Специальные методы расчета трехфазных сетей. Метод симметричных составляющих. Учебное пособие
.pdf
Z2Г |
|
Z2э |
I2 |
|
I2 |
Z2д |
U2 |
U2 |
а |
|
б |
Рис. 28
Аналогично составим однофазную схему для обратной последовательности(рис. 28, а). Таккакгенераторсоздаетсимметричнуюсистему ЭДС только прямой последовательности, то в этой схеме источник обратной последовательности отсутствует. На схеме (рис. 28, а) генератор
и асинхронный двигатель представляются сопротивлениями Z 2Г и Z 2д
. Заменив параллельно включенные сопротивления Z 2Г и Z 2д эквива-
лентным, получимсхемурис. 28, б, где Z 2э Z 2ГZ 2д / (Z 2Г Z 2д) идля
которой I 2 Z 2э U 2 0 .
2. Эквивалентная схема для расчета токов нулевой последовательности (рис. 29).
Z0Г
I0 
U0
ZN
Рис. 29
Составим схему для нулевой последовательности (рис. 29). При составлении этой схемы следует учесть, что ЭДС нулевой последователь-
ности отсутствуют, а по сопротивлению Z N протекает тройной ток нулевой последовательности. Кроме того, нулевая точка АД не соединена
41
с землей, поэтому через него не потекут токи нулевой последовательности и ветви с Z 0д в схеме не будет. Для этой схемы имеем:
I 0 (Z0Г 3Z N ) U 0 0 .
V2
A |
IA |
|
|
V1 |
|
А' |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
UCA |
UAB |
IB |
|
|
|
B' |
B |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
C |
UBC |
IC |
|
|
|
C' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АД
Z1, Z2 |
0'
V3
Рис. 30
Пример 4.5
На рис. 31 изображена схема симметричного трехфазного приемника электрической энергии (двигатель). Сопротивление нагрузки для
токов прямой последовательности Z1 j8 Ом, для токов обратной последовательности Z2 j2 Ом.
A |
IA |
EAK А' |
Z1, |
Z |
2 |
|
|
EAK ≠ 0, |
||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
B |
IB |
EBK B' |
|
|
|
|
|
|
|
EBK = ECK = 0; |
||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0' EAK = EAK1 + EAK2 + EAK0; |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
ECK C' |
|
|
|
|
|
|||||
C |
IC |
|
|
|
|
|
|
|
EBK = EBK1 +EBK2 + EBK0; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ECK = ECK1 + ECK2 + ECK0. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Рис. 31 |
|
|
|
|
|
||||
Линейные напряжения генератора симметричны и образуют |
||||||||||||
систему прямой |
последовательности U |
л = 173 В. Сопротивление |
||||||||||
|
|
|
||||||||||
42
генератора для токов прямой, обратной и нулевой последовательности
Z Г1 Z Г2 Z Г0 0.
Определитьлинейныетоки, показаниявольтметровприобрывепровода фазы А. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Решение
1.Замена конструктивной несимметрии схемы несимметричной системой (рис. 31).
2.Замена несимметричной системы ЭДС схемы (рис. 31) симметричными составляющими (схема на рис. 32).
A |
IA |
EAK1 |
EAK2 |
EAK0А' |
Z1, |
Z |
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
B IB |
EBK1 |
EBK2 |
EBK0B' |
|
|
|
0' |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
IC |
ECK1 |
ECK2 |
ECK0C' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 32
3. Симметричная схема замещения трехфазной цепи для токов прямой последовательности (рис. 33).
|
EA |
A IA1 |
0 |
EB |
B IB1 |
|
EC |
C IC1 |
|
EAK1 А' |
Z1 |
|
EBK1B' |
Z1 |
0' |
ECK1C' |
Z1 |
|
Рис. 33
4. Расчетная схема замещения фазы А для токов прямой последовательности (рис. 34).
43
EA A IA1 |
EAK1А' |
Z1 |
|
|
|||
|
|
|
|
0
0'
Рис. 34
В схеме (рис. 34) ЭДС генератора: E А U3л e j0 100 B.
Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:
EA EAK1 I A1Z1.
5.Симметричная схема замещения трехфазной цепи для токов обратнойпоследовательности (рис. 35).
|
A IA2 |
0 |
B IB2 |
|
C IC2 |
EAK2 А' |
Z2 |
||
EBK2 |
B' |
Z2 |
|
|
|||
|
|
||
ECK2 |
|
Z2 |
|
C' |
|||
|
|||
0'
Рис. 35
6. Расчетная схема замещения фазы А для токов обратной последовательности (рис. 36).
|
A IA2 |
EAK2А' |
Z2 |
||||
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
0' |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
||||||
Рис. 36
44
Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:
EAK 2 I A2Z 2.
7.Симметричная схема замещения трехфазной цепи для токов нулевой последовательности (рис. 37).
|
A IA0 |
EAK0 А' |
Z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
EBK0 |
|
|
|
|
0 |
B IB0 |
B' |
Z0 |
|
0' |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C IC0 |
ECK0C' |
Z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 37
8. Расчетная схема замещения фазы А для токов нулевой последовательности (рис. 38).
|
A IA0 |
EAK0А' |
Z0 |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0' |
||
Рис. 38
Очевидно, что ток нулевой последовательности IA0 0. 9. Составим полную систему уравнений:
E A E AK1 I A1 Z1, или |
100 E AK1 I A1 Z1 ; |
E AK 2 I A2 Z 2 ; |
I A0 0 . |
Дополнительные уравнения: |
|
I A 0, т. е. I A I A1 I A2 I A0 0 A;
EBK 0, т. е. EBK a2 E AK1 aE AK 2 E AK 0 0;
ECK 0, т. е. ECK aI1 a2 I 2 I 0 0.
45
10. Из совместного решения полученных уравнений следует:
|
I A1 j10 A; |
|
I A2 j10 A; E AK1 E AK 2 E AK 0 20 B. |
|||||||||||||||||||
11. |
Показание вольтметра |
U |
|
|
(U |
V1 |
U |
|
) : |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
|
|
AA |
|
|
||||
|
U |
U |
|
E |
AK1 |
E |
AK 2 |
E |
AK 0 |
3 20 60 B. |
||||||||||||
|
V1 |
|
|
AA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12. |
Показание вольтметра UV 2 |
|
(UV 2 UA0 ) : |
|
||||||||||||||||||
|
UV 2 U A0 |
U AA |
U |
A 0 |
U AA I A1 Z1 I A2 Z 2 |
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
60 j10 j8 j10 j2 120 B. |
|
||||||||||||||||
13. |
Показание вольтметра UV 3 |
|
(UV 3 UC 0 ) : |
|
||||||||||||||||||
|
U U |
|
|
I |
|
Z I |
|
|
Z aI |
|
Z a2 I |
Z |
||||||||||
|
V 3 |
|
|
|
C1 1 |
|
|
|
C 2 2 |
|
|
|
|
A1 1 |
|
A2 2 |
||||||
|
|
C 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
a( j10) j8 a2 ( j10) j2 92e j109 B; U |
92 B. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V 3 |
|
14. |
Линейные токи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I A I A1 I A2 j10 j10 0 A;
IB I B1 I B2 a2 I A1 aI A2
e j240 10e j90 e j120 10e j90 17,3 A;
I C I C1 I C2 aI A1 a2 I A2
e j120 10e j90 e j240 10e j90 17,3 A.
15.Векторная диаграмма приведена на рис. 39.
Пример 4.6
ЭДС симметричного трехфазного генератора прямой последовательности Еф = 100 В(рис. 40). Сопротивлениенагрузкидлятоковпря-
мой последовательности Z1 j4 Ом, для токов обратной последовательности Z 2 j2 Ом.
46
A +1
|
UCA |
|
IC2 |
IC |
|
|
|
UAB |
|
|||
|
|
IC1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
+j |
IA1 |
0' |
|
|
IA2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
IB1 |
IB |
|
|
|
|
B |
||||
IC1Z1 IB2 |
UBC IB1Z1 |
|||||||||||
|
IC2Z2 |
IB2Z2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Рис. 39 |
|
|
|
|
|
||||
|
EA |
Z1, |
Z |
2 |
A |
|
||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
EB |
B |
|
||
|
EC |
C |
|
|
Рис. 40
Несимметрия режима создается между фазным коротким замыканием (рис. 40).
Определить ток короткого замыкания IКЗ.
Решение
1. Заменаконструктивнойпоперечнойнесимметриицепинесимметричной системой ЭДС показана не рис. 41.
47
|
|
EA |
Z1, |
Z |
2 |
A |
|||
|
|
|
|
||||||
0 |
|
EB |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
B |
||||
|
EC |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IAK IBK |
ICK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЕAK |
ЕВK ЕСK |
0'
Рис. 41
2. Разложение несимметричной системы ЭДС на симметричные составляющие, рис. 42.
EA |
Z1, Z2 |
A |
|
|
|
EB |
|
B |
0 |
|
|
EC |
|
C |
|
IAK IBK ICK |
|
|
|
ЕAK1 ЕВK1 ЕСK1
ЕAK2 ЕВK2 ЕСK2
ЕAK0 ЕВK0 ЕСK0
0'
Рис. 42
3. Расчетная схема замещения фазы А для токов прямой последовательности, рис. 43.
48
EA A IAK1 Z1
EAK1
0
0'
Рис. 43
В схеме, рис. 43, ЭДС фазы генератора: E А Eфe j0 100 B. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:
EA E AK1 I A1Z1.
4.Расчетная схема замещения фазы А для токов обратной последовательности, рис. 44.
A IAK2 Z2
EAK2
0
0'
Рис. 44
Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:
EAK 2 I AK 2Z 2.
5.Расчетная схема замещения фазы А для токов нулевой последовательности, рис. 45.
|
A |
IAK0 |
Z0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EAK0 |
||
0 |
|
0' |
|||
Рис. 45
Очевидно, что ток нулевой последовательности I AK 0 0.
49
6. |
Составим полную систему уравнений: |
|
|||
|
E A E AK1 I AK1 Z1, или |
|
100 E AK1 I AK1 Z1 ; |
||
|
E AK 2 I AK 2 Z 2 ; |
I AK 0 0 ; |
|||
Дополнительные уравнения: |
|
|
|
|
|
|
I AK 0, |
т. е. |
|
||
|
I AK I AK1 I AK 2 I AK 0 |
0 A; |
EBK ECK 0, |
||
или |
|
|
|
|
|
|
a2 E AK1 aE AK 2 E AK 0 aE AK1 a2 E AK 2 E AK 0 0. |
||||
7. |
Из совместного решения полученных уравнений следует: |
||||
|
I AK1 j18 A; |
I AK 2 j18 A. |
|||
8. |
Ток короткого замыкания: |
|
|
|
|
I КЗ I BK I CK a2 I AK1 aI AK 2 |
a2 ( j18) a( j18) 31,2 A; |
||||
IКЗ 31,2 A.
Пример 4.7
В симметричной трехфазной цепи (рис. 46), состоящей из генератора с фазным напряжением Uф = 240 В, с сопротивлениями прямой
обратной и нулевой последовательности линии: Z л1 Z л2 j2 Ом,
Z л0 |
j1 Ом и приемника (двигатель): Z д1 j6 Ом, Z д2 j4 Ом, |
Z д0 |
j2 Ом. Несимметрия режима создается однофазным замыканием |
фазы В генератора на землю, сопротивление нейтрали генератора ZN j3 Ом.
Определить ток короткого замыкания фазы В на землю IBK .
1.Заменаконструктивнойпоперечнойнесимметриицепинесимметричной системой ЭДС (рис. 47).
2.Разложение несимметричной системы ЭДС на симметричные составляющие (рис. 48).
50
