эиэ. Технология мяса и мясных продуктов, 260303 Технология молока и молочных продуктов. СанктПетербург 2009 2
 Скачать 2.12 Mb.
|
|
4.1. Способы соединения фаз генератора трехфазной системы Трехфазная цепь состоит из трех типов элементов источника электрической энергии (трехфазный генератор, линии передачи и приемников. Фазы генератора (рис. 29) обычно соединяются звездой, те. их концы X, Y, Z соединяются в один общий узел N, называемый нейтральной (нулевой) точкой генератора. Провода, соединяющие начала фаз обмоток генератора и приемника, называются линейными. Провод, соединяющий нейтральную точку генератора и приѐмника – нейтральным, а провода, соединяющие концы фаз приѐмника с нулевой точкой – фазными проводами. Фазное напряжение ф напряжение между началом и концом каждой фазы – Линейное напряжение л – напряжение между началами двух фаз (или между линейными проводами) – Рис. 28 42 Токи, текущие от генератора к приѐмнику по линейным проводам, называются линейными токами, а токи в фазных обмотках генератора или в фазах приѐмника, называются фазными токами. Как правило, генератор является симметричным, те. действующие значения фазных напряжений одинаковы (U A = U B = U C = ф. Тоже касается и линейных напряжений (U AB = U BC = U CA = л Соотношение между линeйными и фазными напряжениями генератора определяются II законом Кирхгофа. Соотношения между линейными и фазными напряжениями, а также между линейными и фазными токами следующие л 3 U ф I л = ф C N AB U A U B E B Рис. 29 B U 43 4.2. Способы соединения приѐмников трѐхфазных цепей Приемники могут быть соединены как звездой, таки треугольником (рис. 30). Фазы приемников обозначаются строчными (a, b, c) буквами в отличие от фаз генератора, обозначающихся прописными буквами A, B, C. Соединение звездой – это такое соединение, когда все концы фаз приемника (x , y , z) соединены в одну точку n, которая называется нейтральной (нулевой. Соединение треугольником – представляет такое соединение, в котором начало каждой фазы соединяется с концом предыдущей или конец каждой фазы соединяется с началом последующей .4.2.1. Соединение звездой (рис. 31) A A B B C C x x y y z z a a b b c c n Соединение треугольником Соединение звездой C B b n a Z b Z A a c N c Z Рис. 31 44 Приемники могут быть симметричными j c b a Ze Z Z Z и несимметричными c b a Z Z Z При симметричной нагрузке действующие значения фазных напряжений равны между собой c b a U U U и одинаковые углы сдвига фаз (φ) между током и напряжением в каждой фазе Toгда по закону Ома токи в фазах будут или При этом линейные токи равны фазным токам л = I ф. Выведем соотношения при симметричной нагрузке для фазных и линейных напряжений из векторной диаграммы напряжений (рис. 32). Из прямоугольного треугольника имеем 2 Отсюда ф л 3U U При наличии нейтрального провода ток в нем равен геометрической сумме токов в фазах n N c b a I I I I (по I закону Кирхгофа. В случае симметричного приемника ток в нейтральном проводе 0 n N I (см. рис. 33), те. необходимость в нѐм отпадает. При симметричном приѐмнике и чисто активных нагрузках в фазах токи и напряжения каждой фазы на векторной диаграмме совпадают по направлению и угол сдвига фаз равен нулю ( = Рис. 32 45 Векторная диаграмма токов и напряжений для симметричной комплексной нагрузки (например активно-индуктивной) имеет следующий вид (рис. 33). При несимметричной нагрузке фаз – c b a Z Z Z . Это неравенство может быть как по модулю ( c b a Z Z Z ), таки по углу сдвига фаз, те. по характеру нагрузки в фазах ( c b a ). При этом токи в фазах будут разными a b a I I I . В этом случае между нулевой точкой генератора и нулевой точкой приѐмника возникает напряжение смещения нейтрали Для нахождения этого напряжения воспользуемся формулой междуузлового напряжения (метод двух узлов) Nn c b a C c B b A a Nn Y Y Y Y U Y U Y U Y U , где C B A U U U , , – напряжения фаз генератора c b a Y Y Y , , – комплексные проводимости фаз приемника комплексная проводимость нейтрального провода. Если пренебречь внутренним сопротивлением нейтрального провода, тоне учитывается. Тогда по II закону Кирхгофа можно записать следующее где c b a U U U , , – напряжения фаз приемника. Рис. 33 46 Рассмотрим векторные диаграммы. Векторная диаграмма напряжений для трехпроводной несимметричной нагрузки представлена на рис. 34. Векторная диаграмма для четырехпроводной тес нулевым проводом) несимметричной нагрузки представлена на рис. 35. Ток в нулевом проводе определяется как векторная сумма токов в фазах При этом включение нулевого провода выравнивает фазные напряжения при несимметричной нагрузке. Каждый трѐхфазный двигатель представляет собой симметричный приѐмник, поэтому для подключения его к источнику энергии используют трѐхпроводные линии. Но для осветительной нагрузки нейтральный провод необходим, так как обеспечить полную симметрию таких приѐмников невозможно, поэтому при отключении нулевого провода фазные напряжения могут стать неравными. В результате в одних фазах может быть недокала в других – «перекал», следовательно, быстрое перегорание ламп и другой аппаратуры. Учитывая это, в нейтральном проводе четырѐхпроводной осветительной магистрали запрещена установка предохранителей или выключателей. 4.2.2. Соединение треугольником На практике, чтобы обеспечить независимость режима работы отдельных фаз, кроме четырехпроводной цепи, применяется трѐх- проводная цепь, соединенная треугольником, в которой нейтральный провод отсутствует (рис. 36). Рис. 35 Рис. 34 a U ab U 47 При этом соединении линейные напряжения равны фазным напряжениям (л = ф) для симметричного и несимметричного режима. Для определения линейных токов надо составить уравнения по I закону Кирхгофа для узлов a, b, c см. рис. 36) Сложив правые и левые части приведенных выше уравнений, получим , I I I C B A 0 те. при построении векторной диаграммы линейные токи образуют замкнутый треугольник. При симметричной нагрузке , Z Z Z ca bc ab те. Следовательно На основании всех этих уравнений построим векторную диаграмму токов и напряжений для симметричной нагрузки фаз рис. 37). Диаграмма построена для чисто активной нагрузки в фазах, когда токи напряжение совпадают по направлению, те. угол сдвига фаз между ними равен нулю ( = 0). Рис. 37 Рис. 36 ab I bc I ca I 48 Рассмотрим отдельно треугольник токов (рис. 38). Из треугольника odb можно записать ф ф л I I I Таким образом, для симметричной нагрузки ф л I I 3 ; U л U ф При несимметричной нагрузке ca bc ab Z Z Z , те Например, для схемы изображенной на рис. 39, векторная диаграмма имеет вид (рис. 40). На схеме рис. 39 в каждой фазе имеется нагрузка, различная не только по величине, но и по характеру, те. в фазе ab нагрузка – чисто емкостная (ток опережает напряжение на угол /2), в фазе bc нагрузка – чисто индуктивная (напряжение опережает ток на угол /2), в фазе ca нагрузка – чисто активная (токи напряжение совпадают по фазе. Преимуществом соединения фаз источника и приемника треугольником по сравнению с соединением звездой без нейтрального провода является взаимная независимость фазных токов. B R X C c b a C A X Рис. 40 Рис. 39 Рис. 38 I л с a d 0 b ф 49 4.3. Работа трехфазной цепи при переключении фаз приемников Если на щитке асинхронного двигателя указано / – 380/220, то это означает, что фазное напряжение двигателя 220 В и его обмотки можно соединить звездой при сети = 380 Вили треугольником при сети = 220 В. На практике соединения звездой и треугольником применяются для приѐмников; генераторы, трансформаторы или другие источники соединяют обычно в звезду так как даже при небольшой несиммет- рии обмоток внутри треугольника возникают уравнительные токи, вызывающие дополнительный нагрев электрических машин. Кроме того, с целью уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей, обмотки которых в рабочем режиме соединены треугольником, на период пуска их соединяют звездой, при этом пусковой ток уменьшается в три раза. ф л ф ф ф л ф л ф ф ф л 3 л ф ф л л л U Z Z U I I ; 3 л л. Мощности трехфазных цепей Активная, реактивная и полная мощность приемника трехфазной цепи равны сумме активных, реактивных и полных мощностей отдельных фаз, те. c b a P P P P цепи – активная мощность; c b a Q Q Q Q цепи – реактивная мощность цепи – полная мощность. Если нагрузка в фазах симметричная, то мощности каждой фазы равны и определяются через линейные или через фазные параметры цепи. 50 ф л л ф ф ф ф цепи cos 3 cos 3 3 I U I U P P ; ф л л ф ф ф ф цепи sin 3 sin 3 л л ф ф ф цепи Комплексной мощностью трехфазной системы называется сумма комплексных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме комплексных мощностей всех фаз приемника. Способы измерения активной мощности в трехфазных цепях Активная мощность трехфазных цепей измеряется с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного ваттметра применяется только для симметричного приемника, тогда мощность всей системы будет равна утроенному показанию ваттметра (риса, б. Схема на риса соответствует соединению приемников звездой, а схема на рис. 41, б соответствует соединению приемников треугольником Рис. 41 51 Метод двух ваттметров (рис. 42) применяется для измерения мощности несимметричного трехпроводного приемника (те. без нейтрального провода. В случае измерения мощности двумя ваттметрами мощность всей трехфазной цепи равна сумме показаний ваттметров (цепи = P 1 + P 2 ). Докажем, что это действительно так. Воспользуемся мгновенными значениями тока , напряжения и мощности. ) ( ) ( 2 1 цепи c b b c a a bc b ac a u u i u u i u i u i p p p , ) ( c b a b a c b b a a p p p i i u u i u i где i a u a – мощность фазы A, i b u b – мощность фазы B. Однако присоединении фаз приемника звездой без нейтрального провода ia +ib +ic = 0, следовательно, i c = – ( i a + i b ). Подставляя это значение тока в выражение мгновенной мощности, получим p c = i c u c – мощность фазы C. Метод трех ваттметров (рис. 43) – универсальный метод, он применяется для любой нагрузки – симметричной и несимметричной, трехпроводной и четырехпроводной. Сумма показаний всех ваттметров определяет мощность трехфазной цепи, а каждый ваттметр измеряет мощность своей фазы. На практике на электростанциях широкое применение нашли двухэлементные трехфазные электродинамические и ферродинами- Z c Z b Z a P 2 P 1 C B A Рис. 42 52 ческие ваттметры, которые содержат водном корпусе два измерительных механизма и общую подвижную часть. Катушки механизмов соединены по схеме двух ваттметров. Показание такого двухэлементного ваттметра равно активной мощности трехфазного приемника. Метод трех ваттметров обычно применяется в четырехпровод- ной цепи для несимметричной нагрузки. Ваттметры трехфазного тока, устанавливаемые на распределительных щитах, представляют собой два (для трехпроводной системы) или три (для четырехпроводной системы) измерительных механизма, связанных общей осью и воздействующих на общую стрелку. Эти измерительные механизмы включаются в трехфазную цепь соответственно методам измерения при помощи двух или трех ваттметров. Z c Z b Z a O C B A P 1 P 2 P 3 n Рис. 43 53 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ Измерительная техника играет важную роль в научно-техниче- ском прогрессе. Уровень ее развития определяет совершенство технологических процессов, качество изделий и достижения в научных исследованиях. Без высококачественных электроизмерительных приборов невозможны проведение научных исследований на современном уровне, разработка и внедрение электронных вычислительных машин, систем автоматического контроля и управления. Электроизмерительные приборы выполняют функции не только измерения, но и сигнализации, контроля и управления. Дальнейшее развитие получают цифровые измерительные приборы, разрабатываются измерительные следящие системы, обеспечивающие осуществление массовых измерений, получение потока измерительной информации, обработку результатов на ЭВМ. Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный потоки т. д. Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления, концентрации, перемещения и т. д, которые для этой цели преобразуются в зависящие от них электрические величины, те. производят электрические измерения неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния телеизмерения, управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование, выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, записывать ход контролируемых процессов и т. д. По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором. 54 Микропроцессоры позволяют существенно повысить производительность и точность измерительных приборов, придавая им дополнительные функции обработки результатов измерений. Для исследования сложных объектов применяются автоматические измерительные системы, представляющие собой совокупность датчиков, измерительных и регистрирующих приборов, устройств их сопряжения (интерфейс) и управления. 5.1. Основные понятия. Виды и методы измерений Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем эксперимента измеряемой физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. В зависимости от способа получения результата, измерения делятся на прямые и косвенные. Прямые измерения – искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора, например измерение тока амперметром. Косвенные измерения – искомое значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений, например измерение сопротивления электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром. В зависимости от способа применения приборов и мер различают метод непосредственной оценки метод сравнения и дифференциальный метод При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяется по показаниям отсчетного устройства измерительного прибора прямого действия (например, амперметр и др. При методе сравнения измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. При измерении этим методом значение образцовой величины регулируется до равенства со значением измеряемой величины, которое фиксируется измерительным прибором. Прибор должен быть высокой чувствительности, он называется нулевым прибором или нуль-индикатором. Важнейшие среди методов сравнения – мостовые и компенсационные. 55 Самая большая точность достигается при дифференциальном методе измерений. В этом методе измеряемая величина уравновешивается известной величиной не до полного равновесия, а путѐм прямого отсчета измеряется разность измеряемой величины и известной. Дифференциальный метод применяется для сравнения двух, мало отличающихся величин. Средства электрических измерений – это технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики (рис. 44). Меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного значения (эталоны, образцовые меры, рабочие меры. Электроизмерительные приборы служат для выработки сигналов измерительной информации в доступной для восприятия форме амперметры, вольтметры, ваттметры и т. д. Измерительные преобразователи предназначены для выработки сигнала измерительной информации, передачи его, дальнейшего преобразования, обработки и хранения. Существуют преобразователи электрической величины в электрическую (например шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы) и неэлектриче- ской величины в электрическую (термопары, терморезисторы, тензо- резисторы и т. д. Меры Электроизмерительные приборы Электроизмерительные установки Измерительные информационные системы Рис Измерительные преобразователи Средства электрических измерений Электроизмерительная установка – это совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, служащих для выработки сигналов измерительной информации, расположенных водном месте. Измерительные информационные системы (ИИС) – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации отряда источников в форме, удобной для обработки, передачи и использования в автоматических системах управления. |