Polifazowe systemy zasilania

Jak Krótko Spać i Się Wyspać - Sen Polifazowy w Praktyce (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Polifazowe systemy zasilania

Obwody elektryczne prądu zmiennego


Pytanie 1

Wyjaśnij różnicę między zrównoważonym systemem wielofazowym a niezrównoważonym systemem wielofazowym. Jakie warunki powodują, że system polifazowy staje się niezrównoważony "# 1"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Zrównoważony" system wielofazowy to taki, w którym wszystkie napięcia linii są sobie równe, a wszystkie prądy liniowe są równe sobie nawzajem. Warunki "niezbilansowane" zwykle wynikają z niesymetrycznych obciążeń, chociaż poważne zakłócenia mogą być spowodowane przez usterki w systemie.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, jaki rodzaj trójfazowego systemu (zbalansowany lub niezrównoważony) jest łatwiejszy do analizy i dlaczego tak się dzieje.

pytanie 2

Jaka jest wielofazowa moc elektryczna i jak różni się ona od mocy jednofazowej ?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

W układach wielofazowych istnieje wiele różnych przesunięć fazowych, które różnią się fazowo od siebie, tak aby celowo były "poza etapem".

Uwagi:

Chociaż racjonalne uzasadnienie polifazowej energii elektrycznej może nie wynikać ani z pytania, ani z udzielonej odpowiedzi, twoi uczniowie muszą być świadomi jego istnienia.

pytanie 3

Wszystkie duże systemy wytwarzania energii elektrycznej na świecie wytwarzają obecnie moc trójfazową, a nie jednofazową. Wyjaśnij, dlaczego tak jest, pod względem zalet dystrybucji i użytkowania.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wytwarzanie i dystrybucja prądu przemiennego w postaci trójfazowej jest bardziej wydajna, niż gdyby była wykonywana w postaci jednofazowej.

Uwagi:

Proszę nie przyjmować podanej odpowiedzi jako odpowiedzi ucznia! Ta odpowiedź jest bardzo płytka, nie komunikująca większego znaczenia. Poproś uczniów, aby wyjaśnili, dlaczego wielofazowe systemy energetyczne cieszą się większą wydajnością niż monofazowe systemy zasilania. Jest więcej niż jedna poprawna odpowiedź na to pytanie!

Pytanie 4

W jaki sposób wytwarzana jest energia elektryczna wielofazowa (zwłaszcza trójfazowa)? Moc jednofazowa jest łatwa do zrozumienia, ale w jaki sposób tworzymy napięcie prądu trójfazowego?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcia zmienne wielofazowe są zwykle wytwarzane przez specjalne alternatory, z różnymi uzwojeniami "fazowymi" rozmieszczonymi na obwodzie stojana.

Uwagi:

Ilustracja konstrukcji wielofazowego alternatora byłaby doskonała, aby pomóc w zrozumieniu tej koncepcji. Twoi uczniowie nie powinni mieć problemu ze znalezieniem ilustracji trójfazowego projektu alternatora z podręczników i z Internetu.

Pytanie 5

Załóżmy, że zestaw trzech żarówek neonowych został podłączony do alternatora z trzema zestawami uzwojeń oznaczonymi A, B i C :

Schemat tego układu alternatora / lampy przedstawia się następująco:

Jeśli alternator obraca się wystarczająco szybko (zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jak pokazano), napięcie prądu przemiennego indukowane w jego uzwojeniach będzie wystarczające, aby spowodować migotanie lamp neonowych (żarówki neonowe mają bardzo szybkie czasy reakcji i dlatego nie mogą utrzymać blasku przez bardzo długi czas bez prąd, w przeciwieństwie do lamp żarowych, które działają na zasadzie żarzącego się żarnika metalu). Najprawdopodobniej to mruganie będzie zbyt szybkie, by można było go dostrzec gołym okiem.

Gdybyśmy jednak nagrywali wideo, migając i odtwarzali nagranie z małą prędkością, powinniśmy być w stanie zobaczyć sekwencję błysków światła. Określić pozorny "kierunek" migania lamp (od prawej do lewej lub od lewej do prawej) i powiązać tę sekwencję z pikami napięcia każdej pary cewek alternatora.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Lampki będą migać od lewej do prawej ( C - B - A - C - B - A ).

Pytanie uzupełniające: załóżmy, że lampa B przestała migać, a lampy A i C były kontynuowane. Określ co najmniej dwie możliwe przyczyny tego niepowodzenia.

Uwagi:

To pytanie jest naprawdę wstępem do omawiania rotacji faz w systemach wielofazowych.

Pytanie 6

Co rozumie się pod pojęciem sekwencji rotacji faz, w polifazowym układzie elektrycznym "# 6"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Sekwencja rotacji faz" odnosi się do kolejnej kolejności, w której różne napięcia fazowe osiągają swoje dodatnie wartości szczytowe.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, jak zwykle oznaczana jest sekwencja rotacji fazowej układu trójfazowego. Jakie symbole są używane do opisania kierunku, w którym napięcia fazowe "obracają się"?

Pytanie 7

To jest schematyczny diagram trójfazowego generatora połączonego w Y (z pokazanym uzwojeniem wirnika):

Ile napięcia AC pojawi się pomiędzy dowolnymi dwoma liniami (V AB, V BC lub V AC ), jeśli każda cewka stojana w wyjściu alternatora 277 V "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie fazowe = 277 V AC (dane)

Napięcie linii = V AB = V BC = V AC = 480 woltów AC

Pytanie kontrolne nr 1: jaki jest stosunek między wartością napięcia liniowego i fazowego w trójfazowym układzie "Noty ukryte"> Uwagi:

Uczniowie szybko odkryją, że √3 to "magiczna liczba" dla praktycznie wszystkich zrównoważonych obliczeń obwodów trójfazowych!

Należy zauważyć, że chociaż wielkości V AB, V BC i V AC są równe, ich kąty kątowe zdecydowanie nie są. W związku z tym,

V AB = V BC = V Wartości skalarne AC równe

V ABV BCV AC Phasors nierównomierny

Pytanie 8

Jest to schematyczny diagram trójfazowego generatora połączonego z trójkątem (z pokazanym uzwojeniem wirnika):

Ile prądu AC spowoduje, że każda z linii (I A, I B lub I C ) doprowadzi do obciążenia (nie pokazano), jeśli każda cewka stojana wewnątrz alternatora wyśle ​​17 amperów prądu "# 8"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Prąd fazowy = 17 A AC (podany)

Prąd liniowy = I A = I B = I C = 29, 4 A AC

Pytanie kontrolne nr 1: Jaki jest stosunek między natężeniem prądu linii i prądu fazowego w układzie trójfazowym połączonym z trójkątem?

Pytanie kontrolne nr 2: co stałoby się z wyjściem tego alternatora, gdyby uzwojenie wirnika było otwarte? Należy pamiętać, że uzwojenie wirnika jest zwykle zasilane prądem stałym przez parę szczotek i pierścieni ślizgowych z zewnętrznego źródła, a prąd przez to uzwojenie służy do sterowania napięciowym wyprowadzaniem trójfazowych uzwojeń stojana alternatora.

Uwagi:

Uczniowie szybko odkryją, że √3 to "magiczna liczba" dla praktycznie wszystkich zrównoważonych obliczeń obwodów trójfazowych!

Należy zauważyć, że chociaż wielkości IA, I B i I C są równe, ich kąty kątowe zdecydowanie nie są. W związku z tym,

I A = I B = I C Wartości skalarne są równe

I AI BI C Phasors nierówne

Pytanie 9

Załóżmy, że energia elektryczna dostarczana do budynku komercyjnego jest oznaczona jako "208/120 volt". Co dokładnie oznacza ta etykieta? Powiąż ten opis ze schematem.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Wielu uczniów jest zdezorientowanych, gdy widzi to po raz pierwszy. Jak można zmierzyć napięcie między dwoma punktami w obwodzie i uzyskać 208 woltów, gdy dwa połączone szeregowo źródła napięcia między tymi dwoma punktami mają 120 woltów, każdy "panel sterowania panelem panelu - domyślnie" itemscope>

Pytanie 10

Załóżmy, że pracujesz nad okablowaniem zasilającym w domu i zastanawiasz się, czy dom jest zasilany 3-fazowo, czy też jednofazowo. Nie masz woltomierza dostępnego do mierzenia napięcia, ale masz do dyspozycji wiele żarówek, przełączników, przewodów i innych standardowych elementów instalacji domowej.

Przedstawiono tutaj dwie możliwości zasilania tego domu, cewki reprezentujące uzwojenia wtórne transformatora mocy użytecznej:

Doświadczony elektryk sugeruje zbudowanie następującego obwodu w celu sprawdzenia, czy zasilanie domu jest dostarczane przez źródło trójfazowe lub źródło jednofazowe:

Elektryk każe ci otworzyć i zamknąć przełącznik i obserwować jasność żarówek. To wskaże, czy system jest 3-fazowy.

Wyjaśnij, jak działa ten obwód. Jaki rodzaj zachowania żarówki wskazywałby źródło 3-fazowe "# 10"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

W systemie jednofazowym nie powinna zmieniać się jasność żarówki, gdy przełącznik jest otwarty i zamknięty. W systemie trójfazowym nastąpi zmiana jasności między dwoma różnymi stanami przełączania (pozwolę ci dowiedzieć się, który stan przełącznika sprawia, że ​​żarówki świecą jaśniej!).

Uwagi:

Temat tego pytania jest ściśle związany z tematem "jednofazowego" obciążenia wielofazowego w wyniku otwarcia przewodu. W tym przypadku jest to przewód neutralny, który celowo otwieramy, ale wyniki są podobne.

Pytanie 11

To trójfazowe źródło prądu połączone z trójkątem zapewnia trzy różne poziomy napięcia: 120 V, 208 V i 240 V. Określ, które punkty połączenia zapewniają takie napięcia:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V AB = V BC = V AC = 240 woltów

V AG = V CG = 120 woltów

V BG = 208 woltów

Uwagi:

Pomimo tego, że ten schemat połączenia jest dość powszechny w przemyśle, nie znalazłem w nim podręczników zbyt często. Równoboczny układ uzwojeń na tym schemacie ułatwia graficzną (fazową) analizę napięć, dając uczniom możliwość wykorzystania ich wiedzy na temat trygonometrii.

Pytanie 12

Napięcie sieci do tego obciążenia trójfazowego wynosi 480 woltów. Ile mocy (całkowitej) rozprasza ładunek "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00421x01.png">

Jeszcze jedno pytanie: napisać równanie do obliczania mocy w zbalansowanym, trójfazowym obwodzie, przy danym napięciu liniowym i tylko prądzie liniowym.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

P ogółem = 27, 648 kW

I wiersz = 33.255 A

Pozwolę ci wyprowadzić własne równanie do obliczenia mocy. Bądź gotowy, aby pokazać swoją pracę!

Uwagi:

Teraz uczniowie na pewno będą w stanie znaleźć równanie mocy z podręczników, ale celem tego pytania jest, aby sami je wyprowadzili. W jednofazowym rezystywnym obwodzie prądu przemiennego, moc podawana jest przez równanie P = IE, podobnie jak w obwodach prądu stałego. Jeśli jednak pomnożysz napięcie linii przez prąd liniowy, nie otrzymasz prawidłowej odpowiedzi 27, 648 kW. Więc, oczywiście, równanie P = IE będzie wymagało pewnych modyfikacji do obliczenia całkowitej mocy trójfazowej. Jednak ta modyfikacja nie jest skomplikowana do wykonania.

Pytanie 13

Zrównoważony, trójfazowy system zasilania ma napięcie liniowe 13, 8 kV wolta i prąd liniowy 150 amperów. Ile mocy jest dostarczanych do obciążenia (zakładając współczynnik mocy równy 1)?

System jednofazowy 13, 8 kV mógłby być zaprojektowany tak, aby zapewnić taką samą moc do obciążenia, ale wymagałby on przewodów o większej średnicy (droższych!). Określić dodatkowy procent wydatków w koszcie drutu (w oparciu o masę przewodów) wynikający z zastosowania jednofazowego zamiast trójfazowego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie P = 3, 59 MW

Układ jednofazowy pracujący przy napięciu 13, 8 kV wymagałby co najmniej 1/0 ("jednoosobowych") miedzianych przewodów pomiarowych do przesyłu 3, 59 MW mocy. Układ trójfazowy pracujący przy tym samym napięciu wymagałby miedzianych przewodów o przekroju co najmniej nr 2.

Uwagi:

To pytanie jest dobre do prowokowania dyskusji na temat praktycznych, oszczędnościowych korzyści trójfazowych systemów energetycznych w porównaniu z jednofazowymi. Twoi uczniowie będą musieli przeprowadzić pewne "przeglądowe" badania dotyczące grubości i grubości drutu, ale ćwiczenie jest tego warte.

Pytanie 14

Oblicz prąd linii pełnego obciążenia dla silnika trójfazowego, biorąc pod uwagę moc znamionową 150 KM, sprawność 93% i napięcie linii 480 woltów. Przyjmij współczynnik mocy 0, 90 dla warunków pełnego obciążenia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

I line = 160.81 amperów

Uwagi:

Aby obliczyć odpowiedź na to pytanie, trzeba wykonać kilka konwersji. Jak zwykle, celem tego pytania jest nie tyle uzyskanie odpowiedzi, ile rozwinięcie umiejętności rozwiązywania problemów uczniów. W jaki sposób uczniowie podchodzą do tego problemu "meta-tagi ukryte-drukuj">

Powiązane narzędzia:

Parallel Wire Inductance Calculator Kalkulator termometru Microstrip Max Kalkulator prądu

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →