Výpočet třífázových obvodů.

Třífázové obvody jsou typem sinusových proudových obvodů, a proto se na ně plně vztahují všechny dříve diskutované metody výpočtu a analýzy v symbolické formě. Třífázové systémy je vhodné analyzovat pomocí vektorových diagramů, které umožňují celkem jednoduše určit fázové posuny mezi proměnnými. Určitá specifičnost vícefázových obvodů však vnáší charakteristické rysy do jejich výpočtu, který se týká především analýzy jejich činnosti v symetrických režimech.

Výpočet symetrických provozních režimů třífázových soustav

Vícefázový přijímač a vícefázový obvod obecně se nazývají symetrické, pokud jsou komplexní odpory příslušných fází stejné, tzn. Pokud . Jinak jsou asymetrické. Rovnost modulů uvedených odporů není postačující podmínkou pro symetrii obvodu. Takže například třífázový přijímač na Obr. 1a je symetrický, ale na Obr. 1, b – ne, i když: .

Pokud je symetrický třífázový napěťový systém generátoru aplikován na symetrický třífázový obvod, pak v něm bude probíhat symetrický proudový systém. Tento režim činnosti třífázového obvodu se nazývá symetrický. V tomto režimu jsou proudy a napětí odpovídajících fází stejné velikosti a jsou fázově posunuty vůči sobě o úhel. V důsledku toho se výpočet takových obvodů provádí pro jednu – základní – fázi, která se obvykle považuje za fázi A. V tomto případě se odpovídající hodnoty v jiných fázích získají formálním přidáním fázového posunu na argument proměnné fáze A při zachování jejího modulu nezměněného.

Takže pro symetrický provozní režim obvodu na Obr. 2, a při známém síťovém napětí a fázových odporech můžeme psát

kde je určeno povahou zátěže.

Pak na základě výše uvedeného

Komplexy lineárních proudů lze nalézt pomocí vektorového diagramu na Obr. 2, b, ze kterého vyplývá:

Při analýze složitých obvodů pracujících v symetrickém režimu se výpočty provádějí pomocí dvou hlavních technik:

Všechny trojúhelníky jsou nahrazeny ekvivalentními hvězdami. Protože trojúhelníky jsou symetrické, pak v souladu s transformačními vzorci trojúhelník-hvězda.

Protože všechny původní a nově získané hvězdy zatížení jsou symetrické, potenciály jejich neutrálních bodů jsou stejné. Proto, aniž by se změnil provozní režim obvodu, mohou být (mentálně) spojeny neutrálním vodičem. Poté se základní fáze (obvykle fáze A) izoluje od obvodu, pro který se provede výpočet, na základě jehož výsledků se určí odpovídající hodnoty v dalších fázích.

Nechť je např. pro dané fázové napětí nutné určit lineární proudy v obvodu na Obr. 3, všechny odpory, které jsou známy.

V souladu se zadanou metodikou volíme vypočtenou fázi A, která je uvedena na Obr. 4. Zde, .

Pak pro proud můžeme psát

Výpočet asymetrických provozních režimů třífázových soustav

Pokud není splněna alespoň jedna z podmínek symetrie, nastává v třífázovém obvodu asymetrický provozní režim. Takové režimy, za přítomnosti pouze statické zátěže v obvodu a zanedbání úbytku napětí v generátoru, jsou vypočteny pro celý obvod jako celek některou z dříve diskutovaných metod výpočtu. V tomto případě jsou fázová napětí generátoru nahrazena odpovídajícími zdroji EMF. Lze poznamenat, že protože ve vícefázových obvodech jsou kromě proudů obvykle zajímavé také uzlové potenciály, metoda uzlových potenciálů se nejčastěji používá pro výpočet složitých obvodů. Pro analýzu asymetrických provozních režimů třífázových obvodů s elektrickými stroji se používá především metoda symetrických součástek, o které bude pojednáno níže.

Pro daná síťová napětí se nejsnáze spočítají třífázové obvody při zapojení do trojúhelníku. Nechte v diagramu na Obr. 2,a. Pak pro známé komplexy lineárních napětí v souladu s Ohmovým zákonem

Na základě nalezených fázových proudů přijímače jsou lineární proudy určeny na základě prvního Kirchhoffova zákona:

Obvykle v praxi nejsou známy komplexy lineárních napětí, ale jejich moduly. V tomto případě je nutné předběžně stanovit počáteční fáze těchto napětí, což lze provést např. graficky. K tomu sestavíme na základě daných napěťových modulů trojúhelník (viz obr. 5), ze kterého (měřením) určíme hodnoty úhlů a a b.

Požadované úhly a a b lze také najít analyticky na základě kosinové věty:

Když jsou fáze generátoru a zátěže zapojeny do hvězdy a existuje nulový vodič s nulovým odporem, napětí fází zátěže se rovná odpovídajícím napětím na fázích zdroje. V tomto případě jsou fázové proudy snadno určeny Ohmovým zákonem, tj. dělením známých napětí na spotřebitelských fázích odpovídajícími odpory. Pokud je však odpor nulového vodiče vysoký nebo neexistuje nulový vodič, je nutný složitější výpočet.

Uvažujme třífázový obvod na obr. 6, a. Při symetrickém napájení a asymetrické zátěži bude v obecném případě odpovídat vektorovému diagramu napětí (viz obr. 6,b), ve kterém neutrální body zdroje a přijímače zaujímají různé polohy, tzn. .

Potenciální rozdíl mezi neutrálními body generátoru a zátěží se nazývá neutrální bodové předpětí (obvykle se předpokládá) nebo jednoduše neutrální předpětí. Čím větší je, tím silnější je asymetrie fázových napětí na zátěži, což názorně znázorňuje vektorový diagram na Obr. 6, b.

Pro výpočet proudů v obvodu na Obr. 6,a je nutné znát neutrální předpětí. Pokud je to známo, pak se napětí na fázích zátěže rovnají:

Pak pro požadované proudy můžeme napsat:

Vztah pro neutrální předpětí, zapsaný na základě metody uzlového potenciálu, má tvar

V přítomnosti nulového vodiče s nulovým odporem a od (1). Pokud není nulový vodič. Při symetrickém zatížení, s přihlédnutím k tomu, že vyplývá z (1) .

Jako příklad analýzy asymetrického pracovního režimu obvodu pomocí vztahu (1) určíme, která ze žárovek v obvodu na Obr. 7 s přímou fázovou rotací zdroje bude hořet jasněji, pokud.

Zapišme si výrazy pro komplexní odpory zatěžovacích fází:

Pak pro neutrální předpětí budeme mít

Fázová napětí zátěže (dále index N pro napětí ve fázi zdroje je vynechán)

Žárovka tedy bude hořet nejjasněji ve fázi C.

Závěrem poznamenáváme, že pokud jsou při připojení ke hvězdě specifikována lineární napětí (což je obvykle případ v praxi), pak s přihlédnutím k tomu, že součet těchto napětí je nula, mohou být jednoznačně specifikována pomocí dvou zdroje emf, například a . Potom, protože v tomto případě se vztah (1) převede na vzorec

• Co je UPS
• Rozdíl mezi zdroji
• Jak vypočítat výkon
• Před zapnutím UPS
• Knihovna UPS
• Žádost o cenu UPS

Mnozí slyšeli taková tajemná slova jako jednu fázi, třífázový, nula, uzemnění nebo zeměa vězte, že toto jsou důležité pojmy ve světě elektřiny. Ne každý však chápe, co znamenají a jaký mají vztah k okolní realitě. Je však nutné to vědět.

Aniž bychom zacházeli do technických detailů, které nejsou pro domácího kutila nutné, můžeme to říci třífázová síť – jedná se o způsob přenosu elektrického proudu, kdy střídavý proud protéká třemi vodiči a jedním se vrací zpět. Výše uvedené vyžaduje určité objasnění. Jakýkoli elektrický obvod se skládá ze dvou vodičů. Jedním způsobem jde proud ke spotřebiteli (například rychlovarná konvice) a druhým jej vrací zpět. Pokud takový obvod otevřete, nebude proudit žádný proud. To je celý popis jednofázové sítě (obr. 1).

Rýže. 1. Jednofázové schéma zapojení

Drát, kterým proud protéká, se nazývá fáze nebo jednoduše fáze a přes který se vrací – nula nebo nula. Třífázový obvod se skládá ze tří fázových vodičů a jednoho zpětného vodiče. To je možné, protože fáze střídavého proudu v každém ze tří vodičů je posunuta vůči sousednímu o 120 °C (obr. 2). Na tuto otázku pomůže podrobněji odpovědět učebnice elektromechaniky.

Rýže. 2. Třífázové schéma zapojení

K přenosu střídavého proudu dochází právě pomocí třífázových sítí. To je ekonomicky výhodné – nejsou potřeba další dva neutrální vodiče. Při přiblížení ke spotřebiteli je proud rozdělen do tří fází a každé z nich je přiřazena nula. Tak se dostává do bytů a domů. I když někdy je třífázová síť dodávána přímo do domu. Zpravidla se bavíme o soukromém sektoru a tento stav má svá pro i proti. O tom bude řeč později.
Země, nebo přesněji, uzemnění – třetí drát dovnitř jednofázová síť. V podstatě nenese pracovní zátěž, ale slouží jako jakási pojistka.
To lze vysvětlit na příkladu. Když se elektřina vymkne kontrole (např. zkrat), hrozí nebezpečí požáru nebo úrazu elektrickým proudem. Aby se tomu zabránilo (to znamená, že aktuální hodnota by neměla překročit úroveň, která je bezpečná pro lidi a zařízení), je zavedeno uzemnění. Přes tento drát jde přebytečná elektřina doslova do země (obr. 3).

Rýže. 3. Nejjednodušší schéma uzemnění

Další příklad. Řekněme, že při provozu elektromotoru pračky dojde k malé poruše a část elektrického proudu dosáhne vnějšího kovového pláště zařízení. Pokud nedojde k uzemnění, bude tento náboj dále putovat po pračce. Když se ho člověk dotkne, okamžitě se stane nejpohodlnějším vývodem této energie, to znamená, že dostane elektrický šok. Pokud je v této situaci zemnící vodič, přebytečný náboj po něm stéká, aniž by někomu ublížil. Navíc lze říci, že nulový vodič může být také uzemnění a v zásadě je, ale pouze v elektrárně.

Někteří řemeslníci, opírající se o základní znalosti elektrotechniky, instalují neutrální vodič jako uzemňovací. Nikdy to nedělej. Pokud se nulový vodič přeruší, kryty uzemněných zařízení budou pod napětím 220 V.

V 99% případů je pro byt instalována jednofázová síť. Je velmi snadné jej odlišit od třífázového. Pokud má příchozí kabel 3 nebo 2 vodiče, pak je síť jednofázová, když 5 nebo 4 – třífázová (obr. 4).

Rýže. 4. Kabel se stane čtyřžilovým nebo dvoužilovým, pokud je odstraněn zemnící vodič

Jak víte, třífázový proud protéká dráty, které přenášejí energii na vzdálenost – to je výhodnější. Do bytu vstupuje jednofázově. K rozdělení třífázového obvodu na 3 jednofázové dochází v ASU. Vede tam pětižilový kabel a vystupuje třížilový kabel (obr. 5).

Rýže. 5. Schéma rozdělení třífázové sítě na jednofázové spotřebiče

Na otázku, kam jdou další 2, je odpověď jednoduchá: živí jiné byty. To neznamená, že jsou jen 3 byty, může jich být tolik, dokud to kabel vydrží. Jde jen o to, že uvnitř stínění je obvod pro rozpojení třífázového obvodu na jednofázové (obr. 6).

Rýže. 6. Jednofázová elektrická síť

Ke každé fázi zasahující do bytu jsou přidány nula и uzemnění, a takto získáte třížilový kabel.
Ideálně v třífázová síť jen jedna nula. Více není potřeba, protože proud je fázově posunutý vůči sobě o jednu třetinu. Nula je nulový vodič, ve kterém není žádné napětí. Nemá žádný potenciál vzhledem k zemi, na rozdíl od fázového potenciálu, ve kterém je napětí rovno 220 B. V páru fáze-fáze napětí 380 B. V třífázové síti, ke které není nic připojeno, není v nulovém vodiči žádné napětí. Nejzajímavější věci se začnou dít, když je síť připojena k jednofázovému obvodu. Jedna fáze vstupuje do bytu, kde jsou 2 žárovky a lednice, a druhá – kde je 5 klimatizací, 2 počítače, sprcha, indukční vařič atd. (obr. 7).

Rýže. 7. Třífázová elektrická síť

Je jasné, že zatížení těchto 2 fází není stejné a o nějakém nulovém vodiči se nemluví. Objevuje se na něm i napětí a čím je zatížení nerovnoměrnější, tím je větší.

Fáze se již vzájemně neruší, aby byla celková nula.
V poslední době se situace s nekompenzací proudů v takové síti zhoršila výskytem nových elektrických spotřebičů, které se nazývají pulzní. Po zapnutí spotřebují mnohem více energie než při běžném provozu. Tato pulzní zařízení ve spojení s různým zatížením fází vytvářejí takové podmínky, že v nulovém vodiči (nule) vzniká napětí, které může být 2x větší než v kterékoli fázi. Neutrál je však stejný sekce, jako fázový vodič, ale zatížení je větší.
Proto v poslední době vznikl fenomén tzv nulové vyhoření – nulový vodič se jednoduše nedokáže vyrovnat se zátěží a vyhoří. S tímto jevem není snadné bojovat: musíte buď zvětšit průřez nulového vodiče (což je drahé), nebo rovnoměrně rozložit zátěž mezi 3 fáze (což je v bytovém domě nemožné). V nejhorším případě si můžete koupit redukční izolační transformátor, známý také jako Regulátor napětí.

V soukromí dům situace je lepší, protože vlastník je pouze jeden a distribuce elektřiny mezi fázemi je mnohem jednodušší. Je to dokonce zábavná činnost. vypočítat výkon elektrické spotřebiče a rozdělit je napříč fázemi tak, aby zátěž byla stejná. Všechny výpočty se provádějí přibližně a vůbec to neznamená, že musíte zapnout světla a 2 televizory, a pokud truhlářský stroj začne pracovat na ulici, je to přehnané. Vše závisí na přání majitele domu: nainstalovat třífázovou síť nebo jednofázovou síť. Jsou zde pro a proti.

Nevýhody třífázové sítě 2.

1. Napětí v určité oblasti je vysoce závislé na práci ostatních. Pokud je jedna z fází přetížena, ostatní nemusí fungovat správně. To se může projevit jakkoli. Abyste tomu zabránili, potřebujete stabilizátor – není to levná věc.
2. Potřebujete zařízení v rozvaděči určené speciálně pro třífázovou síť a také náklady na instalaci třífázové sítě. Budou větší než u jednofázových. Kromě toho musíte znát pravidla pro provoz třífázových sítí.

Výhody třífázové sítě také 2.

1. Třífázová síť umožňuje získat více energie. Pokud jednofázová síť s celkovým výkonem zařízení 10 kW již zažívá přetížení, pak se třífázová síť dobře vyrovná s 30 kW. Příklad je velmi jednoduchý. Pokud z elektrického vedení do domu vstupuje pouze 1 fáze, pak při průřezu přívodního vodiče 16 mm2 max. мощность bude pouze 14 kW, a pokud jsou všechny 3 fáze již 42 kW. Rozdíl je docela patrný.
2. Zapojování elektrických spotřebičů, které mají třífázový proud (elektrické sporáky), se stává extrémně snadným. Nejdůležitější věcí v případě soukromého domu jsou třífázové elektromotory, které jsou instalovány na mnoha strojích.