Laboratorium Elektrotechniki
Skład grupy: Agnieszka Zych, Krzysztof Ziółkowski, Rafał Rutkowski							Wydział WT Grupa 4.3
Data wyk. Ćwicz:		Numer ćwicz:		Temat ćwiczenia Obwody trójfazowe
Zaliczenie		Ocena		Data	Podpis

1. Wiadomości ogólne.

Wytwarzanie i przesyłanie energii elektrycznej odbywa się obecnie wyłącznie za pośrednictwem prądu przemiennego trójfazowego. Głównymi zaletami prądu trójfazowego są:

• oszczędne przesyłanie energii elektrycznej (3 lub 4 przewody zamiast 6 dla jednofazowego)

• prostota budowy silników asynchronicznych oraz ich dobre parametry rozruchowe.

Odbiorniki jednofazowe (niewielkich mocy) są zasilane z sieci trójfazowej.

Napięcie trójfazowe otrzymuje się z prądnic synchronicznych trójfazowych napędzanych odpowiednimi turbinami w elektrowniach. Napięcie z prądnicy jest przekazywane do linii przesyłowych wysokiego napięcia przez transformator podwyższający. W miejscach odbioru energii elektrycznej są instalowane transformatory obniżające napięcie do napięć znamionowych odbiorników. Sieci zasilane z transformatorów obniżających napięcie a zasilających odbiorniki trójfazowe i jednofazowe napięciem 380/220 V budowane jako cztero przewodowe sieci trójfazowe nazywamy sieciami rozdzielczymi niskiego napięcia.

Sieć rozdzielczą cztero przewodową uzyskuje się dzięki połączeniu uzwojeń wtórnych transformatora obniżającego w gwiazdę lub w zygzak.

Rys. 1 Sieć rozdzielcza z transformatorem obniżającym w układzie Dy (zygzak - gwiazda).

Przewody fazowe L₁, L₂, L₃, sieci rozdzielczej przyłączone są do początków 2A1, 2B1, 2C1 uzwojeń wtórnych transformatora.

Przewód neutralny przyłączony jest do punktu neutralnego który tworzą złączone razem końce 2A2, 2B2, 2C2 tych uzwojeń.

W układzie tym występują napięcia fazowe U₁, U₂, U₃, między poszczególnymi przewodami fazowymi a przewodem neutralnym. Napięcia te zmieniają się w czasie następująco:

u₁=U_msinωt

u₂=U_msin(ωt-120°)

u₃=U_msin(ωt-240°)

przy czym u₁, u₂, u₃, są wartościami chwilowymi napięcia a U_m.- jest amplitudą napięcia fazowego.

Rozróżniamy dwa typy sieci trójfazowych:

• sieci symetryczne - gdy prądnica trójfazowa jest połączona z odbiornikiem złożonym z trzech identycznych impedancji zespolonych, napięcia fazowe posiadają tę samą wartość skuteczną i są przesunięte wzajemnie o 120°, suma algebraiczna wartości chwilowych napięć fazowych jest równa zero, u₁+u₂+u₃=0; jak również suma geometryczna wartości skutecznych napięć fazowych jest równa zeru, U₁+U₂+U₃=0

• sieci niesymetryczne - gdy prądnica trójfazowa jest niesymetryczna lub odbiornik lub też prądnica i odbiornik są niesymetryczne. Zwykle jeśli prądnica jest niesymetryczna to oznacza to uszkodzenie prądnicy.

Przy symetrycznym układzie napięć fazowych ,otrzymuje się również symetryczny układ napięć przewodowych: U₁₂=U₂₃=U₃₁=U_p=U

Dla kładu symetrycznego napięcie przewodowe U_p jest
razy większe od napięcia fazowego U_f.

2. Wykonanie ćwiczenia.

1. Wpływ układu pracy na moc odbiornika trójfazowego.

1. Odbiornik połączony w trójkąt

Przypa dek	Pomiary											Obliczenia		Teor
	U12 [V]	U23 [V]	U31 [V]	I1 [A]	I2 [A]	I3 [A]	Iu [A]	Iv [A]	Iw [A]	P1 [W]	P2 [W]	P [W]	P/ P1 ­[-]	P/ P1 ­[-]
A	100	100	100	1	0,98	0,99	0,23	0,56	0,56	83	82	165	1	1
B	105	105	100	0,84	0	0,85	0,27	0,29	0,55	80	0	80	0,48	0,5
C	100	100	100	0,57	0,98	0,55	0,37	0,56	0	31	83	114	0,69	0,67
D	105	100	100	0	0,56	0,56	0	0,56	0	0	55	55	0,33	0,33

A - praca naturalna, zasilanie trójfazowe czteroprzewodowe, wszystkie odbiorniki fazowe pracują.

B - praca jednofazowa, odbiorniki składowe włączone, przerwa w przewodzie fazowym zasilającym odbiornik.

C - zasilanie trójfazowe, przerwa w jednym odbiorniku fazowym

D - zasilanie trójfazowe przerwa w dwóch odbiornikach fazowych.

Przykładowe obliczenia:

P_A=P₁+P₂=83+82=165

P_B=P₁+P₂=0+80=80

P_A/ P_A=1

Pc/P_A=114/165=0,69

P_B/P_A=80/165=0,48

Moc obliczona z wzorów teoretycznych:

P_C/P_A =2/3P/P_A =2/3*165/165=0,67

P_D/P_A =1/3P/P_A =1/3*165/165=0,33

Sprawdzenie związku między prądami przewodowymi a fazowymi dla tego typu odbiornika.

Stosunki prądów:

1. przewodowych

2. fazowych

Odbiornik połączony w gwiazdę.

Przypa dek	Pomiary													Obliczenia		Teoria
	U12 [V]	U23 [V]	U31 [V]	I1 [A]	I2 [A]	I3 [A]	IN [A]	U1 [A]	U2 [A]	U3 [A]	P1 [W]	P2 [W]	P3 [W]	P W]	P/ P1 ­[-]	P/ P1 ­[-]
E	100	100	100	0,33	0,33	0,33	0	54	55	55	17	18	20	38	1	1
F	100	100	100	0	0,32	0,33	0,34	0	55	55	0	18	20	38	1	0,33
G	100	100	100	0	0,28	0,28	0	0	47	47	0	13	14	27	0,71	0,22
H	100	100	100	0	0,32	0	0,33	0	54	0	0	18	0	18	0,47	0,17

E - praca naturalna, zasilanie trójfazowe czteroprzewodowe wszystkie odbiorniki fazowe włączone.

F - praca dwufazowa, przerwa w jednym przewodzie zasilającym odbiornik.

G - praca jednofazowa przy zasilaniu napięciem przewodowym, przerwa w jednym przewodzie fazowym i przerwa w przewodzie neutralnym.

H - praca jednofazowa przy zasilaniu napięciem fazowym przerwa w dwóch przewodach fazowych zasilających odbiornik.

Wnioski:

Prądy fazowe w układach symetrycznych są równe co do wartości i tworzą układ trójfazowy. Dla układu gwiazdowego symetrycznego stosunek prądu fazowego do prądu przewodowego wynosi 1.7.Gdy występuje przerwa w fazie następuje spadek mocy odbiorników.

Za pomocą odłączania poszczególnych odbiorników fazowych i poszczególnych faz można regulować moc odbiornika trójfazowego w tani i efektywny sposób. Warte jest zaznaczenie że poszczególne odbiorniki fazowe nie są przeciążone prądowo.

1. Odbiornik gwiazdowy niesymetryczny.

Przy- padek	U12 [V]	U23 [V]	U31 [V]	I1 [A]	I2 [A]	I3 [A]	IN [A]	U1 [A]	U2 [A]	U3 [A]	P1 [W]	P2 [W]	P3 [W]	P [W]
1	110	110	110	0,4	0,35	0,62	0,27	60	60	59	24	22	39	85
2	110	110	110	0,43	0,39	0,5	0	66	69	50	28	27	26	81
3	110	110	110	0	0,39	0,38	0	0	67	38	0	26	16	42

1 - praca naturalna, zasilanie trójfazowe czteroprzewodowe, wszystkie odbiorniki fazowe pracują.

2 - praca jednofazowa, odbiorniki składowe włączone, przerwa w przewodzie fazowym zasilającym odbiornik.

3 - zasilanie trójfazowe, przerwa w jednym odbiorniku fazowym

Przykładowe obliczenia:

P₁=P₁+P₂+P₃=24+22+39=85

P₂= P₁+P₂+P₃=28+27+26=81

Wnioski:

W układach z odbiornikiem gwiazdowym niesymetrycznym przewód neutralny jest konieczny ponieważ zapewnia symetryczne rozłożenie napięć na odbiornikach fazowych.

W przewodniku trójfazowym niesymetrycznym napięcia fazowe na poszczególnych odbiornikach są sobie równe.

Porównawszy wyniki pomiaru mocy w 1 i 2 przypadku widać że moc w 2 przypadku jest mniejsza od mocy z przypadku 1 o około 1/3 i wynosi 2/3P₁.

Schemat układu pomiarowego.

Układ zasilania do badań odbiornika trójfazowego skojarzonego w trójkąt.

Układ zasilania do badań odbiornika trójfazowego skojarzonego w gwiazdę.

---