Trojfázové obvody ELEKTROTECHNIKA 2 (BEL2) doc. Ing. Jiří Sedláček, CSc. doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D. doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.



Podobné dokumenty
Základy elektrotechniky

Základy elektrotechniky

TROJFÁZOVÁ SOUSTAVA ZÁKLADNÍ POJMY

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

STŘÍDAVÝ ELEKTRICKÝ PROUD Trojfázová soustava TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Energetická bilance elektrických strojů

Studijní opory předmětu Elektrotechnika

A B C. 3-F TRAFO dává z každé fáze stejný výkon, takže každá cívka je dimenzovaná na P sv = 630/3 = 210 kva = VA

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem. Účinnost, účinník, činný a jalový proud

Synchronní stroje Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D., únor 2006

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_355

TRANSFORMÁTORY Ing. Eva Navrátilová

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

6. ÚČINKY A MEZE HARMONICKÝCH

2.6. Vedení pro střídavý proud

Základy elektrotechniky

Míra vjemu flikru: flikr (blikání): pocit nestálého zrakového vnímání vyvolaný světelným podnětem, jehož jas nebo spektrální rozložení kolísá v čase

Transformátor trojfázový

1. Pracovníci poučení dle 4 Vyhlášky 50/1978 (1bod):

Příloha P1 Určení parametrů synchronního generátoru, měření provozních a poruchových stavů synchronního generátoru

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Elektrotechnika SOUBOR PŘÍPRAV PRO 3. R. OBORU M/01 Strojírenství

1 ELEKTRICKÉ STROJE - ZÁKLADNÍ POJMY. 1.1 Vytvoření točivého magnetického pole

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Transformátory. Teorie - přehled

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2)

Digitální učební materiál

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

C L ~ 5. ZDROJE A ŠÍŘENÍ HARMONICKÝCH. 5.1 Vznik neharmonického napětí. Vznik harmonického signálu Oscilátor příklad jednoduchého LC obvodu:

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

VÝUKOVÝ MATERIÁL. Pro vzdělanější Šluknovsko. 32 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Bc. David Pietschmann.

Určeno pro studenty kombinované formy FS, předmětu Elektrotechnika II. Vítězslav Stýskala, Jan Dudek únor Elektrické stroje

ELEKTROTECHNIKA 2 TEMATICKÉ OKRUHY

Měření a automatizace

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj na střídavý proud. Otáčky stroje jsou synchronní vůči točivému magnetickému poli.

Asynchronní stroje. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Katedra elektrotechniky.

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

rozdělení napětí značka napětí napěťové hladiny v ČR

Výkon střídavého proudu, účiník

Základy elektrotechniky a výkonová elektrotechnika (ZEVE)

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Střídavý proud, trojfázový proud, transformátory

Střídavé měniče. Přednášky výkonová elektronika

Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava MĚŘENÍ NA JEDNOFÁZOVÉM TRANSFORMÁTORU.

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

3. Střídavé třífázové obvody

Calculation of the short-circuit currents and power in three-phase electrification system

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

Nové pohledy na kompenzaci účiníku a eliminaci energetického rušení

Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, synchronní stroje. Pracovní list - příklad vytvořil: Ing.

Příloha 3 Určení parametrů synchronního generátoru [7]

Přehled veličin elektrických obvodů

Měření transformátoru naprázdno a nakrátko

7 Měření transformátoru nakrátko

Zpráva o měření. Střední průmyslová škola elektrotechnická Havířov. Úloha: Měření výkonu. Třída: 3.C. Skupina: 3. Zpráva číslo: 8. Den:

1 JEDNOFÁZOVÝ INDUKČNÍ MOTOR

METODICKÝ LIST Z ELEKTROENERGETIKY PRO 3. ROČNÍK řešené příklady

1. Pojistky, jističe a proudové chrániče

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

Elektrotechnika. Václav Vrána Jan Dudek

Digitální panelové měřící přístroje

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

NÁVRH TRANSFORMÁTORU. Postup školního výpočtu distribučního transformátoru

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Ele 1 základní pojmy, požadavky a parametry, transformátory - jejich význam. princip činnosti transformátoru, zvláštní transformátory

Ele 1 asynchronní stroje, rozdělení, princip činnosti, trojfázový a jednofázový asynchronní motor

princip činnosti synchronních motorů (generátoru), paralelní provoz synchronních generátorů, kompenzace sítě synchronním generátorem,

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ. studijního oboru M/01 ELEKTROTECHNIKA (silnoproud)

SYNCHRONNÍ STROJE (Synchronous Machines) B1M15PPE

AS jako asynchronní generátor má Výkonový ýštítek stroje ojedinělé použití, jako typický je použití ve větrných elektrárnách, apod.

Měření výkonu jednofázového proudu

ANALÝZA PNUS, EFEKTIVNÍ HODNOTA, ČINITEL ZKRESLENÍ, VÝKON NEHARMONICKÉHO PROUDU

Laboratorní cvičení Elektrotechnika a elektronika

Testy byly vypsany ze vsech pdf k zde na foru. Negarantuji 100% bezchybnost

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

1. Měření výkonu souměrné zátěže se středním vodičem

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Autoři textu: doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. Ing.

21ZEL2 Transformátory

MS - polovodičové měniče POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

1. Spouštění asynchronních motorů

Ele 1 Synchronní stroje, rozdělení, význam, princip činnosti

VY_32_INOVACE_EM_1.06_měření činného, zdánlivého a jalového výkonu v jednofázové soustavě

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Symetrické stavy v trojfázové soustavě

3. Měření efektivní hodnoty, výkonu a spotřeby energie

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 4. TROJFÁZOVÉ OBVODY

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 8. TRANSFORMÁTORY

COMBI420. Multifunkční revizní přístroj pro testování instalací a měření výkonu. 1. Hlavní výhody multifunkčních přístrojů řady 400

PRAVIDLA PROVOZOVÁNÍ LOKÁLNÍ DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY DOTAZNÍKY PRO REGISTROVANÉ ÚDAJE

Transkript:

ELEKTROTECHNIKA 2 (BEL2) Trojfázové obvody doc. Ing. Jiří Sedláček, CSc. doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D. doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D. TEE FEKT VT v Brně 1

Vznik vícefázové soustavy Jednofázová soustava Trojfázová soustava droj u(t) Vedení R átěž (Spotřebič) Fáze u 1 (t) R 1 u 1 (t) R 1 u 2 (t) R 2 ( ), ( ), ( ) u t u t u t 1 2 3 Stejný kmitočet a amplituda u 2 (t) R 2 u 3 (t) R 3 u 3 (t) R 3 a) nevázaná 6 vodičů b) vázaná 3 (4) vodiče 2

Vícefázové soustavy Výhody výroba generátory (jednoduchost, nižší hmotnost) rozvod transformace, menší ztráty v rozvodu užití snadné vytvoření točivého magnetického pole (pro realizaci jednoduchých, levných indukčních motorů) Typy soustav Trojfázová (běžná rozvodná soustava) Dvoufázová (jednofázové točivé stroje s rozběhovým vinutím ) Šestifázová (usměrňovače pro trakce) Vícefázové (krokové motory ) 3

Nikola Tesla (1856-1943) Narozen 10.6.1856 v Smiljanu (Rakousko hersko) Studium: ve Štýrském Hradci (Graz) v Praze na Karlo-Ferdinandově univerzitě, prof. Domalípa (1880) v Budapešti (1881) Práce: Paříž, Edisonovy továrny Štrasburg sestrojil asynchronní stroj 1884 odcestoval do Ameriky, Edisonovy továrny (stejnosměrné stroje) 1886 zakládá Tesla Electric Co. 1888 dvoufázový asynchronní motor spolupráce s G. Westinghousem, Pittsburg (střídavý proud), prodává své patenty za 1 mil SD + 1 SD / 1 HP 1889 Colorado Springs (laboratoř VN) 4

120 Trojfázová soustava - fázory u (t), u V (t), u W (t) ( ) = ( ω + ϕ ) u t sin t m ( ) = sin ( ω 120 + ϕ ) u t t V m ( ) = sin ( ω + 120 + ϕ ) u t t W m fázory, V, W = j120 V e = e +j120 W u ( ) t u ( t ) u ( t) V W souměrná soustava W Im 120 120 Re V 5

Trojfázová soustava SOSTAVA NESOMĚRNÁ SOSTAVA VYVÁŽENÁ SOSTAVA SOMĚRNÁ Im Im Im W W N Re Re 120 ϕ 120 Re N =0 W 120 V V V ( ) ( ) ( ) u t u t u t + V + W = 0 + V + W = 0 = j120 V e = e +j120 W 6

Operátor natočení fázory, V, W Operátor natočení a W Im a Im j 2 π j120 1 3 3 a = e =e = + j 2 2 120 V 120 120 = 1 2π = V e j 3 2π = e +j 3 W Re 2 = a = a a 2 120 120 120 Re 1 a 4π 2π j j 2 1 3 3 3 = e = e = j 2 2 1 3 a = + j 2 2 2 1 3 a = j 2 2 1= 1+ j0 a 2 +a+1=0 Souměrná trojfázová soustava je vždy vyvážená 7

Vznik trojfázového střídavého napětí u ( ) t ( ) V u t u ( t) W Generátor Časový průběh 8

Trojfázová soustava - zapojení Nevázaná trojfázová soustava Vázaná trojfázová soustava 1 1N = 1 L 1 apojení do hvězdy 3N = 3 2N = 2 N 3 2 L 2 L 1 Im 1 L 3 120 120 Re apojení do trojúhelníka 31 = 3 12 = 1 3 2 120 23 = 2 L 2 L 3 9

Popis trojfázové soustavy 10 I 1 L1 I = I f = f I 1 1 12 = S I = I S I N N N N 1 I 12 I 31 30 20 3 2 3 1 I 2 I 3 L2 V L3 W I 2 2 I 3 V 23 31 W droj átěž Y(N) átěž 3 2 I 23 fázová napětí f 10, 20, 30 ( 1N, 2N, 3N ) nebo, V, W sdružená napětí s fázové proudy I f 12, 23, 31 nebo V, VW, W I 1, I 2, I 3 nebo I, I V, I W napětí zátěže proudy zátěže I 10

Trojfázový zdroj zapojení Y Spojení do hvězdy = 1 V = 12 I L 1 0 W = 3 V = 2 I N W = 31 N apojení YN nebo Y (nevyveden bod 0) VW = 23 I V I W L 2 L 3 fázová napětí f, V, W sdružená (síťová) napětí s Aplikací I.K.z. na bod 0 : V, VW, W I + IV + IW = IN 11

Vztah mezi f a s L 1 = 1 W = 3 0 N W = 31 L 2 L 3 V = V VW = V W Sdružené napětí je rozdílem fázových napětí W = W 12

Vztah mezi f a s V = V 1 3 3 3 1 a = 1 j = + j = 3e 2 2 2 2 ÁVĚR: S 2 j30 j30 V = V = 3 e j90 VW = V W = 3 e = = 3 e W W = 3 ϕ = + 30 f j150 ( ) = a = 1 a = 3 e o 2 2 j30 Sdružená napětí jsou 3krát větší než fázová a jsou pootočena o +30 W W V VW Sdružená napětí 30 V Fázová napětí 13

Vztah mezi f a s V = V 14

Symetrická a nesymetrická zátěž Y Symetrická zátěž Nesymetrická zátěž I1+ I2 + I3 = 0 I1+ I2 + I3 = IN Pro souměrnou soustavu (zdroj i zátěž) I N = 0 15

Trojfázový zdroj zapojení Spojení do trojúhelníka I V I W V Trojfázový zdroj musí být vyvážený! I W VW I VW I V I W V W Sdružené proudy I s I V, I VW, I W Fázové proudy I f I, I V, I W 16

Vztah mezi I S a I f pro I V I I W Fázové proudy I V W V I 30 I V I W VW I = I I I = I I I = I I W V V V VW W VW W I VW I + I + I = 0 V W I V I W V W Fázové proudy tvoří vyváženou soustavu ÁVĚR : I f = I VW I W 3 I S ϕ =+ 30 Sdružené proudy 17

Rozvodná síť TN-S značení vodičů a svorek L1 L2 L3 N PE V W N PE V W PE N PE E zemnění sítě 3f spotřebič tř. I 3NPE do hvězdy 3x230V Trojfázový spotřebič tř. I 3 NPE 3f spotřebič tř. I 3PE do hvězdy 3x230V Trojfázový spotřebič tř. I 3 PE 1f spotřebič tř. I 1NPE 1x230V Jednofázový spotřebič tř. I 1 NPE 18

načení vodičů barvami, připojení zásuvek Střídavá soustava, izolované vodiče Vodič, žíla kabelu Poznávací barva L Fázový nebo krajní černá, hnědá nebo šedá N Nulový (střední) světlemodrá PE Ochranný zelená / žlutá PEN Vodič PEN zelená / žlutá (+ světlemodrá) L PE N L1 L2 L3 N L1 L2 L3 PE PE 19

Výkon v trojfázových obvodech 20

Výkon jednofázového obvodu v HS Opakování ( ) = cosϕ cos( 2ω ϕ) p t I I t u, i, p p(t) R: cosϕ = 1 u, i, p stálá (konstantní) složka kmitavá složka R i(t) u(t) ωt I cosϕ I u, i, p stálá složka =.I = amplituda kmitavé složky i(t) L a C: cosϕ = 0 p(t) ϕ okamžitý výkon i(t) u(t) p(t) pt ( ) = ut ( ) it ( ) ωt C L u(t) stálá složka = 0 ωt 21

Výkon jednofázového obvodu v HS Opakování Rozklad okamžitého výkonu p(t) na činnou p č (t) a jalovou p j (t) složku: ( ) ( ( )) ( ) ϕ( ( ω )) ϕ ( ω ) č( ) j( ) ( ) ( ) p t = I cosϕ cos 2ωt ϕ = I 1 cos 2ωt cosϕ sin 2ωt sinϕ = = I cos 1 cos 2 t I sin sin 2 t = p t + p t P Q P= Icosϕ (W) činný výkon Q= Isinϕ (var,var) jalový výkon S = I (VA) zdánlivý výkon p p č (t) p(t) p j (t) Pro výkony platí tzv. trojúhelník výkonů 2 2 2 S = P + Q ωt Účiník P cosϕ = = S I cosϕ I ϕ 22

Komplexní výkon Opakování S = I = j e ψ u I = I jψ e i I = I e jψ jψu jψi j( ψu ψi) jϕ = = = = e I e I e I e i I = I cosϕ+ jsinϕ = P+ jq ( ) P= Re S, Q= Im S, S = S { } { } 1 S= I = m I 2 2 2 S= I = = = Y * m S I I I = = = Při výpočtu z maximálních hodnot. I 2 Pozn.: * = 2 23

Výkon trojfázové soustavy (OBECNÁ) NESOMĚRNÁ SOSTAVA I 1 1 I 2 1 2 2 I 3 3 3 okamžitý výkon komplexní výkon činný výkon jalový výkon zdánlivý výkon ( ) = ( ) + ( ) + ( ) p t p t p t p t 1 2 3 S= S + S + S = I + I + I * * * 1 2 3 1 1 2 2 3 3 { S} ( ) P= Re = P + P + P W 1 2 3 { S} 1 1 ϕ1 2 2 ϕ2 3 3 ϕ3 P= Re = Icos + I cos + I cos { S} ( ) Q= Im = Q + Q + Q VAr 1 2 3 { S} 1 1 ϕ1 2 2 ϕ2 3 3 ϕ3 Q= Im = Isin + I sin + I sin S = S ( VA) 24

Výkon trojfázové soustavy SOMĚRNÁ SOSTAVA I 1 I 2 1 2 I 3 3 = 1 = 2 = 3 ( ϕ = ϕ = ϕ = ϕ ) 1 2 3 komplexní výkon I1 = Ia 2 = Ia 3 1 = a 2 = a 3 ( ) ( ) * 2 2 * * 1 2 3 1 1 1 1 1 1 S= S + S + S = I + a Ia + a Ia ( ) * * 2 2 aa = 1, a a = 1 2 2 S { S} ( ) P= Re = 3Icos ϕ W i i i { S} ( ) Q= Im = 3Isin ϕ VAr S = = S = ( ) * 3 I i i VA i i i ( ) 3 I VA i i i = 1, 2 nebo 3 25

Okamžitý výkon v 3fázové soustavě ( ) = ( ) + ( ) + ( ) p t p t p t p t V W ( ) = ( ) ( ) + ( ) ( ) + ( ) ( ) p t u t i t u t i t u t i t V V W W Okamžitý výkon lze vyjádřit obdobně jako u jednofázové soustavy j2ω t ( ) = Re{ S+ D e } = + cos( 2ω Φ) p t P D t P souměrných obvodů je pulsační výkon nulový p ( t) = P = 3 I cosϕ P S komplexní výkon P činný výkon D p komplexní pulsační výkon D P = D Φ e j P Im 2ωt Φ S Q 2ω D P Re ϕ D P P 0p p 0 t 26

Porovnání zapojení Y a pro stejné I fy apojení do hvězdy apojení do trojúhelníka I f I = I f = f I = I S N Přepojením zátěže z Y do se ztrojnásobí výkon na zátěži i proudy fázových vodičů! 3 SY = S 3 I = I fy f = S S I fy Y = f = = f = I = 2 2 f I = j30 = S = 3 fe 2 2 = = 3f S = 3 e f 3 e = 3 e = 3 e = I I 3 j30 - j30 S - j30 f - j30 f 27

Přepínač Y/ L 1 L 1 L 1 L 2 L 2 L 2 L 3 L 3 L 3 Poloha 0 Poloha Y Poloha Výkon P = 0 Výkon P = 1/3 P max Výkon P = P max Využití: rozběh indukčních motorů vyšších výkonů 3 menší výkon při rozběhu menší proudový a mechanický ráz = 3 Y S S 28 I = f 3 I fy

Poznámka k výpočtu výkonu souměrné soustavy apojení do hvězdy I f náme (např. změříme) napětí a proud fází f a I f I f apojení do trojúhelníka I = I f Y Y N = f Y Počítáme-li výkon souměrné soustavy z fázových napětí a fázových proudů, nezáleží na tom, zda je zátěž zapojena do Y nebo D ( Y není samozřejmě rovno ) I = I S = S = f I = If S = I = I * * f f S = 3S = 3I * Y f f S S Y = 3I = j30 = S = 3 fe S f * f I f -j30 IS e = = I S = I = I * * f f S = 3 S = 3 I * f f 3 29

Porovnání ztrát při přenosu energie Jednofázová soustava 1f zdroj I 1f Trojfázová soustava 3f P, cos ϕ I 3f R 1f R 1f R 3f P, cos ϕ 1f zátěž P = I cosϕ 1f P= 3 I cosϕ = 3 2 2 1f 1f 2R1f I1f 2 2 P = = I 3f = 2R P cos ϕ R P cos 2 2 3f 3f 3R3f I3f 2 2 I 1f P = = = P 3 cosϕ P cosϕ ϕ R 3f ávěr: Pokud R 1f = R 3f jsou celkové ztráty v 3f soustavě poloviční! Souměrný 3f zdroj 3 R 3f Souměrná 3f zátěž Naopak lze odvodit, že při stejných povolených ztrátách P 3f a P 1f vystačíme u 3f soustavy se 75% objemu materiálu vodičů (R 3f > R 1f ). 30

Neharmonický odběr proudu Řízené usměrňovače (tyristory, triaky) Impulsní napájecí zdroje ( ) = ( ) u t m sin ωt ( ) = ( ϕ ) i t I m sin ωt Proudy (a tím i napětí na zátěži) jsou NEHARMONICKÉ!, S, P, Q, S, cos ϕ NELE DEFINOVAT PROBLÉMY s měřením výkonu, odběru, 31

Fourierova harmonická analýza (rozklad na harmonické složky) Periodický signál: f ( t) = f ( t+ k T) k = 0, ± 1, ± 2,... Opakování SPEKTRM periodického signálu ω = 2π f 1 1 ( k 1 k ) ( ) = sin( ω + ϕ ) f t c k t k = 0 32

Výkon neharmonického proudu n = i= 0 2 i zdánlivý výkon S = I I n = I i= 0 2 i n n 2 2 i i i= 0 i= 0 S = I Skutečné efektivní hodnoty (TRMS) n i= 0 ( cos ) P= I i i ϕi činný výkon 2 2 2 S > P + Q p ( t) = u( t). i( t) S P 2 2 2 2 S = P + Q + P def Q P def n i= 0 ( sin ) Q= I i i ϕi ( ) P = f I def i j i j jalový výkon deformační výkon i, I i. efektivní hodnoty i-té harmonické složky 33

Výkon neharmonického proudu Deformační výkon vzniká vzájemným působením neodpovídajících si harmonických složek proudů a napětí. Deformační výkon je nulový: pro harmonický průběh napětí a proudu pro neharmonické průběhy v případě odporové zátěže ( ) P = f I def i j i j Pro posouzení obsahu vyšších harmonických se zavádí THD (Total Harmonic Distortion): podíl efektivního napětí 2. a vyšší harmonické k 1. harmonické složce existují i jiné definice nezahrnuje vliv ss složky THD = n i= 2 1 2 i 34

Výkon neharmonického proudu v 3f soustavě Účiník se počítá pouze z 1. harmonické n P= I i icosϕi i= 0 Opravdový účiník (P.F. Power Factor) zahrnuje všechny harmonické složky cosϕ = P1 S 1 n n 2 2 i i i= 0 i= 0 S = I cosϕ λ P P cosϕ i i i i= 0 λ = = = S I n n 2 2 i Ii i= 0 i= 0 n I Ekvivalentní výkony 3f sítě: Ekvivalentní opravdový účiník P λ = S P = P + PV + PW S = S + SV + SW Q = Q + Q + Q V W činný zdánlivý jalový 35

Příklad měření parametrů sítě - Analyzátor 3f sítě Je použit v laboratorní úloze 2B Analyzátor sítě DMK 40 je číslicový TRMS multimetr řízený mikroprocesorem, určený pro měření parametrů 1f a 3f soustav. Měří: f skutečnou efektivní hodnotu fázových napětí S skutečnou efektivní hodnotu sdružených napětí I f skutečnou efektivní hodnotu fázových proudů P činný výkon v jednotlivých fázích Q jalový výkon v jednotlivých fázích S zdánlivý výkon v jednotlivých fázích f kmitočet opravdový účiník v jednotlivých fázích (P.F.) účiník v jednotlivých fázích (cos ϕ) harmonické složky napětí a proudů do 22. harmonické odebrané i dodané energie 36

Elektrické stroje 37

Elektrické stroje Točivé stroje Netočivé stroje 38

Motor 39

Vznik točivého magnetického pole motoru 1 I 1 W 2 2 0 V 2 W 1 V 1 I 2 I 3 3 cívky po 120 40

Točivé magnetické pole Pokusy s motory Francois Arago 1825 Walter Baily 1879 Galileo Feraris 1885 -Turino Volba kmitočtu: 125 Hz, 133 Hz 25, 30 Hz 60 (50) Hz Asynchronní motor (Nikola Tesla) 1882 idea 1888 patent (dvoufázový motor) Tzv. Válka proudů - Westinghouse versus Edison Vítězství koncepce střídavého proudu 1893 vodní elektrárna Niagara (2 3725 kw) 10 dvoufázových generátorů po 500 HP 41

historie N. Tesla: ukázka z knihy o vícefázových proudech dvoufázový indukční stroj 42

historie kázka z přednášek prof. Domalípy, u něhož N. Tesla v Praze studoval experimentální fyziku 43

Animace vzniku točivého pole i 3 Točivé magnetické pole i 2 Vzájemnou záměnou dvou libovolných vinutí (např. 2 a 3) se změní smyl otáčení pole! i 1 44

Asynchronní motor Rotor s vinutím nakrátko Momentová charakteristika Synchronní otáčky 45

Motor 46

Motory Reverzace směru otáčení motoru záměnou dvou fází. 47

Kompenzace jalového výkonu P Q Q Přidáním kompenzačního prvku s opačnou reaktancí k zátěži se zmenší Q procházející napájecím vedením snížení přenosových ztrát Energie jalového výkonu se akumuluje v kompenzačním prvku 48

Kompenzace jalového výkonu Jalový výkon je přenášen přenosovou soustavou a zvyšuje ztráty, proto je nutné jej minimalizovat kompenzace jalového výkonu. 49

Kompenzace jalového výkonu Kompenzace pomocí lokálních prvků (kompenzační C) nebo centrálních kompenzátorů. 50

Centrální kompenzátor jalového výkonu místění v rozvodně objektu Obsahuje baterie kompenzačních C Připojování C řídí jednotka podle aktuální hodnoty účiníku 51

Účinnost Příklad výpočtu (ze štítkových údajů motoru) Příkon motoru: 400 P1 = 3I f fcosϕ = 3 8,3 0,83 = 3 = 4773 W Výkon motoru: P 2 = 4000 W Účinnost motoru: P P 2 η = = = 1 4000 4773 0,84 52

Trojfázové tranformátory 53

Šestifázová soustava L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 W - V Im u směrněný průběh (malé zvlnění) - 120 120 0 t 60 Re V - W Časový průběh 3f síť V W L 1 = L 2 =-W L 3 =V L 4 =- L 5 =W L 6 =-V Fázorový diagram 6f síť Použití: výkonové usměrňovače (např. železniční trakce) Transformátor Yy0 apojení zátěže: hvězda YY, šestiúhelník, dvojitý trojúhelník DD 54

Analýza trojfázových obvodů 55

Analýza trojfázových obvodů v HS A) Nesouměrný zdroj a/nebo nesouměrná zátěž YN (obecný případ) I 1 1 2 3 10 I N 30 20 I 2 V N N 2 1 2 1 3 3 Pozn.: Případné impedance fázových vodičů v se přičtou k impedancím zátěže I 3 V Metody řešení : Kirchoffovy rovnice MSP MN V Postup analýzy: 1.výpočet N, I N 2.výpočet napětí na zátěžích 3.výpočet proudů zátěží 4.výpočet výkonů (pomocí S) 56

Analýza trojfázových obvodů v HS I 1 1) Výpočet N a I N 10 1 1 I N N 30 20 2 3 I 2 N 2 3 I 3 1 2 3 Přepočítáme zdroje I =, I =, I = 10 20 30 10 20 30 1 2 3 I 1 I 2 I 3 I N N I N 10 20 30 N N Y 1 Y 2 Y 3 Y N I 10 I 20 I 30 57

Analýza trojfázových obvodů v HS 1) Výpočet N a I N I N N Y N = [ ] [ ] Y 1 I 10 I 20 I 30 Y 2 Y 3 Y N Y + Y + Y + Y = Y + Y + Y N 1 2 3 N 10 1 20 2 30 3 N = I Y + Y + 10 1 20 2 30 3 Y + Y + Y + Y N 1 2 3 Y 10 I 1 N 1 1 30 20 2 3 IN = YN N I 2 I 3 Pozn.: Pro zapojení Y (bez středního vodiče) je Y N = 0 2 3 58

Analýza trojfázových obvodů v HS 2) Výpočet napětí na zátěžích I 1 II.K.z. vyplývá: 10 I N N 1 1 = 1 10 N = 2 20 N = 3 30 N 30 20 I 2 I 3 N 2 2 3 3 3) Výpočet proudů zátěží (tedy i fázových proudů) I1 = 1/ 1 I = / I = / 2 2 2 3 3 3 4) Výpočet výkonů S S S = 1 1 = 2 2 = 3 3 I * 1 I I * 2 * 3 P n Q S n n = Re = Im = S n { Sn} { S } n 59

Analýza trojfázových obvodů v HS B) Souměrný zdroj nesouměrná zátěž Y (poruchy zátěže) I 1 10 30 20 2 1 1 3 Porucha: a) zkrat 1. fáze 1 =0 ( 1 = 0) b) vodič 1 přerušen 1 I 2 2 3 I 3 II. K.z.: 10 20 30 = a 2 = = a 3 + 30 10 = 0 3 = 30 10 2 + 20 10 = 0 2 = 20 10 60

Analýza trojfázových obvodů v HS 2 3 3 30 30 2 3 ávěr: Při zkratu fáze se napětí na zbývajících impedancích 3 zvětší! - 10 10-10 10 10 20 30 1 = 0 2 20 ( ) 20 2 = 20 10 = a = a 1 = 3e 2 2 -j150 ( ) j150 3 = 30 10 = a = a 1 = 3e j120 1 3 a = 1e = + j 2 2 a 1 3 1= j 1= 3 e 2 2 2 j150 1 3 a 1= + j 1= 3 e 2 2 j150 61

Analýza trojfázových obvodů v HS B) Souměrný zdroj nesouměrná zátěž Y (poruchy zátěže) I 1 = 0 I 1 30 20 10 1 1 1 1 2 3 Porucha: a) zkrat 1. fáze 1 =0 ( 1 = 0) b) zátěž 1 přerušena 1 I 2 I 3 2 3 10 20 30 = a 2 = = a I1 = 0 II. K.z.: 1 = 10 20 + 2 I = I I. K.z.: 2 3 62

Analýza trojfázových obvodů v HS 2 3 1 = 1, 5 30 3 2 3 I 10 2 3 = j 2 1 20 30 3 3 = 2=j 2-30 20 20 2 = 3 30 I = 20 30 I = 2 2 + 3 2 1 = 10 20 + 2 = a+ 0,5a a = 1,5 2 20 30 2 2 ( ) 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 = I = 0,5 = 0,5 a a = 0,5 a a a a= j 3 ávěr: Při přerušení fáze se na ní napětí zvýší na 1,5násobek (!) a napětí na zbývajících impedancích se zmenší 0,5 3 = 0,866krát. 63

Analýza trojfázových obvodů v HS C) Nesouměrný zdroj nesouměrná zátěž (obecný případ) I 1 10 12 I 12 I 31 30 20 1 3 2 I 2 I 3 23 31 I 23 Metody řešení : Kirchoffovy rovnice MSP Postup analýzy: 1. výpočet napětí na zátěžích 2. výpočet proudů zátěží 3. výpočet fázových proudů 4. výpočet výkonů (pomocí S) 64

Analýza trojfázových obvodů v HS 30 10 I 1 20 I 2 I 3 1) Výpočet napětí na zátěžích 2) Výpočet proudů zátěží (sdružených proudů) 12 23 31 I 12 = 1 12 10 20 = = 23 20 30 31 30 10 2 I 23 3 I = / I = / I = / 12 12 1 23 23 2 31 31 3 I 31 j30 12 = 31e = a = a 2 23 12 31 12 31 3) Výpočet fázových proudů 3 2 23 30 12 I = I I, I = I I, I = I I 1 12 31 2 23 12 3 31 23 S S S Pro souměrný zdroj: 4) Výpočet výkonů = 1 12 = 2 23 = 3 31 I * 12 I I * 23 * 31 P n Q S n n = = = Re Im S n 1 { Sn} { S } n 65

Analýza trojfázových obvodů v HS D) Souměrný zdroj souměrná zátěž (Y nebo ) Výpočet se zjednoduší počítáme pouze pro 1 fázi! I 1 1 = 2 = 3 = N = 0 10 N = 0 10 Lze doplnit nulový vodič, opticky vzniknou 3 jednofázové obvody. 30 20 I 2 I 3 20 30 Postup výpočtu: Vypočteme potřebné veličiny pro jednu fázi (např. 1.) Veličiny ve zbývajících fázích získáme pouhým natočením pomocí operátoru a 2 resp. a Celkový komplexní výkon je S = 3 S 1 10 I = 1 2 I = a I, I = ai 2 1 3 1 S= 3 S = 3 I * 1 10 1 Stejně postupujeme i pro zapojení 66

Příklad Spotřebič je zapojen do hvězdy, impedance 1 = 2 = 3 = = (10 + j25) Ω. Je napájen souměrným zdrojem o sdružených napětích S = 400 V. ( 12 = 400e j 0, 23 = 400e -j120, 31 = 400e j120 ). Vypočtěte proudy, celkový komplexní, činný, jalový a zdánlivý výkon spotřebiče. Souměrná napájecí soustava i zátěž 12 I 1 1 1 1 I = 1 I I = ai = ai 2 2 1 3 1 2 3 31 V I 2 I 3 2 3 3 W 23 31 30 12 N = 0 12 j30 1 = e = 231 30 V 3 2 1 23 67

Příklad 12 I 1 1 1 I 1 231 30 1 = = = ( 10 + j25) 8,577 98, 20 A I = ai = Ie = 8,577 141,80 A 2 j120 2 1 1 V W 23 I 2 31 2 3 I 3 2 3 I ai I j120 3 = 1 = 1e = 8,577 21,80 A S= 3 S = 3 I = 3 I = 2 1 1 1 1 1 ( ) = 2207 + j5517 = 5942 68, 20 VA P { S} = Re = 2207 W Q { S} = Im = 5517 var S = S = 5942 VA 68

Alternativně pomocí MSP I 1 12 I S1 I 2 23 31 I S2 I 3 MSP 2 IS1 12 = 2 I S2 23 20 + j50 10 j25 I 400 S1 = 10 j25 20 + j50 S2 400 120 I I = 1 S1 I = I I I I 2 S2 S1 = I 3 S2 69

Rozklad nesouměrné soustavy na souměrné složky Im Im W W = a + b + 0 V = a 2 a + a b + 0 W = a a + a 2 b + 0 V Nesouměrná soustava Re V Re Souměrné složky napětí a proudu lze fyzikálně interpretovat a jsou přímo měřitelné. aw Im Sousledná (synchronní) soustava a Im bv pětná (inverzní) soustava Im 0 Nulová (netočivá) soustava Re bw b Re Re av a = a av = a 2 a aw = a a b = b bv = a b bw = a 2 b 0 = 0 0V = 0 0W = 0 70

Rozklad nesouměrné soustavy na souměrné složky W Im aw Im a Im bv Im 0 V Re Re bw b Re Re av Nesouměrná soustava Sousledná soustava pětná soustava Nulová soustava činitel nesouměrnosti ρ = b a činitel nevyváženosti η = 0 a Při 0 = 0 je soustava vyvážená Používají se např. pro posouzení kvality přenosu elektrické energie. 71

Rozklad nesouměrné soustavy na souměrné složky Nesouměrná soustava I V W N I V I W I N Výkon nesouměrné trojfázové soustavy vyjádřený souměrnými složkami S= 3( I + I + I) * * * a a b b 0 0 a av aw b I = + + 0 bv I V 2 bw I W = + + N I N Proud I N je způsoben nulovou složkou, při I 0 = 0 je I N = 0, soustava je vyvážená I I I I a b 0 I a I ai I V a b 0 2 I = ai + ai + I W a b 0 Rozklad na souměrné složky - důležitý v teorii točivých elektrických strojů 72

Konec Kolejní 2906/4 612 00 Brno Czech Republic Tel.: 541 149 521 Fax: 541 149 512 e-mail: steinbau@feec.vutbr.cz 73