Расчёт трёхфазной цепи Топологические методы расчета

Основы электротехники задачи поТОЭ

Расчет режима симметричной трехфазной нагрузки при несимметричном напряжении

Пусть к симметричному трехфазному приемнику, например электродвигателю, приложена несимметричная система напряжений UA, UB, UC. Для получения общих закономерностей введем в схему нулевой провод с сопротивлением ZN. Схема цепи примет вид (рис. 108):

Разложим несимметричную систему напряжений UA, UB, UC на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей:

,

,

.

Применим к расчету схемы метод наложения и выполним расчет токов отдельно для каждой симметричной составляющей напряжения. Так как для каждой из симметричных составляющих трехфазная схема генератор-приемник полностью симметрична, то расчет режима можно выполнять только для одной фазы А, соответственно трехфазную схему следует заменить тремя однофазными отдельно для каждой составляющей (рис. 109а, б, в). В симметричном режиме для прямой и обратной последовательностей  ток в нулевом проводе равен нулю и, следовательно, напряжение . Это означает, что сопротивление в нейтральном проводе ZN не оказывает влияния на фазные токи и не должно включаться в схемы для этих последовательностей (рис. 109а, б). Токи нулевой последовательности во всех фазах совпадают и могут замкнуться только через нулевой провод: IN = IA0 + IB0 + IC0 = 3IA0. По 2-му закону Кирхгофа для нулевой последовательности (рис. 3) получим:

UA0 = IA0Z0 + IN×ZN = IA0(Z0 + 3ZN)

Согласно полученному уравнению схема замещения для нулевой последовательности получит вид (рис. 109в), в которой последовательно с сопротивлением фазы Z0  включается утроенное сопротивление нейтрали 3ZN.

В схемах для отдельных симметричных составляющих (рис. 4а, б, в) обозначены Z1, Z2, Z0 - комплексные сопротивления фазы приемника для токов соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей. Для приемников с вращающимся магнитным полем эти сопротивления существенно отличаются.

По закону Ома в каждой из схем рис. 109а, б, в производится расчет токов прямой, обратной и нулевой последовательностей:

.

Действительные токи в исходной схеме (рис. 108) определяются по методу наложения, как векторные суммы токов прямой, обратной и нулевой последовательностей:

IA = IA1 + IA2 + IA0 ,

IB = IB1 + IB2 + IB0 = a2×IA1 +a×IA2 + IA0 ,

IC = IC1 + IC2 + IC0 =a×IA1 + a2×IA2 + IA0 .

Комплексные сопротивления фаз статичных трехфазных приемников (осветительная нагрузка, нагревательные приборы и др.) не зависят от вида последовательности, для таких приемников . Расчет токов таких приемников может выполняться обычными методами. Для трехфазных приемников, в которых существует вращающееся магнитное поле (электродвигатели, генераторы), сопротивления фаз для токов разных последовательностей существенно отличаются (). Расчет токов таких приемников при несимметричном напряжении должен производиться исключительно методом симметричных составляющих.

Соотношение (16) показывает, что активная мощность передается от первой катушки ко второй. При этом суммарная реактивная мощность, обусловленная взаимной индукцией, равна нулю, т.к. . Это означает, что на общий баланс активной мощности цепи индуктивно связанные элементы не влияют.

Суммарная реактивная мощность, обусловленная взаимоиндукцией, равна

.

Таким образом, общее уравнение баланса мощностей с учетом индуктивно связанных элементов имеет вид

,

(18)

где знак “+”& ставится при согласном включении катушек, а “-” – при встречном.

Расчет разветвленных цепей при наличии взаимной индуктивности может быть осуществлен путем составления уравнений по законам Кирхгофа или методом контурных токов. Непосредственное применение метода узловых потенциалов для расчета таких цепей неприемлемо, поскольку в этом случае ток в ветви зависит также от токов других ветвей, которые наводят ЭДС взаимной индукции.

В качестве примера расчета цепей с индуктивно связанными элементами составим контурные уравнения для цепи на рис. 5:

Чтобы обойти указанное выше ограничение в отношении применения метода узловых потенциалов для расчета рассматриваемых схем можно использовать эквивалентные преобразования, которые иллюстрируют схемы на рис. 6, где цепь на рис. 6,б эквивалентна цепи на рис. 6,а. При этом верхние знаки ставятся при согласном включении катушек, а нижние – при встречном.

В любой электрической схеме можно мысленно выделить какую-то одну ветвь, а всю остальную часть схемы, независимо от структуры и сложности, условно изобразить прямоугольником, который представляет собой так называемый двухполюсник.

 Таким образом, двухполюсник - это обобщённое название схемы, которая двумя выходными зажимами (полюсами) присоединена к выделенной ветви. Если в двухполюснике есть источник Э.Д.С. или тока, то такой двухполюсник называют активным. Если в двухполюснике нет источника Э.Д.С. или тока, то его называют пассивным.


Метод законов Кирхгофа