Бір фазалы электр тізбектерімен салыстырғанда электр энергиясын өндіру мен таратудың экономикалық тұрғыдан тиімділігі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Ақпараттық-коммуникациялық технологиялар факультеті

Автоматтандыру және есептеу техникасы кафедрасы

СРО №3

Пән: Электротехниканың теориялық негіздері

Тақырыбы: Үш фазалы тізбектерді есептеу. Тұтынушыларды жұлдызша және үшбұрышша жалғау.

Орындаған: Әбдікәрім Ә. Қ

Топ: АУ-601

Тексерген: Турусбекова Б. Ш.

Семей 2017

Жоспар :

Кіріспе 3-бет

Үш фазалы электрлік тізбектер туралы мәліметтер 4-5-бет
Жұлдызша жалғанған үш фазалы тізбектерді есептеу. 5-9-бет
Үшбұрышша жалғанған үш фазалы тізбектерді есептеу 10-12-бет

Қорытынды 13-бет

Пайданылған әдебиеттер 14-бет

Кіріспе

Қазіргі таңда барлық көп фазалық жүйелердің ішіндегі ең кең таралғаны үш фазалық жүйелер, былайша айтқанда, олар бірдей жиілікті және бірдей амплитудалы, ал фазалары жағынан бір-бірімен салыстырғанда, 120 ⁰ -қа ығысқан, үш электр қозғаушы күшінің жиынтығынан тұратын электр қозғаушы күшінің үш фазалық симметриялық жүйесі болып табылады.

Жұмыстың мақсаты - электр тізбектеріндегі процестерді оқып меңгеру, үш фазалық жүйелердің сипаттамасы мен тізбектерінің негізгі анықтамаларымен, сонымен қатар тізбекті есептеудің әдістерімен танысу.

Жұмыстың міндеті - әр түрлі электротехникалық қондырғыларда өтетін процестердің сандық және сапалық өлшемдері негізінде электр тізбектерінің есептерін сауатты шеше білуге дайындалу.

Электроникалық құрылғыларда жиі кездесетін энергия қорын жинақтаушы электрлік тізбектердегі өтпелі процестерді автоматтандыру және басқару мамандары білуге тиісті. Сондықтан бұл жұмыста үш фазалы электр тізбектеріне теориялық талдау жасалынды.

1. Үш фазалы электрлік тізбектер туралы мәліметтер

Электротехникада «фаза» деген термин екі түрлі мағына береді. Ол, біріншіден, бір мезгілдегі кезеңдік үдерісті бейнелейтін ұғымды білдіреді, екінші жағынан, ол электр тізбегінің көп фазалы жүйе құрамы бөлігінің аты болып есептеледі.

Фаза саны бойынша көп фазалы қоректендіргіш көздер және электр тізбек жүйелері екі, үш, төрт фазалы т. б. бөліктерге бөлінеді. Осы келтірілген жіктеулерге сәйкес, үш орамалы генераторды үш фазалы деп атайды.

Электр тізбегінің көп фазалы жүйесі деп жиіліктері бірдей, электр қозғаушы күштері әр түрлі фазалардан тұратын айнымалы токтың бірнеше тізбектерінің жиынын айтады. Көбінесе, практикада электр қозғаушы күштері (кернеуі) шамалары жағынан тең және фазалары бойынша 2π/m - бұрышқа ығысқан (мұндағы m - фаза саны) көп фазалық симметиялық жүйелер қолданылады.

Көп фазалы электр тізбегі жүйесін және көп фазалы генераторларды П. Н. Яблочков өзінің ойлап тапқан электр жарық шамдарын қоректендіру үшін бірінші рет іс жүзінде пайдаланған болатын.

Электр энергетикасы саласында үш фазалы тізбек техникалық жағынан жетілген, экономикалық жағынан аса үнемді болғандықтан, өте көп қолданылады. Үш фазалы электр тізбегі үш фазалы генератор, электр тарату желілері, қабылдағыштардан тұрады.

Үш фазалы электр тізбектерінің бір фазалы электр тібектермен салыстырғанда көп артықшылықтары бар:

Айнымалы магниттік өрісті алуға мүмкіндік береді және қарапайым, сенімді, арзан асинхронды пайдалануға мүмкіндік береді;
Электр желілерінде пайдаланылатын өткізгіш сымдардың аз шығынын жұмсауға мүмкіндік береді;
Үш фазалы энергия көзіне екі әртүрлі кернеулермен жұмыс жасайтын қабылдағыштарды қосуға мүмкіндік береді;
Үш фазалы генератор механикалық энергияны электрлік күш фазалы ЭҚК жүйесіне түрлендіреді;
Бір фазалы электр тізбектерімен салыстырғанда электр энергиясын өндіру мен таратудың экономикалық тұрғыдан тиімділігі;
Үш фазалы асинхронды қозғалтқыш үшін қажет айналмалы магнит өрісін алудың қарапайымдылығы;
Бір қондырғыда екі қолданылатын кернеуді - фазалық және сызықтық түрлерін алу мүмкіндігі.

Айнымалы токтың үш фазалық жүйесін 1891 жылы орыстың атақты өнертапқышы инженер М. О. Доливо-Добровольский ашқан болатын. Онда ол жүйенің негізгі туындысы болып табылатын - генераторлады, трансформаторларды, беріліс желілерін және үш фазалық токтың двигательдерін ойлап тапты және зерттеді.

1891 жылы М. О. Доливо-Добровольскийдің басшылығымен дүние жүзінде алғаш рет үш фазалық айнымалы токпен электр энергиясын қашықтыққа беру жұмысы іске асырылды. Кернеуі 15, 2 кВ, п. э. к. 79 %, қуаты 220 кВт (сол уақыт үшін рекордтық параметрлер еді) электр энергиясы, желісінің ұзындығы 150 км болатын қашықтыққа берілді. Қазіргі таңда, үш фазалық жүйелер арқылы қуаты миллион кВт-тан асатын қуаттар мыңнан астам км қашықтықтарға өте жоғары пайдалы әрекет коэффициенттерімен беріледі.

2. Жұлдызша жалғанған үш фазалы тізбектерді есептеу

Үш генератордың әрбір ормын энергияны тұтынушыға жекелеп қосуға болады, демек, бұл жағдайда үш бір-бірінен тәуелсіз фазалық тізбек алынады (1. 1-сурет) . Практикада мұндай бір-бірімен байланысы жоқ тізбектер қолданылмайды, себебі үш бөлек тізбектер үшін алты сым өткізгіші керек, бұл экономикалық жағынан тиімді емес. Генератордың орамдарын жұлдызша қосудың нәтижесінде, генераторды тұтынушымен қосатын жүйедегі байланысы жоқ алты сымды төрт немесе үш сымға дейін азайтуға болады.

<h4

>1. 1-сурет

Электрлік схемада (1. 2-сурет) генератордың орамдарын жұлдызшалап қосқанда, үш орамның бір аттас қысқыштарын ( X, Y, Z ) бір нүктеге біріктіреді және оны 0 деп белгілеп, генератордың нөлдік нүктесі деп атайды. Үш фазалық жүктемелердің соңғы ұштарын жұлдызшалап қосып, оларды бір 0’- нүктесіне біріктіреді, оны жүктеменің нөлдік немесе бейтарап нүктесі деп атайды. Жүктемелердің екінші ұштарын генератордың A, B, C нүктелеріне қосатын сымдарды желілік сым деп атайды. </h4>

Нөлдік сым немесе бейтарап сым деп генератордың және жүктеменің нөлдік нүктелерін қосатын сымды айтады, нөлдік сымдағы токты I ₀ деп атайды. (1. 2-сурет) токтың оң бағыты үшін 0’ -нүктесінен 0 - нүктесіне дейінгі бағытты аламыз. Үш сымды жүйеде нөлдік сым болмайды (1. 2-сурет) .

ә)

1. 2-сурет

Нөлдік немесе бейтарап сыммен сым желілері арасындағы U _А , U _В , U _С - кернеулерін фазалық кернеулер деп атайды. Фазалық кернеудің фазалық электр қозғаушы күшінен айырмашылығы генератордың орамында кернеудің түсу шамасындай болады. Сым желілері арасындағы U _АВ , U _ВС , U _СА - кернеулерін желілік кернеулер деп атайды. Мысалы, U _АВ - кернеуі А - нүктесінен В - нүктесіне бағытталған ( 1. 2, а-сурет) .

Желілік сымдар арқылы жүретін токты I _А , I _В және I _С деп белгілейді. Токтардың оң бағыты үшін шартты түрде генератордан жүктемеге дейінгі бағыт алынады. Көбіне, желілік токтар модульдері бойынша бірдей болады, сондықтан желілік токтардың модулін I _ж деп белгілейді.

Барлық сымдардың кедергілерін ескермеген жағдайда, қабылдағыш пен генератордың үш фазаларындағы токтарын оңай анықтауға болады:

I _А =E _A / Z _A , I _В = E _B / Z _B , I _С = E _C / Z _C . (1. 1)

Ендеше нөлдік сымдағы ток мынаған тең:

I ₀ = I _А + I _В + I _С . (1. 2)

Барлық фазалар үшін кедергілері

Z _A = Z _B = Z _C = Z _ф = Z _Ф e ^{j φ} (1. 3)

бірдей болатын қабылдағышты симметриялық деп атайды.

Симметриялық режим жағдайында ток әр фазада электр қозғаушы күшінің осы фазалары бойынша φ = arctg X/R бұрышына қалып отырады, мұндағы R және Х фазалардың активтік және реактивтік кедергілері (1. 3 - сурет) .

А фазасындағы токты бір фазалы тізбектегі ток секілді анықтайды, ал симметриялық режимдегі генератор мен жүктеменің (қабылдағыштың) бейтарап нүктелерінің потенциалдары бірдей болатындықтан оларды бір-бірімен қосуға болады. Олай болса:

I _А =E _A / Z _A

теңдеуін ескеріп, В және С фазаларындағы токтарды I _А тогы арқылы өрнектейміз:

I _В = а ² I _А , I _С = а I _А .

Симметриялық режимде бейтарап сымның болуы оған ешқандай өзгеріс жасамайды, себебі үш фазаның токтарының қосындысы нөлге тең (Жалпы жағдайда, фазалық жүктемелер бірқалыпты болмағанда I ₀ - тогы нөлге тең болмайды ), яғни ток болмайды:

I ₀ = I _А + I _В + I _С = (1+а ² +а) I _А = 0. (1. 4)

Сонымен, үш фазалық тізбектің симметриялық режимдегі жұмыстың есебі бір фазалық тізбектің есебіне ұқсас болады. Бұл жағдайда сымның кері кедергісі (бейтарап) есепке алынбайды, себебі онда ток та, кернеу де болмайды.

Симметриялық үш фазалық жүйеде фазалық кернеулердің әсерлік мәндері бірдей болады:

U _A = U _B = U _C = U _Ф .

Енді E _A = U _А , E _B = U _В , E _C = U _С (1. 5) екенін ескере отырып, 1. 2. а - суретіндегі схемадағы контурлар үшін Кирхгофтың екінші заңын жазамыз. Сонда желілік кернеулер үшін мынадай өрнектер алынады:

U _АВ = E _A - E _B = U _А - U _В = U _ж e ^j30 ; (1. 6)

U _ВC = E _B - E _C = U _В - U _С =U _ж e ^-j90 ; (1. 7)

U _СA = E _C - E _A = U _С - U _А = U _ж e ^j150 ; (1. 8) мұндағы U _ж - желілік кернеудің әсерләк мәні.

1. 3 - сурет

1. 3-суретіндегі схемада энергия көзі мен қабылдағышты (тұтынушыны) жұлдызшалап қосқандағы фазалық және желілік кернеулердің векторлық диаграммасы келтірілген. 1. 6 - теңдеуі бойынша U _АВ - желілік кернеуі схемада U _А және (-U _В ) векторларының қосындысы түрінде анықталған. Желілік кернеудің басқа векторлары да осыған ұқсас тәсілмен анықталған.

Желілік кернеулердің алгебралық қосындылары нөлге тең болады. Шынында да, (1. 6), (1. 7) және (1. 8) теңдеулерінің оң және сол жақтарын қосындыласақ соны аламыз:

U _АВ + U _ВC + U _СA = U _А - U _В + U _В - U _С + U _С - U _А = 0

(1. 5) шарты бейтарап сым болған жағдайда ол симметриялық та, симметриялық емес қабылдағыштар үшін орындалады, ал бейтарап сым болмаған жағдайда тек симметриялық жағдай үшін орындалады. Екі жағдайда да фазалық және желілік кернеуліктер векторының комплекстік мәндері табандарындағы бұрыштары 30 ⁰ болатын, үш бірдей тең бүйірлі үшбұрышты түзеді. Мұның бұлай болу себебі симметриялық жүйеде фазалық кернеулер бір - біріне тең, яғни U _A = U _B = U _C = U _Ф және желілік кернеулер шамалары жағынан бірдей U _АВ = U _ВC = U _СA = U _ж .

Ендеше кернеулердің тең бүйірлі үш бұрышынан (1. 3 - сурет) желілік және фазалық кернеулердің әсерлік мәндері үшін төмендегідей қатысты аламыз:

U _ж /2 = U _Ф cos30 ⁰ немесе U _ж = 2U _Ф cos30 ⁰ = 2 U _Ф √3/2 = √3 U _Ф = 1, 73 U _Ф , (1. 9) бұдан біз желілік кернеудің фазалық кернеуден √3 есе артық болатынын көреміз. Мысалы, желілік кернеу U _ж = 380В болса, фазалық U _Ф = 220В немесе желілік U _ж = 220В болса, фазалық U _Ф = 127В болады.

Энергия көзін және қабылдағышты жұлдызшалап қосқанда, желілік токтар тиісті фазалық токтарға тең болады. Ал симметриялық қабылдағыш жағдайында барлық желілік және фазалық токтардың әсерлік мәндері бірдей:

І _ж = І _Ф . (1. 10)

Әрбір үш фазалық двигатель симметриялық қабылдағыш болып табылады. Сондықтан электродвигательді энергия көзіне қосқанда үш сымдық желі пайдаланылады. Ал жарықтандыру жүйесінде үш фазалық қабылдағышта симметрияны толығымен сақтау мүмкіндігі болмайтындықтан төртінші бейтарап сым керек. Төрт сымды желіде бейтарап сымға жарақтандыруң магистраліне магистральдік қорғағыш немесе сөндіргіш қоюға болмайды, себебі бейтарап сымды ажыратқанда фазалық кернеу бірдей болмай қалады. Соның нәтижесінде, бір фазада кернеу жоғары, басқаларында төмен болуынан электр шамдары тез істен шығады. Егер осындай қосылу кезінде, бір магистральдің қорғағышы жанып кетсе, онда бір (тиісті) фазаның электр шамы ғана сөнеді.

1. 1-мысал. Cхемада үш фазалық генератордың әр фазасындағы э. қ. к. -і 127В-ке тең. Жүктеменің фазалық кедергілері модулі бойынша 6, 35 Ом-ға тең, бірақ олардың сипаты әр түрлі: Z _A = R, Z _B = jωL; Z _C =-j /ωC. Бейтарап (нөлдік) сымдағы токты анықтаңыз.

1. 4-сурет

Шешуі. Векторлық диаграмма құрамыз (1. 4-сурет) . Барлық фазалардың тогы модульдері бойынша 127/6, 35=20А. I _А -тогы фазасы бойынша E _A мен сәйкес келеді. I _В - тогы E _В -дан 90 ⁰ - қа қалып қояды. I _С -тогы E _С -дан 90 ⁰ - қа озып кетеді. I _А + I _В + I _С векторларының қосындысы I ₀ -ток векторын береді. Ол модулі бойынша 14, 6А - ге тең.

1. 2-мысал. Бейтарап сымда ток нөлге тең болу үшін схемадағы А фазасының кедергісінің мәні қандай болу керек?

Шешуі. I _В + I _С токтарының геометриялық қосындысы модуль бойынша мынаған тең 2*20cos 30 ⁰ = 20√3 A .

Бейтарап сымдағы ток нөлге тең болуы үшін I _А тогы I _В + I _С токтарына қарама-қарсы бағытталуы және модулі бойынша 20√3 A болуы керек. Сонда А фазасының кедергісі R = E/20√3 = 127/20√3 = 3, 66 Ом.

3. Үшбұрышша жалғанған үш фазалы тізбектерді есептеу

Генераторды үшбұрышша қосу үшін әрбір фазаның бастапқы ұшын оның соңғы ұшымен біріктіру керек (2. 1-сурет) . Симметриялық генераторды жүктемесіз осылай қосқан жағдайда оның ішінде ток болмайды, себебі симметриялық жүйені құрайтын оның э. қ. к. -нің қосындысы нөлге тең болады. </

h $C:\Users\компьютер\Pictures\1.png$ 4>

2. 1-сурет 2. 2-сурет

Жүктемелерді (қабылдағышты) үшбұрышша қосамыз (2. 2 - сурет) . Сонда генератордың және жүктемелердің фазалық кернеулері екінші жағынан желілік кернеулер болып саналады, ал I _А, I _В, I _С фазалық токтарының I _АВ , I _ВС , I _СА желілік токтардан айырмашылығы бар екендігі байқалады. Демек, желілік және фазалық токтар арасындағы симметриялық қатынастарды алу үшін олардыңоң бағыттарын таңдап алуымыз керек. Желілік токтар үшін оң бағыт үшін көбінесе генератордан қабылдағышқа дейінгі бағыт алынады, ал генератордағы фазалық токтың бағыты контурды сағат тілінің айналу бағытына қарсы болады.

Үшбұрыштап қосылған қабылдағыштағы фазалық токтың оң бағыты А’-тан В’-қа дейін, В’-тан С’-қа дейін және С’-тан А’-қа дейін алынады.

(2. 2-сурет) .

А’ нүктесі үшін Кирхгофтың бірінші заңын қолдансақ (2. 2-сурет), онда мынаны жазамыз:

I _А + I _СА = I _АВ немесе I _А = I _АВ - I _СА . (2. 1)

В’ және С’ нүктелері үшін де осыған ұқсас теңдеулер жазамыз:

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.