Задание 4. Расчет трехфазных цепей

Задание: для электрической цепи трехфазного переменного тока, соответствующей номеру варианта, с параметрами, приведенными в таблице 7.1, выполнить следующее:

1. Вычертить заданную цепь, выписать заданные величины э.д.с. и сопротивлений;

2. Построить схему замещения заданной цепи и определить полные комплексные сопротивления каждой из фаз нагрузки;

3. Произвести расчет комплексных фазных и линейных токов, а также тока в нейтральном проводе (при его наличии в заданной схеме), комплексных напряжений на каждом из элементов всех фаз нагрузки;

4. Найти активную, реактивную и полную мощности каждой фазы и всей цепи; произвести проверку правильности расчета токов путем составления уравнения баланса мощностей цепи;

5. Записать мгновенные значения токов и напряжений на каждом из элементов всех фаз нагрузки;

6. Построить векторную диаграмму токов и напряжений в комплексной плоскости.

7. При выполнении задания по каждому из вариантов принять, что заданная схема питается от симметричного трехфазного источника э.д.с., при этом действующее значение э.д.с. каждой из фаз источника равно 220 В.

Таблица 7.1

Варианты задания и параметры элементов схем

Варианты схем для выполнения задания

Рис. 7.1 Рис. 7.2

Рис. 7.3 Рис. 7.4

Рис. 7.5 Рис. 7.6

Рис. 7.7 Рис. 7.8

Рис. 7.9 Рис. 7.10

Рис. 7.11 Рис. 7.12

Рис. 7.13 Рис. 7.14

Рис. 7.15 Рис. 7.16

Рис. 7.17 Рис. 7.18

Рис. 7.19 Рис. 7.20

Рис. 7.21 Рис. 7.22

Рис. 7.23 Рис. 7.24

Рис. 7.25

Примеры расчета трехфазных цепей.

Пример 1.

В трехфазную сеть с линейным напряжени­ем U_л=220 В включен приемник, соединенный треугольником, сопротивление каждой фазы которого =(10 + j10) Ом (рис. 7.26).

Рис. 7.26. Схема для расчета

Требуется найти токи в каждой фазе нагрузки, токи в линейных проводах и показания каждого ваттметра. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.

Решение. Расчет токов в трехфазных цепях производится символическим методом. Примем, что вектор линейного напряжения направлен по действительной оси, тогда В, В, В.

Определяем фазные токи:

Находим линейные токи:

Определим показания ваттметров:

Активная мощность цепи (алгебраическая сумма показаний ваттметров) Р равна:

или

На рис. 7.27 приведена векторная диаграмма напряжений и токов.

Рис. 7.27. Векторная диаграмма

Пример 2.

В четырехпроводную трехфазную сеть с линейным напряжением U_л=220 В включен по схеме «звезда с нулевым проводом» приемник, активные и индуктивные сопротивления фаз которого соответственно равны: r_a=3 Ом, x_a=4 Ом, r_b =3 Ом, x_b=5,2 Ом, r_c=4 Ом, x_c=3 Ом (рис. 7.28).

Требуется определить токи в линейных и нейтральном проводах и построить векторную диаграмму токов и напряжений.

Решение. Считаем, что вектор фазного напряжения направлен по действительной оси, тогда

Находим линейные токи:

Рис. 7.28. Схема для расчета

Ток в нейтральном проводе определяется как геометрическая сумма линейных токов:

Векторная диаграмма приведена на рис. 7.29.

При несимметричной нагрузке для определения активной мощности находят мощность каждой фазы отдельно:

,

а мощность всей трехфазной системы получают как сумму мощностей всех фаз.

Пример 3.

В трехфазную сеть с линейным напряжением U_л=380 В включен по схеме «звезда» приемник, активное, индуктивное и емкостное сопротивление фаз которого равны r=x_L=x_C=22 Ом (рис. 7.30).

Решение. Расчет токов производим символическим методом. Находим фазные напряжения:

Рис. 7.29. Векторная диаграмма

Рис. 7.30. Схема для расчета

Определяем напряжение между нейтральными точками приемника и источника питания:

Определяем напряжения на зажимах фаз приемника:

Определяем фазные (линейные) токи:

Векторная диаграмма изображена на рис. 7.31.

Рис. 7.31. Векторная диаграмма

Из рассмотрения этой задачи следует, что напряжения на зажимах фаз приемника получаются неодинаковыми. Поэтому несимметричные приемники (бытовые и др.) соединяют либо четырехпроводной звездой, либо треугольником.

Литература

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учебник для ВУЗов. М.: Издательский центр «Академия», 2003, 544 с.

2. Немцов М.В., Светлакова И.И. Электротехника. Ростов-на-Дону: «Феникс», 2004, 567 с.

3. Прянишников В.А., Петров Е.А., Осипов Ю.М. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах. Практическое пособие. СПб.: «Корона принт», 2001, 336 с.

4. Рекус Г.Г. Основы электротехники и электроники в задачах с решениями. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2005, 343 с.

5. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. М.: Высшая школа, 1990, 544 с.

6. Черевко А.И. Линейные электрические цепи. Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2007, 78 с.

7. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушин А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989, 528 с.

Содержание

Общие требования к выполнению контрольных работ ……………………3

1. Расчет цепей постоянного тока (общие сведения) ………………………4

1.1. Основные понятия. Источники электрической энергии ………………4

1.2. Закон Ома ………………………………………………………………...5

1.3. Законы Кирхгофа …………………………………………………….…..6

1.4. Основные методы расчета цепей постоянного тока …………………..7

2. Cведения из теории цепей переменного тока ……………………………13

2.1. Основные понятия и определения ………………………………….…..13

2.2. Изображение синусоидальной функции комплексным числом. Символический метод расчета цепей синусоидального тока ………….….15

2.3. Элементы электрической цепи переменного тока ………………….…17

2.4. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме записи ………………18

2.5. Последовательное и параллельное соединение сопротивлений и проводимостей …………………………………………………………….....18

2.6. О применимости методов расчета цепей постоянного тока к расчетам цепей синусоидального тока ………………………………………………...19

2.7. Мощность в цепи синусоидального тока …………………………..…..19

2.8. Треугольники токов, напряжений, сопротивлений, проводимостей и мощностей ……………………………………………………………….…...20

2.9. Векторные и топографические диаграммы ……………………….…...20

3. Основные сведения по расчету трехфазных цепей ………………….….21

3.1. Термины и определения ………………………………………….……..21

3.2. Основные схемы соединения трехфазных цепей …………………......23

3.3. Расчет трехфазных систем …………………………………………...…24

3.4. Мощность в трехфазных системах ………………………………...…..27

4. Задание 1. Расчет простых цепей постоянного тока ………………....…28

5. Задание 2. Расчет сложных цепей постоянного тока ………………..….34

6. Задание 3. Расчет цепей переменного тока символическим методом ....44

7. Задание 4. Расчет трехфазных цепей ………………………………..…...53