Задача со схемой треугольник (2 видео) | Курс школьной геометрии

Примеры решения задач на расчет цепей при соединении треугольником

Пример №1

Задача

В трехфазную сеть с U_Л = 380 В включен соединенный треугольником трехфазный асинхронный двигатель мощностью P = 5 кВт, КПД двигателя равен η_Н = 90%, коэффициент мощности cos φ_Н = 0,8. Определить фазные и линейные токи двигателя, параметры его схемы замещения R_Ф, X_Ф, построить векторную диаграмму. Включить ваттметры для измерения активной мощности и найти их показания.

Анализ и решение задачи

Двигатель является активно-индуктивным потребителем энергии, его схема замещения приведена на рис. 2

Расчет активной мощности и токов, потребляемых двигателем из сети.

В паспорте двигателя указывается механическая мощность на валу; потребляемая активная мощности двигателя

P = P_Н / η = 500 / 0.9 = 5560 Вт.

Для симметричной нагрузки, какой является двигатель,

P = 3 U_Ф I_Ф cos φ и I_Ф = P / (3 U_Ф cos φ).
I_Ф = 5560 / (3 · 380 · 0,8) = 6,09 А.
I_Л = I_Ф = · 6,09 = 10,54 А.

Расчет параметров схемы замещения двигателя.

Z_Ф = U_Ф / I_Ф = 380 / 6,09 = 62,4 Ом; R_Ф = Z_Ф cos φ = 62,4 · 0,8 = 49,9 Ом;
X_Ф = Z_Ф sin φ_Ф = 62,4 · 0,6 = 37,4 Ом; cos φ_Ф = cos φ_Н = 0,8.

Построение векторной диаграммы.

Линейные напряжения строятся в виде симметричной звезды, они же являются в данном случае фазными напряжениями. Фазные токи отстают от напряжений на угол φ_Ф, линейные токи строятся по фазным на основании уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа:

Векторная диаграмма показана на рис. 3

Схема включения ваттметров.

В трехпроводных сетях часто для измерения активной мощности применяется схема двух ваттметров, один из вариантов которой показан на рисунке 4. Показания ваттметра определяются произведением напряжения, приложенного к его катушке напряжения, на ток в токовой катушке и косинус угла между ними:

Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний приборов: P = P₁ + P₂ = 1573 + 3976 = 5549 Вт.

На рисунке 5 показано еще два варианта подключения приборов по схеме двух ваттметров.

При симметричной нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром, подключив его обмотку напряжения к соответствующему фазному напряжению сети (если доступна нейтральная точка) или создав искусственную точку (рис. 6), при этом прибор измеряет мощность одной фазы, мощность всей цепи P_цепи = 3 P_W.

Пример № 2

Задача

К источнику с U_Л = 220 В подключена соединенная треугольником осветительная сеть. Распределение нагрузки по фазам: P_AB = 2200 Вт, P_BC = 3300 Вт, P_CA = 4400 Вт. Вычислить активную мощность, потребляемую схемой из сети, фазные и линейные токи приемников.

Анализ и решение задачи

Активная мощность всей нагрузки равна сумме мощностей фаз:

P = P_AB + P_BC + P_CA = 2200 + 3300 + 4400 = 9900 Вт.

Расчет фазных токов. Т.к. осветительная сеть имеет cos φ = 1, для любой фазы I_Ф = P_Ф / U_Ф, поэтому:

Аналитический расчет линейных токов выполняется комплексным методом на основании 1-го закона Кирхгофа; определим их графически, построив векторную диаграмму (рис. 7, а)

Из диаграммы следует: I_A = 27,6 А; I_B = 22,8 А; I_C = 26,6 А.

Задание 1. Выполните расчет трехфазной цепи по условиям задачи 1.

В трехфазную сеть с U_Л = 380 В включен по схеме треугольник асинхронный двигатель, имеющий Z_Ф = 19 Ом, cos φ_Ф = 0,8. Найти линейные токи и активную мощность, потребляемую двигателем из сети.

Ответ: 34,6 А; 18,2 кВт.

Задание 2. Выполните расчет трехфазной цепи по условиям задачи 2.

Трехфазная печь включена в сеть с U_Л = 380 В по схеме треугольник. Найти линейный ток и мощность печи, если R_Ф = 10 Ом. Как изменятся линейный ток и мощность печи, если ее включить в ту же сеть по схеме звезда?

Ответ: 65,7 А; 43,2 кВт; 21,9 А; 14,4 кВт.

Контрольные вопросы

1. Начертите схему соединения потребителей по способу «треугольник» и подключения их к трехфазной сети.

2. Как определить общую активную Р, реактивную Q и полную S мощности электроприемников в несимметричной трехфазной цепи при их соединении треугольником?

3. Как определить общую активную Р, реактивную Q и полную S мощности электроприемников в симметричной трехфазной цепи при их соединении треугольником?

4. Как определить активную Рф, реактивную Qф и полную Sф мощности для отдельной фазы?

5. Запишите соотношение между фазными и линейными токами при соединении «треугольником»?

6. Запишите соотношение между фазными и линейными напряжениями при соединении «треугольником»?

7. Опишите, что произойдет в системе трехфазного питания при обрыве одного из линейных проводов.

Видео:Несимметричная нагрузка. Схема соединения "треугольник"Скачать

Лекция по теме «СОЕДИНЕНИЕ «ЗВЕЗДА» И «ТРЕУГОЛЬНИК». ПРИНЦИП ПОДКЛЮЧЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ И РАБОТА»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

СОЕДИНЕНИЕ «ЗВЕЗДА» И «ТРЕУГОЛЬНИК».

ПРИНЦИП ПОДКЛЮЧЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ И РАБОТА.

До сих пор мы изучали переменный ток , который создавался одной э. д. с. Такой ток называется однофазным переменным током. Система из трех однофазных токов, создаваемых тремя э. д. с. одной частоты, но сдвинутых один относительно другого на одну треть периода (120°), называется трехфазным током .

Нагрузка в трехфазной электрической цепи подразделяется на симметричную и несимметричную .

При симметричной нагрузке сопротивления фаз совпадают как по величине, так и по характеру.

Нагрузка считается несимметричной , когда сопротивление хотя бы одной из фаз не равно сопротивлениям других фаз.

Для увеличения мощности передачи без увеличения напряжения сети, снижения пульсаций напряжения в блоках питания, для уменьшения числа проводов при подключении нагрузки к питанию, применяют различные схемы соединения обмоток источников питания и потребителей («звезда» и «треугольник»).

Обмотки генераторов и приемников при работе с 3-фазными сетями могут соединяться с помощью двух схем: звезды и треугольника. Такие схемы имеют между собой несколько отличий, различаются также нагрузкой по току. Поэтому, перед подключением электрических машин необходимо выяснить разницу в этих двух схемах — «звезда» и «треугольник».

Соединение различных обмоток по схеме «звезда» предполагает их подключение в одной точке, которая называется нулевой (нейтральной) , и имеет обозначение на схемах «О», либо х, у, z. Нулевая точка может иметь соединение с нулевой точкой источника питания, но не во всех случаях такое соединение имеется. Если такое соединение есть, то такая система считается 4-проводной, а если нет такого соединения, то 3-проводной.

При такой схеме концы обмоток не объединяются в одну точку, а соединяются с другой обмоткой. То есть, получается схема, похожая по виду на «треугольник», и соединение обмоток в ней идет последовательно друг с другом.

Нужно отметить отличие от схемы «звезда» в том, что в схеме «треугольник» система бывает только 3-проводной, так как общая точка отсутствует.

В схеме треугольника при отключенной нагрузке и симметричной ЭДС равно 0.

Фазные и линейные величины.

В 3-фазных сетях питания имеется два вида тока и напряжения – это фазные и линейные.

Фазное напряжение – это его величина между концом и началом фазы приемника.

Фазный ток протекает в одной фазе приемника.

При применении схемы «звезда» фазными напряжениями являются U _a , U _b, U _c ,

При применении схемы «треугольник» для обмоток нагрузки или генератора фазные напряжения — U _aв , U _bс , U _cа , фазные токи – I _ac , I _bс , I _cа .

Линейные значения напряжения измеряются между началами фаз или между линейных проводников. Линейный ток протекает в проводниках между источником питания и нагрузкой.

В случае схемы «звезда» линейные токи равны фазным, а линейные напряжения равны U _ab , U _bc, U _ca .

В схеме «треугольник» получается все наоборот – фазные и линейные напряжения равны, а линейные токи равны I _a , I _b , I _c .

Большое значение уделяется направлению ЭДС напряжений и токов при анализе и расчете 3-фазных цепей, так как его направление влияет на соотношение между векторами на диаграмме.

Между этими схемами есть существенная разница. Давайте разберемся, для чего в различных электроустановках используют разные схемы, и в чем их особенности.

Во время пуска электрического мотора ток запуска имеет повышенную величину, которая больше его номинального значения в несколько раз. Если это механизм с низкой мощностью, то защита может и не сработать. При включении мощного электромотора защита обязательно сработает, отключит питание, что обусловит на некоторое время падение напряжения и перегорание предохранителей, или отключение электрических автоматов. Электродвигатель будет работать с малой скоростью, которая меньше номинальной.

Видно, что имеется немало проблем, возникающих из-за большого пускового тока. Необходимо каким-либо образом снижать его величину.

Для этого можно применить некоторые методы:

Подключить на запуск электродвигателя реостат , дроссель, либо трансформатор .

Изменить вид соединения обмоток ротора электродвигателя.

В промышленности в основном применяют второй способ, так как он наиболее простой и дает высокую эффективность. Здесь работает принцип переключения обмоток электромотора на такие схемы, как звезда и треугольник. То есть, при запуске мотора его обмотки имеют соединение «звезда», после набора эксплуатационных оборотов, схема соединения изменяется на «треугольник». Этот процесс переключения в промышленных условиях научились автоматизировать.

В электромоторах целесообразно применение сразу двух схем — «звезда» и «треугольник». К нулевой точке необходимо подключить нейтраль источника питания, так как во время использования таких схем возникает повышенная вероятность перекоса фазных амплитуд. Нейтраль источника компенсирует эту асимметрию, которая возникает вследствие разных индуктивных сопротивлений обмоток статора.

Построение векторных диаграмм ( см. видео по ссылке:

Соединение по схеме звезды имеются важные преимущества:

Плавный пуск электрического мотора.

Позволяет функционировать электродвигателю с заявленной номинальной мощностью, соответствующей паспорту.

Электродвигатель будет иметь нормальный рабочий режим при различных ситуациях: при высоких кратковременных перегрузках, при длительных незначительных перегрузках.

При эксплуатации корпус электродвигателя не перегреется.

Основным достоинством схемы треугольника является получение от электродвигателя наибольшей возможной мощности работы. Целесообразно поддерживать режимы эксплуатации по паспорту двигателя. При исследовании электромоторов со схемой треугольника выяснилось, что его мощность повышается в 3 раза, по сравнению со схемой звезды.

При рассмотрении генераторов, схемы – звезда и треугольник по параметрам аналогичны при функционировании электродвигателей. Выходное напряжение генератора будет больше в схеме треугольника, чем в схеме звезды. Однако, при повышении напряжения снижается сила тока, так как по закону Ома эти параметры обратно пропорциональны друг другу.

Поэтому можно сделать вывод, что при разных соединениях концов обмоток генератора можно получить два разных номинала напряжения. В современных мощных электромоторах при запуске схемы – звезда и треугольник переключаются автоматически, так как это позволяет снизить нагрузку по току, возникающей при пуске мотора.

Процессы, происходящие при изменении схемы «звезда» и «треугольник» в разных случаях.

Здесь, изменение схемы — имеется ввиду переключение на щитах и в клеммных коробках электрических устройств, при условии, что имеются выводы обмоток.

Обмотки генератора и трансформатора.

При переходе со звезды в треугольник напряжение уменьшается с 380 до 220 вольт, мощность остается прежней, так как фазное напряжение не изменяется, хотя линейный ток увеличивается в 1,73 раза.

При обратном переключении возникают обратные явления: линейное напряжение увеличивается с 220 до 380 вольт, а фазные токи не изменяются, однако линейные токи снижаются в 1,73 раза. Поэтому можно сделать вывод, что если есть вывод всех концов обмоток, то вторичные обмотки трансформатора и генераторы можно применять на два типа напряжения, которые отличаются в 1,73 раза.

При переходе со «звезда» в «треугольник» лампы сгорят. Если переключение сделать обратное, при условии, что лампы при треугольнике горели нормально, то лампы будут гореть тусклым светом. Без нулевого провода лампы можно соединять звездой при условии, что их мощность одинакова, и распределяется равномерно между фазами. Такое подключение применяется в театральных люстрах.

Рассмотрим примеры решения задач.

Освещение здания питается от четырехпроводной трехфазной сети с линейным напряжением U _Л = 380 В. Первый этаж питается от фазы «А» и потребляет мощность 1760 Вт, второй – от фазы «В» и потребляет мощность 2200 Вт, третий – от фазы «С», его мощность 2640 Вт. Составить электрическую схему цепи, рассчитать токи, потребляемые каждой фазой, и ток в нейтральном проводе, вычислить активную мощность всей нагрузки. Построить векторную диаграмму.

Анализ и решение задачи 1

Схема цепи показана на рис. 1

Лампы освещения соединяются по схеме звезда с нейтральным проводом.

Рис. 1

Расчет фазных напряжений и токов. При соединении звездой U _Л = U _Ф , отсюда U _Ф = U _Л / = 380 / = 220 В. Осветительная нагрузка имеет коэффициент мощности cos φ = 1, поэтому P _Ф = U _Ф · I _Ф и фазные токи будут равны:

I _А = P _А / U _Ф = 1760 / 220 = 8 А; I _B = P _B / U _Ф = 2200 / 220 = 10 А; I _C = P _C / U _Ф = 2640 / 220 = 12 А.

Построение векторной диаграммы и определение тока в нейтральном проводе.

Векторная диаграмма показана на рис. 6.27. Ее построение начинаем с равностороннего треугольника линейных напряжений Ú _AB , Ú _BC , Ú _CA , и симметричной звезды фазных напряжений Ú _a , Ú _b , Ú _c . При таком построении напряжение между любыми точками схемы можно найти как вектор, соединяющий соответствующие точки диаграммы, поэтому диаграмму называют топографической.

Токи фаз Í _A , Í _B , Í _C связаны каждый со своим напряжением; в нашем случае по условию φ = 0, и токи совпадают по фазе с напряжениями. Ток в нейтральном проводе Í _N = Í _A + Í _B + Í _C . По построению (в масштабе) по величине Í _N = 2,5 А.

Вычисление активной мощности в цепи.

Активная мощность цепи равна сумме мощностей ее фаз:

P = P _A + P _B + P _C = 1760 + 2200 + 2640 = 6600 Вт.

2. Ответьте на вопросы для самоконтроля:

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое симметричная трехфазная система напряжений? Чем отличаются друг от друга системы с прямым и обратным следованием (чередованием) фаз? Показать на векторных диаграммах.

2. Как обозначаются (маркируются) начала и концы фаз трехфазных источников и потребителей? Как осуществить их соединение звездой и треугольником?

3. Дать определение фазных и линейных напряжений. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями на зажимах генератора, соединенного по схеме звезда?

4. Дать определение фазных и линейных токов. Каково соотношение между этими токами при соединении приемника по схеме звезда?

5. Какая нагрузка называется симметричной?

6. Как вычислить фазные токи приемника, соединенного звездой, если известны линейные напряжения источника и сопротивления фаз приемника?

7. В каких случаях применяется четырехпроводная система электроснабжения? Каково значение нейтрального провода?

8. Как вычислить ток в нейтральном проводе?

9. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении фаз источника или приемника треугольником?

10. Как вычислить фазные и линейные токи приемника, соединенного треугольником, если известно линейное напряжение источника и сопротивление фаз приемника?

11. Каково соотношение между линейными и фазными токами симметричного приемника, соединенного треугольником?

12. Может ли ток в нейтральном проводе быть равным нулю?

13. Как изменится режим работы цепи, если в одну из фаз вместо освещения включить двигатель?

14. Какие токи изменятся, если в одной из фаз произойдет обрыв?

15. Как изменится режим работы цепи при обрыве нейтрального провода?

Видео:Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник. Преобразование мостовой схемыСкачать

Соединение обмоток генератора треугольником

Если конец первой обмотки X трехфазного генератора (рисунок 1) соединен с началом второй обмотки B, конец второй обмотки Y — с началом третьей C и конец третьей Z с началом первой A, то говорят, что обмотки соединены треугольником.

Рисунок 1 — Схема соединения обмоток генератора треугольником

Линейные провода, идущие к приемнику, присоединяются к началам обмоток генератора A, B, C, то есть и к концам соответствующих соседних обмоток Z, X, Y (рисунок 1). Вследствие этого фазные напряжения на обмотках генератора одновременно являются и линейными напряжениями.

Обмотки генератора, идущие к приемнику, присоединяются к началам обмоток генератора A, B, C, то есть к концам соответствующих соседних обмоток Z, X,Y. Вследствие этого фазные напряжения на обмотках генератора одновременно являются и линейными напряжениями.

Обмотки генератора, соединенные треугольником, образуют замкнутый контур с малым сопротивлением, в котором действует сумма трех ЭДС Eab, Ebc, и Eca. Чтобы в контуре при отсутствии нагрузки не возник ток, сумма этих ЭДС в любой момент времени должна быть равна нулю. Этому требованию удовлетворяет симметричная система трёх ЭДС, у которых одинаковые действующие значения E и сдвиг фаз между каждой парой ЭДС равен 120 градусов.

Линейные напряжения Uab = Eab, Ubc = Ebc, и Uca = Eca (если пренебречь падениями напряжения в обмотках генератора).