Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

Katedra Nauki o Materiałach

Przetwarzanie Energii Elektrycznej

Laboratorium z Elektrotechniki

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 4

Obwody 3 - fazowe

Sekcja IV

Rafał Sosna

Daniel Begejowicz

Jacek Rak

Mariusz Piejko

Dawid Stępień

Piotr Wyleżoł

1. Wstęp teoretyczny.

• Obwody trójfazowe.

Zbiór obwodów elektrycznych, w których występują napięcia sinusoidalne zmienne o jednakowej częstotliwości przesunięte względem siebie w fazie o kąt

gdzie: n - liczba faz, a q=(0,1,2,3…n-1)

i wytwarzane w jednej prądnicy , nazywamy układem wielofazowym (n - fazowym).

Źródło energii wytwarzające układ wielofazowy nazywamy generatorem wielofazowym a zbiór wytwarzanych przez niego napięć i prądów nazywamy wielofazowym układem napięć i prądów.

Poszczególne obwody prądnicy wielofazowej nazywamy obwodami fazowymi, lub krótko fazami. Największe zastosowanie praktyczne znalazły układy trójfazowe. Jest to szczególny przypadek obwodu wielofazowego składający się z trzech faz.

Pierwszy układ trójfazowy został praktycznie zastosowany w 1889r. Dużym osiągnięciem było opracowanie urządzeń do wytwarzania i przekształcania energii prądu trójfazowego prądnicy trójfazowej, transformatora trójfazowego i silnika indukcyjnego trójfazowego, co umożliwiło bardzo szerokie zastosowanie praktyczne obwodów trójfazowych zwłaszcza, że umożliwiły one w sposób prosty i tani przesyłanie energii na duże odległości i jej rozdział.

• Zasilanie odbiorników trójfazowych.

Układy trójfazowe składają się z:

• Źródeł zasilania

• Przewodów linii,

• Odbiorników.

Źródła zasilania o jednakowej pulsacji tworzą układ trójfazowy symetryczny, jeżeli:

• Amplitudy (lub wartości skuteczne) napięć źródłowych we wszystkich fazach są jednakowe

• Kąt przesunięcia fazowego miedzy napięciami źródłowymi wynosi:

Zasilanie jest niesymetryczne, gdy przedstawione warunki nie są spełnione. Przyczynami nie symetrii napięć zasilających mogą być:

• Zwarcia i doziemienia,

• Nadmierne i nierówne obciążenie,

• Nie symetria pracy prądnicy zasilającej,

• Przenoszenie się do sieci zasilającej zakłóceń spowodowanych przez inne odbiorniki (np. nieliniowe, impulsowe i o zmiennym obciążeniu).

Układ zawierający trzy przewody fazowe i przewód neutralny (PEN) nazywa się układem czteroprzewodowym, natomiast złożony z trzech przewodów fazowych - trójprzewodowym.

Przewód neutralny jest to przewód łączący punkty neutralne źródła i odbiornika napięcie źródłowe oznaczamy symbolem E, napięcia odbiornikowe symbolem U.

• Rodzaje układów trójfazowych.

Można wyróżnić pięć zasadniczych układów trójfazowych ze względu na sposób połączenia źródła i odbiornika, W obwodach trójfazowych symetrycznych istnieją dwa rodzaje napięć w przypadku połączenia w gwiazdę i dwa rodzaje prądów w przypadku połączenia w trójkąt. Wspólny punkt trzech faz przy skojarzeniu w gwiazdę nazywa się punktem neutralnym lub zerowym.

W obwodach trójfazowych wyróżnia się:

• Napięcia międzyprzewodowe (zasilające)

• Napięcia fazowe zasilające

• Napięcia fazowe odbiornika

• Prądy przewodowe,

• Prądy fazowe odbiornika,

• Prąd zerowy lub neutralny.

Układy trójfazowe można podzielić na:
1. Symetryczne:
- Połączone w gwiazdę zasilane z sieci czteroprzewodowej,
- Połączone w gwiazdę zasilane z sieci trójprzewodowej,
- Połączone w trójkąt,
2. Niesymetryczne:
- Połączone w gwiazdę zasilane z sieci czteroprzewodowej,
- Połączone w gwiazdę zasilane z sieci trójprzewodowej,
- Połączone w trójkąt,

• Wykresy wskazowe:

Konstrukcja wykresu wskazowego (w obwodzie gwiazda - gwiazda)
1) z końca wektora E1 zakreślamy łuk o długości równej napięciu UZ1
2) z końca wektora E2 zakreślamy łuk o długości równej napięciu UZ2
3) z końca wektora E3 zakreślamy łuk o długości równej napięciu UZ3
4) punkt przecięcia łuków to punkt N'
5) prądy fazowe zaczepiamy w punkcie N'
Konstrukcja wykresu (dla odbiornika połączonego w trójkąt)
1) rysujemy napięcia zasilające międzyprzewodowe: UL12, UL23, UL31
2) w stosunku do napięć rysujemy prądy fazowe przesunięte w stosunku do napięć o kąt φ
3) prądy przewodowe konstruujemy korzystając z zależności:
IL1=IL12-IL31, IL2=IL23-IL12, IL3=IL31-IL23

2. Przebieg ćwiczenia.

Układ I.

Odbiornik Symetryczny cztero - przewodowy.

Odbiornik Symetryczny
UL12	UL23	UL31	IL1	IL2	IL3	UZ1	UZ2	UZ3	IO	P1	P2	P3	Z1	Z2	Z3
V	V	V	A	A	A	V	V	V	A	W	W	W	Ω	Ω	Ω
109	108	110	0,65	0,65	0,65	62,6	63,0	62,9	0,07	42,5	40,0	40,0	96,3	96,9	96,8
107	107	107	1	1	1	62,0	62,4	62,1	0,15	65,0	60,0	62,5	62,0	62,4	62,1

Odbiornik Niesymetryczny
UL12	UL23	UL31	IL1	IL2	IL3	UZ1	UZ2	UZ3	IO	P1	P2	P3	Z1	Z2	Z3
V	V	V	A	A	A	V	V	V	A	W	W	W	Ω	Ω	Ω
108	108	109	0,70	1,25	1,0	62,8	61,9	62,3	0,43	50,0	75,0	62,5	89,7	49,5	62,3
108	108	110	1,85	0,75	0,65	61,0	63,0	63,1	0,74	90,0	47,5	40,0	33,0	84,0	97,1
108	109	109	1,45	0,75	1,25	61,0	63,0	62,0	0,6	90,0	47,5	77,5	42,1	84,0	49,6

Analogowo IO

A

0,20

0,75

0,60

Układ II.

Odbiornik Symetryczny trzy - przewodowy.

Odbiornik Symetryczny
UL12	UL23	UL31	IL1	IL2	IL3	UZ1	UZ2	UZ3	UO	P1	P2	P3	Z1	Z2	Z3
V	V	V	A	A	A	V	V	V	V	W	W	W	Ω	Ω	Ω
108	108	110	0,75	0,75	0,75	63,0	62,1	63,2	0,8	50,0	450,0	47,5	84,0	82,8	84,3
108	108	110	1	1	1	61,6	62,5	63,0	0,6	65,0	65,0	65,0	61,6	62,5	63,0

Odbiornik Niesymetryczny
UL12	UL23	UL31	IL1	IL2	IL3	UZ1	UZ2	UZ3	UO	P1	P2	P3	Z1	Z2	Z3
V	V	V	A	A	A	V	V	V	V	W	W	W	Ω	Ω	Ω
108	108	110	0,90	1,25	0,8	69,6	44,7	76,3	17,9	73,75	55,0	50,0	77,3	35,8	95,4
108	108	110	0,75	0,65	0,75	59,8	68,3	607	5,5	47,5	42,5	45,0	79,7	105,1	809,3
108	108	110	1,25	0,75	1,1	46,0	78,1	66,5	18,1	60,0	55,0	72,5	36,8	104,1	60,5

Analogowo IO

A

17,9?

5,5?

18,1?

Do wykresu:

UL12	UL23	UL31
62,0	63,1	62,3

Przewód zerowy jest po to, żeby wyrównać napięcie.

3. Wnioski.

Układ Symetryczny i niesymetryczny 4-przewodowy:

Z przebiegu ćwiczeń wynika jednoznacznie, że w przypadku połączenia symetrycznego, czyli ustawieniu na wszystkich trzech cewkach takiej oporności, aby uzyskać takie same prądy płynące w obwodach. Przy założeniu, że napięcie, które otrzymaliśmy poprzez pomiar woltomierzem jest w każdej fazie takie same. Układ symetryczny charakteryzuje się tym, że jeżeli uzyskamy takie same prądy płynące w poszczególnych fazach to moc wyjściowa na poszczególnych odbiornikach P1, P2, P3 (w każdej fazie) jest taka sama. Czyli zasilanie symetryczne jest przesunięte względem siebie ( w fazie) o 120˚. Możemy powiedzieć, że zasilanie symetryczne jest to gwiazda napięć. W zasilaniu symetrycznym w każdej fazie będzie płyną ten sam prąd, czyli układ symetryczny. Moc na poszczególnych odbiornikach połączony w gwiazdę jest taka sama, L1=L2=L3. Napięcie fazowe na odbiorniku będzie takie samo U1=U2=U3. Prąd i napięcie będą w tym samym miejscu na wykresie U i I zrównają się.

Układ niesymetryczny uzyskamy wtedy, gdy prąd na poszczególnych cewkach będą różne (na poszczególnych fazach) to moce wyjściowe na poszczególnych odbiornikach układu uzyskają różną wartość. Gdy prądy płynące I1, I2, I3 w poszczególnych fazach będą różne, a moce wyjściowe na poszczególnych odbiornikach zgodnie z przebiegiem ćwiczenia będą miały różne wartości od siebie P1, P2, P3, to układ będzie przesunięty względem U do I, a tym samym możemy powiedzieć, że układ uzyskany jest układem niesymetrycznym. Napięcie względem prądu zostanie przesunięte o kąt φ.

Układ Symetryczny i niesymetryczny 3-przewodowy:

W układzie 3 przewodowym podamy

Prąd wzorowy jak będzie płynął w cewkach otrzymamy ukł. wzorcowy.

Uo - napięcie zerowe

7

---