MOC TRÓJFAZOWA


UKŁADY TRÓJFAZOWE - POMIARY MOCY

Układem wielofazowym lub układem prądów wielofazowych nazywamy taki układ kilku obwodów prądu zmiennego o tej samej częstotliwości, w którym napięcia źródłowe są przesunięte względem siebie o określony kąt. Poszczególne obwody układu wielofazowego nazywa się w skrócie fazami, prądy w tych obwodach prądami fazowymi, a działające w fazach siły elektromotoryczne i napięcia - siłami elektromotorycznymi i napięciami fazowymi. Układy wielofazowe można podzielić na:

Układ wielofazowy jest układem symetrycznym, jeżeli siły elektromotoryczne we wszystkich fazach mają jednakową amplitudę, a kąt przesunięcia między siłami elektromotorycznymi w dwóch dowolnych sąsiednich fazach wynosi:

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic
- liczba faz.

Spośród układów wielofazowych najbardziej rozpowszechniony jest układ trójfazowy0x01 graphic
. Kąt przesunięcia między dwoma sygnałami fazowymi dla układu trójfazowego symetrycznego jest równy 0x01 graphic

Przyjmując dla takiego układu napięcia źródłowe fazy 0x01 graphic
jako podstawowe, można napięcia źródłowe w poszczególnych fazach określić zależnościami:

0x01 graphic

Przebiegi napięć oraz napięcia zespolone przedstawione są na rys. 2.

0x01 graphic

Układ trójfazowy z odbiornikiem połączonym w gwiazdę

0x01 graphic

0x01 graphic

Jeżeli punkty zerowe układu zasilającego i odbiornika połączone są przewodem (zwanym zerowym) - to układ taki nosi nazwę gwiazdowego czteroprzewodowego. W przypadku braku przewodu zerowego układ nazywamy trójprzewodowym. Na rys. 4 przedstawiony jest czteroprzewodowy obwód 3-fazowy połączony w gwiazdę.

W układzie takim rozróżniamy napięcie między dwoma dowolnymi przewodami fazowymi - napięcia międzyfazowe (liniowe) i napięcia między poszczególnymi przewodami fazowymi a przewodem zerowym nazywane napięciami fazowymi. W układzie symetrycznym gwiazdowym napięcia fazowe wynoszą:

0x01 graphic

Zespolone napięcia międzyfazowe równe są różnicy odpowiednich zespolonych napięć fazowych

0x01 graphic

Wykres wskazowy napięć dla układu symetrycznego przedstawia rys. 5.

0x01 graphic

Jak wynika z wykresu wskazowego, przesunięcie między odpowiednimi napięciami fazowymi a międzyfazowymi wynoszą 0x01 graphic
. Stąd napięcia międzyfazowe w układzie gwiazdowym symetrycznym wynoszą

0x01 graphic

Podobnie pozostałe napięcia międzyfazowe. Ogólnie zatem

0x01 graphic

Suma napięć fazowych i międzyfazowych wynosi zero

0x01 graphic

Jeśli do źródła o symetrycznym układzie napięć podłączymy odbiornik połączony w gwiazdę, którego impedancja w poszczególnych fazach wynoszą 0x01 graphic
, to prądy fazowe będą równe

0x01 graphic

i są one równe prądom międzyfazowym. Ogólnie zatem dla układu gwiazdowego 0x01 graphic

Przyjmuje się zazwyczaj, że zasilanie odbiorników jest symetryczne i o pracy układu decyduje jedynie impedancja odbiornika. Moduł tej impedancji decyduje o wartości prądów płynących w poszczególnych fazach, natomiast od jej argumentu (od charakteru obciążenia) zależą przesunięcia fazowe między poszczególnymi prądami i napięciami fazowymi oraz rodzaj pobieranej energii (czynna, bierna).

Układ gwiazdowy przy obciążeniu symetrycznym

Odbiornikiem symetrycznym nazywamy taki odbiornik, przy którym prądy mają te same wartości oraz są przesunięte względem odpowiednich napięć fazowych o ten sam kąt fazowy, czyli

0x01 graphic

0x01 graphic

Napięcia fazowe i międzyfazowe będą równe

0x01 graphic

Wykres wskazowy prądów i napięć przy obciążeniu symetrycznym przedstawia rys. 6.

0x01 graphic

Ponieważ suma prądów, jak wynika to z I prawa Kirchhoffa, jest równa zero, zatem w przypadku układu czteroprzewodowego w przewodzie zerowym nie popłynie żaden prąd i układ będzie się zachowywał w stanie normalnym tak samo, niezależnie od tego czy przewód zerowy istnieje, czy go nie ma. Moc czynna odbiornika trójfazowego jest równa sumie mocy czynnych poszczególnych jego faz, czyli

0x01 graphic
Zatem

0x01 graphic

0x01 graphic

Moc bierna 0x01 graphic

Moc pozorna 0x01 graphic

Układ gwiazdowy przy obciążeniu niesymetrycznym

Obciążenie niesymetryczne jest to takie obciążenie, przy którym prądy w poszczególnych fazach będą różniły się między sobą co do wartości lub przesunięcia fazowe prądów w stosunku do odpowiednich napięć są różne, względnie oba te przypadki występują równocześnie. Czyli

0x01 graphic
lub / oraz 0x01 graphic

Natomiast napięcia międzyfazowe tworzą układ symetryczny. Praca układu przy obciążeniu niesymetrycznym zależy od tego czy przewód zerowy istnieje, czy go nie ma. Na wykresie wektorowym dla układu trójprzewodowego, trójfazowego przy obciążeniu niesymetrycznym następuje przesunięcie punktu zerowego ze środka ciężkości trójkąta napięć zasilania 0x01 graphic
o wektor 0x01 graphic
do punktu 0x01 graphic
. W wyniku tego następuje asymetria napięć fazowych odbiornika 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

Przy czym napięcia międzyfazowe nadal tworzą układ trójkąta równobocznego, co wynika z przyjętych warunków zasilania. Mimo obciążenia niesymetrycznego suma prądów jest równa zero, co wynika z I prawa Kirchhoffa. 0x01 graphic

Wykres wektorowy prądów i napięć dla tego układu przedstawia rys. 7.

0x01 graphic

Inaczej układ się zachowuje przy podłączonym przewodzie zerowym o znikomej impedancji 0x01 graphic
. Punkt zerowy odbiornika i punkt zerowy źródła, galwanicznie ze sobą połączone, będą miały ten sam potencjał, na skutek czego napięcia fazowe będą sobie równe. W przewodzie zerowym popłynie prąd 0x01 graphic
równy sumie prądów 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, czyli

0x01 graphic

Przedstawione to zostało na rys. 8

0x01 graphic

Na skutek niesymetrii obciążenia moce w poszczególnych fazach nie będą sobie równe. Moc całkowita odbiornika jest jak zwykle równa sumie mocy poszczególnych faz.

Moc czynna0x01 graphic

Moc bierna0x01 graphic

Moc pozorna0x01 graphic

Układ trójfazowy z odbiornikiem połączonym w trójkąt

Łącząc koniec jednej fazy odbiornika z początkiem fazy następnej otrzymuje się obwód zamknięty, w którym wszystkie fazy są połączone szeregowo. Uzyskany w ten sposób układ nazywa się układem z odbiornikiem połączonym w trójkąt. Jak wynika z konfiguracji (rys. 11) układ może pracować tylko jako układ trójprzewodowy.

0x01 graphic

Każda faza odbiornika włączona jest na napięcie, które występuje między dwoma sąsiednimi przewodami, czyli napięcie międzyfazowe. Zatem napięcia fazowe (na poszczególnych odbiornikach) są równe w tym przypadku napięciom międzyfazowym.

0x01 graphic

Wykres wektorowy napięć dla układu odbiorników połączonych w trójkąt przedstawia rys. 12.

Zgodnie z I prawem Kirchhoffa otrzymuje się

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Suma tych prądów jest równa, w przypadku symetrii układu, zeru.

0x01 graphic

Wartości skuteczne prądów fazowych 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic
są równe i wynoszą

0x01 graphic

Ponieważ przesunięcie fazowe między prądami fazowymi a przewodowymi wynosi 0x01 graphic
, to prąd przewodowy w układzie trójkątowym wynosi (rys. 13)

0x01 graphic

0x01 graphic

czyli wartość skuteczna prądu przewodowego jest 0x01 graphic
razy większa od wartości skutecznej prądu fazowego. Zazwyczaj przyjmuje się, że źródło jest symetryczne i idealne (impedancja wewnętrzna 0x01 graphic
), moc jego jest bardzo duża w porównaniu z mocą odbiornika, co eliminuje wpływ niesymetrii odbiornika na symetrię źródła zasilania. Zatem przy symetrii linii zasilającej, na pracę układu będzie mieć wpływ jedynie odbiornik.

Obciążenie symetrycznym układem połączonym w trójkąt

Obciążeniem symetrycznym nazywa się obciążenie, przy którym prądy w poszczególnych fazach zarówno co do wartości skutecznych jak i przesunięcia fazowego są jednakowe

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

Z I prawa Kirchhoffa

0x01 graphic
0x01 graphic

Obciążenie niesymetrycznym układem połączonym w trójkąt

Obciążeniem niesymetrycznym nazywamy takie obciążenie, przy którym prądy w poszczególnych fazach są różne, ewentualnie przesunięcia fazowe prądów względem odpowiednich napięć są różne lub jednocześnie występują oba te przypadki. Czyli

0x01 graphic

lub/oraz

0x01 graphic

również

0x01 graphic

a w związku z tym

0x01 graphic

Ponieważ układ ten nie zawiera przewodu zerowego, to suma prądów przewodowych jest nadal równa zero

0x01 graphic

Pomiar mocy w układach trójfazowych

Moc symboliczna odbiornika trójfazowego jest sumą mocy poszczególnych faz

0x01 graphic

W przypadku odbiornika symetrycznego

0x01 graphic

a moc czynna wynosi

0x01 graphic

natomiast bierna

0x01 graphic

gdzie 0x01 graphic
oraz 0x01 graphic
- napięcie i prąd fazowy.

Na rys. 16 przedstawione są układy do pomiaru mocy czynnej.

0x01 graphic

Na rys. 16a przedstawiony jest układ do pomiaru mocy czynnej w układzie symetrycznym czteroprzewodowym, a na rys. 16b układ do pomiaru mocy czynnej w układzie symetrycznym trójprzewodowym.

Moc wyznaczana w tych układach wynosi

0x01 graphic

gdzie 0x01 graphic
- wskazanie watomierza.

Układ przedstawiony na rys. 16c (tzw. układ Arona) służy do pomiaru mocy czynnej w układzie trójprzewodowym symetrycznym lub niesymetrycznym.

Moc odbiornika wynosi

0x01 graphic

gdzie 0x01 graphic
, 0x01 graphic
- wskazania watomierzy.

W celu wykazania prawdziwości powyższego wzoru należy obliczyć moc symboliczną

0x01 graphic

W układzie trójprzewodowym

0x01 graphic

Po wstawieniu prawej strony równania określającego 0x01 graphic
do równania na moc 0x01 graphic
otrzymuje się

0x01 graphic

stąd moc czynna

0x01 graphic

W układzie niesymetrycznym czteroprzewodowym (rys. 16d)

moc czynna wynosi

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic
- wskazania watomierzy.

Pomiar mocy biernej

0x01 graphic

Układ przedstawiony na rys. 17a umożliwia pomiar mocy biernej w układzie symetrycznym trójprzewodowym.

Moc ta wynosi

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic
- wskazanie watomierza.

Zasada tego pomiaru polega na wykorzystaniu tej cechy napięcia trójfazowego symetrycznego, że kąt przesunięcia fazowe między jednym z napięć fazowych a napięciem międzyprzewodowym między dwoma pozostałymi fazami wynosi 90 stopni.

Zgodnie z wykresem wektorowym przedstawionym na rys. 17b wskazanie watomierza jest równe

0x01 graphic

Pomiary mocy biernej dla innych przypadków sieci trójfazowej - symetria, niesymetria, trójkąt, gwiazda itp. odbywają się na podobnej zasadzie.

UKŁADY POMIAROWE ARONA DLA ODBIORNIKA GWIAZDOWEGO I TRÓJKĄTNEGO

0x01 graphic

0x01 graphic

14



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Moc pradu trojfazowego, UTP-ATR, Elektrotechnika i elektronika dr. Piotr Kolber, sprawozdania
moc pr+du trójfazowego
Moc w układach trójfazowych
Moc układów trójfazowych
82 Dzis moj zenit moc moja dzisiaj sie przesili przeslanie monologu Konrada
8 Właściwa Praca, moc, energia całość
Praca, moc, energia teoria0001
Cudowna moc drzemki cuddrz
Ćwiczenie T1 Transformator trójfazowy, t1 f
Jak określić moc wina, Balum Balum, Wina, Nalewki, Wódki - Domowy Wyrób
Gleba jako układ trójfazowy
Moc borowin, Studium kosmetyczne, Chemia kosmetyczna
prostownik trójfazowy gwiazdowy mala sciaga 2 kolumny, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem V
Pomiar mocy czynnej w układach trójfazowych
Moc Ducha świętego w liturgii
cw 9 Pomiar mocy w obwodach trójfazowych
Trójfazowy silnik asynchroniczny sprawko
Pomiar i?danie układów trójfazowych
Obliczenia do programu podstawowego sygnalizacji trójfazowej

więcej podobnych podstron