема лабораторной установки
1.2. Установить напряжения и углы сдвига фаз в источниках питания:
А – 220 /50 Hz/ 0 Deg;
В – 220 /50 Hz/ 240 Deg;
С – 220 /50 Hz/ 120 Deg.
1.3. Все измерительные приборы перевести в режим работы переменного тока – дважды нажав на клавишу «мыши», перевести режим работы с DС на АС.
1.4. Установить значения сопротивлений согласно варианту (таблица 1). Для этого дважды нажав на сопротивление, изменить значение сопротивления и установить размерность – Ом (Ω).
1.5. Выполнить необходимые соединения.
2. При включенном нейтральном проводе произвести измерение фазных и линейных напряжений, фазных токов и вычислить мощности. Результаты измерений занести в таблицу 3.
3. Отключить нейтральный провод. Произвести измерение тех же величин и напряжение смещения нейтралей V0.
4. Включить в каждую фазу дополнительно либо емкостные, либо индуктивные сопротивления. Дважды нажав на сопротивление установить значение индуктивности или емкости согласно варианту (таблица 1). Рассчитать значения реактивных сопротивлений. Измерить фазные напряжения, токи и рассчитать мощности при наличии нулевого провода и без него. Определить коэффициент мощности приемника.
5. Установить с помощью активных емкостных и индуктивных сопротивлений несимметричную нагрузку согласно варианту (таблица 2). При включенном нейтральном проводе измерить фазные напряжения, токи. Рассчитать мощности. Измерить ток в нейтральном проводе.
6. Не меняя сопротивления фаз, отключить нейтральный провод, измерить фазные напряжения, токи, рассчитать мощности. Измерить напряжение смещения нейтрали.
7. Измеряя активные сопротивления фаз или полные сопротивления фаз, установить одинаковые токи в фазах (равномерная нагрузка). Измерить фазные напряжения, токи при наличии нулевого провода и без него. Рассчитать мощности.
8. При включенном нейтральном проводе довести сопротивление одной фазы до ∞ (отсоединить эту фазу от нейтральной точки приемника). Произвести измерения фазных токов, напряжений, тока в нейтральном проводе. Рассчитать мощности.
9. Не изменяя сопротивлений фаз, отключить нейтральный провод. Измерить фазные напряжения, токи, напряжение смещения нейтрали. Рассчитать мощности.
10. При отключенном нейтральном проводе, восстановить схему, затем замкнуть одну фазу отдельным проводом накоротко (Zф = 0). Измерить фазные напряжения, токи, напряжение смещения нейтралей V0. Рассчитать мощности.
11. Для всех пунктов таблицы измерений построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов.
Симметричная нагрузка
Таблица 1
| Варианты Сопротивления | ||||||||||
| R, Ом | ||||||||||
| L, мГн | ||||||||||
| С, мкФ |
Несимметричная нагрузка
Таблица 2
| № варианта | La | Lb | Lc | Ca | Cb | Cc | Ra | Rb | Rc |
| мГн | мкФ | Ом | |||||||
| 60 40 70 | |||||||||
| 50 60 75 | |||||||||
| 40 50 65 | |||||||||
| 50 70 80 | |||||||||
| 45 60 90 | |||||||||
| 60 70 60 | |||||||||
| 40 100 50 | |||||||||
| 60 40 30 | |||||||||
| 80 40 40 | |||||||||
| 50 60 90 |
Таблица измерений
| Режим нагрузки | Схема со-единения | UАВ | UВС | UСА | Uа | Ub | Uc | U0 | IА | IВ | IС | I0 | Pа | Pb | Pc |
| B | B | B | B | B | B | B | A1 | A1 | A1 | A1 | Bm | Bm | Bm | ||
| 1.Cиммет-ричная активная нагрузка | а) с ней-тральным проводом | ||||||||||||||
| в) без ней-трального провода | |||||||||||||||
| 2. Симмет-ричная активно-реактивная нагрузка | а) с ней-тральным проводом | ||||||||||||||
| в) без ней-трального провода | |||||||||||||||
| 3. Несим-метричная нагрузка | а) с ней-тральным проводом | ||||||||||||||
| в) без ней-трального провода | |||||||||||||||
| 4. Несим-метричная равномер-ная нагрузка | а) с ней-тральным проводом | ||||||||||||||
| в) без ней-трального провода | |||||||||||||||
| 5.Отключе-ние (обрыв) фазы | а) с ней-тральным проводом | ||||||||||||||
| в) без ней-трального провода | |||||||||||||||
| 6. Короткое замыкание | в) без ней-трального провода |
Контрольные вопросы
1. Что называется соединением «звездой» приемников энергии?
2. Что называется фазным и линейным напряжением приемника? Как измеряются они в лабораторной работе?
3. Что называется фазным и линейным напряжением, током? Каково соотношение между ними?
4. Что такое симметричная и равномерная нагрузки? В чем их отличие?
5. Что такое смещение нейтральной точки приемника? Когда оно возникает? Как измерить напряжение смещения?
6. Почему при несимметричной нагрузке с нейтральным проводом (Zн = 0) система фазных напряжений приемника остается симметричной? Какой при этом является система токов (поясните по векторной диаграмме)? Как определяется величина тока I0?
7. Как по векторной топографической диаграмме определить напряжение смещения нейтрали?
8. Как зависит величина напряжения смещения нейтралей от сопротивления нейтрального провода? Когда оно наибольшее?
9. По какой формуле определяется напряжение смещения нейтралей? Вычислите это напряжение для случаев обрыва фазы без нулевого провода и короткого замыкания фазы. Сравните полученные результаты с данными измерений.
10. Как изменяются фазные напряжения и токи, если при симметричной нагрузке четырехпроводной трехфазной системы произойдет обрыв нулевого провода или одного из линейных проводов?
11. Как отразится на значениях фазных напряжений обрыв нулевого провода при несимметричной нагрузке четырехпроводной трехфазной системы?
12. Как определить мощность, потребляемую симметричным трехфазным приемником?
13. Как определить мощность, потребляемую несимметричным трехфазным приемником?
14. Начертите векторную диаграмму напряжений и токов для симметричной чисто емкостной нагрузки.
Литература
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Л.А. Бессонов — М.: Гардарики, 2002 .- 241с.
2. Борисов Ю.М. Электротехника / Ю.М. Борисов – М.: Энергоиздат, 1985.- 179с.
3. Попов В.П. Основы теории цепей / В.П. Попов – М.: Высшая школа, 1985 .- 269с.
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
§ 10. Трифазний струм
В системе производства и потребления электроэнергии широкое распространение получила трехфазная система переменного тока. Она обеспечивает экономичную передачу энергии, позволяет создавать и использовать надежные в работе и простые по устройству электродвигатели, генераторы и трансформаторы.
Рис. 40. Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы эдс (а) и векторная диаграмма (б) |
Трехфазная система представляет собой совокупность трех электрических цепей переменного тока одной частоты, эдс которых сдвинуты по фазе на 1/3 периода.
► Обычно амплитуды этих эдс равны, т. е. система симметрична.
На рис. 40, а дана временная диаграмма таких эдс: еА, eB, еC, на рис. 40, б — их векторная диаграмма.
Каждую отдельную цепь трехфазной системы называют фазой.
Электроприемники и обмотки источников энергии в трехфазных системах могут быть включены звездой или треугольником (рис. 41).
Соединение приемников звездой. При соединении фаз приемников звездой напряжения на их зажимах называют фазными Uф (UA, UB, UC), а напряжения между линейными проводами — линейными Uл (UAB, UBC, UCA). На рис. 41, а указаны линейные и фазные напряжения, а на рис. 42 построена векторная диаграмма для симметричной системы питающих напряжений.
Рис. 41. Схемы соединений трехфазной цепи |
Рис. 42. Векторная диаграмма напряжений при соединении приемника энергии в звезду |
Соотношения между векторами фазных и линейных напряжений следующие:
Для симметричной системы
При соединении приемников звездой трехфазная система бывает четырехпроводной (так включают осветительные и бытовые приборы, однофазные двигатели и т. д.) или трехпроводной (трехфазные двигатели, индукционные печи и др.).
Для четырехпроводной системы (рис. 41, а), где приемники включены между нейтральным проводом и каждым из линейных проводов, можно записать:
Мгновенное значение тока в нейтральном проводе
Действующее значение тока в нейтральном проводе определяется геометрическим сложением векторов фазных токов:
Нагрузка всех трех фаз называется симметричной, если ток в них одинаков и равны сдвиги фаз между фазными напряжениями и токами.
При симметричной нагрузке сумма векторов фазных токов образует замкнутый треугольник. Следовательно, ток в нейтральном проводе равен нулю. По этой причине для заведомо симметричной трехфазной нагрузки (на пример, трехфазного двигателя) нейтральный провод не нужен.
► Расчет симметричной трехфазной системы при равномерной нагрузке сводится к расчету одной фазы независимо от наличия нейтрального провода.
В этом случае фазное напряжение
фазный ток
косинус угла сдвига фаз тока и напряжения
активная, реактивная и полная мощность соответственно:
► При несимметричной системе напряжений или при неравномерной нагрузке фаз мощности определяются отдельно для каждой фазы.
Соединение приемников треугольником. При соединении приемников энергии треугольником (см. рис. 41, б) их фазы присоединяют к линейным проводам, идущим от источника электроэнергии.
Ток в каждом из линейных проводов равен разности фазных токов (за положительные направления токов здесь, как и раньше, принимают направления от генератора к приемнику). Это справедливо как для мгновенных, так и для действующих значений токов, которые находят как геометрические разности векторов соответствующих фазных токов (рис. 43):
Если система линейных напряжений симметрична, т. е. UАВ=UВС=UСА=Uф=Uл, нагрузка фаз равномерна, т. е. ZАВ=ZВС=ZСА и АВ=ВС=СА=ф, то и действующие значения фазных токов равны между собой, имеют одинаковый фазовый сдвиг ф относительно соответствующих напряжений и на 120° один относительно другого. В этом случае
Рис. 43. Векторная диаграмма напряжений и токов симметричного приемника, соединенного треугольником |
несимметричная нагрузка — это… Что такое несимметричная нагрузка?
- несимметричная нагрузка
- out-of-balance load, unbalanced load
Англо-русский словарь технических терминов. 2005.
- несимметричная линия передачи
- несимметричная перегрузка
Смотреть что такое «несимметричная нагрузка» в других словарях:
несимметричная нагрузка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN asymmetrical loadout of balance load … Справочник технического переводчика
несимметричная нагрузка — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
несимметричная нагрузка фаз — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN unbalanced phase load … Справочник технического переводчика
симметричная нагрузка (относительно фазных проводников трехфазной сети) — симметричная нагрузка Нагрузка считается симметричной, когда равны по отдельности активные и реактивные составляющие всех фаз. [Интент] Тематики электроснабжение в целом Сопутствующие термины неравномерность распределения нагрузки по… … Справочник технического переводчика
Трансформатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения). Трансформатор силовой ОСМ 0,16 Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт … Википедия
Schieflast — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
charge déséquilibrée — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
nesimetrinė apkrova — statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
unbalanced load — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
unsymmetrical load — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
unsymmetrische Belastung — nesimetrinė apkrova statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. unbalanced load; unsymmetrical load vok. Schieflast, f; unsymmetrische Belastung, f rus. несимметричная нагрузка, f pranc. charge déséquilibrée, f … Radioelektronikos terminų žodynas