Háromfázisú hálózat.

Átírás

1 Háromfázisú hálózat. U végpontok U V W U 1 t R S T T U 3 t 1 X Y Z kezdőpontok A tekercsek, kezdő és végpontjaik jelölése Ha egymással 10 -ot bezáró R-S-T tekercsek között két pólusú állandó mágnest, vagy elektromágnest forgatunk, forgó mágneses mező jön létre és a tekercsekben egymáshoz képest 10 -os fázistolású szinuszos feszültség indukálódik. A 10 -os fázistolás következtében a három szinuszos feszültség pillanatértékeinek összege bármely időpontban zérus értéket ad.

2 Háromfázisú hálózat. Forgó elektromágnessel felépített háromfázisú generátor vázlata és tekercskivezetései Az ábra alapján a háromfázisú feszültség szállításához hat vezetékre lenne szükség. A 10 -os fázistolás következtében azonban a három szinuszos feszültség pillanatértékeinek összege bármely időpontban zérus értéket ad. Ez a körülmény lehetőséget ad arra, hogy az egymást követő tekercsek kezdő - és végpontjait összeköthetjük, hiszen az így sorba kötött tekercsekben áram nem folyik, mivel az eredő feszültség U=0! Ezt nevezzük vagy háromszögkapcsolásnak. Elegendő 3 vezeték az energiaszállításra! Össze lehet kötni a tekercsek végeit is, ekkor Y, vagy csillagkapcsolásról beszélünk. Ebben az esetben négy vezeték szükséges az energia továbbításra, azonban kétféle feszültségszint áll rendelkezésre: a csillagpont és bármely tekercsvég között a fázisfeszültség, a szabad tekercsvégek között pedig a vonalfeszültség.

3 Háromfázisú rendszerek u A = u Am sin t u B = u Bm sin ( t - 10 ) u C = u Cm sin ( t - 40 )

4 Szimmetrikus és aszimmetrikus rendszerek Szimmetrikus a háromfázisú feszültségrendszer, ha a fázisok feszültségei egyenlő nagyok, u Am = u Bm = u Cm és egymáshoz képest azonos szöggel vannak eltolva: AB = BC = CA =10o

5 Szimmetrikus háromfázisú rendszer A háromfázisú generátor terhelése

6 Távvezetékek

7 Csillagkapcsolás

8 b. c. d. e. U A + U AB U B = 0 U B + U BC U C = 0 U C + U CA U A = 0 Csillagkapcsolás U AB = U B - U A U BC = U C - U B U CA = U A - U C A + B + C = 0 (szimmetrikus ohmos terhelés) A + B + C + O = 0 U v = 3 U f, (aszimmetrikus ohmos terhelés) v = f

9 Háromszögkapcsolás U v = U f v f

10 Háromfázisú fogyasztók csatlakoztatása a hálózathoz

11 Háromfázisú szimmetrikus fogyasztók csatlakozása a hálózathoz b. U v = 3U f v = f e. A + CA AB = 0 B + AB BC = 0 C + BC CA = 0 A = AB - CA B = BC - AB C = CA - BC U v = U f v = 3 f

12 A háromfázisú teljesítmény Aszimmetrikus terhelés esetén: P = U Af Af cos A + U Bf Bf cos B + U Cf Cf cos C Q = U Af Af sin A + U Bf Bf sin B + U Cf Cf sin C S P Q Szimmetrikus terhelés esetén: P = 3 U f f cos = 3 U v v cos Q = 3 U f f sin = 3 U v v sin S = 3 U f f = 3 U v v

13 Hatásos teljesítmény mérése Négyvezetékes rendszerben Aszimmetria esetén: P = P A + P B + P C Szimmetria esetén: P = 3 P A = 3 P B = 3 P C

14 Háromvezetékes rendszerben

15 Háromvezetékes rendszerben a. Aszimmetria esetén: P = P A + P B + P C b. Szimmetria esetén: P = 3 P A (R e + R 1 = R = R 3 ) c. Aron-kapcsolás d. Aron-kapcsolás vektorábrája

16 Aron-kapcsolás Aszimmetrikus feszültségek és aszimmetrikus terhelés esetén is alkalmazható! A kevesebbet mutató műszer előjelének megállapítása: - ohmos fogyasztók bekötése - feszültségtekercsének közös fázison (S) lévő végét ha áthelyezzük a harmadik fázisra a kitérés pozitív P = P + ( P ) Q = 3 [ P ( P )] tg = 3 [ P ( P )] / [P + ( P ) ] (csak szimmetrikus esetben!)

17 Meddőteljesítmény mérése A wattmérő feszültségtekercsét a fázisfeszültséghez képest 90º-al eltolt feszültségre kell kapcsolni. Q = U cos ( 90 - ) = U sin A 90 -os fáziseltolás megvalósítása: - egyfázisú hálózat: műkapcsolás - háromfázisú hálózat: valamelyik fázisfeszültség merőleges a másik két fázis vonali feszültségére

18 Négyvezetős rendszerben Aszimmetrikus terhelés: Q = ( Q + Q + Q ) / 3 Szimmetrikus terhelés: Q = 3 Q = 3 Q = 3 Q

19 Háromvezetős rendszerben - A négyvezetős rendszernél ismertetett módon - Aron-kapcsolásban Q = 3 [P - ( P ) ] - Módosított Aron-kapcsolásban Q = 3 ( P + P ) / = 0,866 ( P + P )

20 Módosított Aron-kapcsolás

21 Szimmetrikus háromfázisú rendszer aszimmetrikus terhelése Négyvezetős rendszer csillagba kapcsolt fogyasztókkal

22 Négyvezetős rendszer csillagba kapcsolt fogyasztókkal U A = U U B = U e -j10 U C = U e -j40 Z A = Z A e j A Z B = Z B e j B Z C = Z C e j C A = U A / Z A B = U B / Z B C = U C / Z C A + B + C + O = 0

23 Háromvezetős rendszer háromszögbe kapcsolt fogyasztókkal

24 Háromvezetős rendszer háromszögbe kapcsolt fogyasztókkal U AB = U e j10 U BC = U e j90 U CA = U e j30 Z AB = Z AB e j AB Z BC = Z BC e j BC Z CA = Z CA e j CA AB = U AB / Z AB BC = U BC / Z BC CA = U CA / Z CA A = AB - CA B = BC - AB C = CA - BC A + B + C = 0

25 Háromvezetős rendszer csillagkapcsolású fogyasztóval

26 Háromvezetős rendszer csillagkapcsolású fogyasztóval U 00' = ( U A ' Y A + U B ' Y B + U C ' Y C ) / (Y A + Y B + Y C ) U A = U A ' - U 00' U B = U B ' - U 00' U C = U C ' - U 00' A = U A Y A B = U B Y B C = U C Y C A + B + C =0

27 Transzformátorok

28 A transzformátor működési elve R t N 1 N

29 A transzformátor működési elve m sin ωt U 1 U i1 N 1 d dt N 1 m cos t U i N d dt N m cos t Az effektív értékek: Ui Ui1m Uim f N m 4,44f N Mivel mindkét tekercset ugyanaz a fluxust járja át, a primer és a szekunder tekercsekben indukált feszültségek aránya üresjárásban, - azaz terhelés nélkül- megegyezik a menetszámok arányával: U menet =U i1 /N 1 =U i /N vagyis U i1 /U i =N 1 /N A terheletlen transzformátor feszültségei a menetszámokkal arányosak, az N 1 /N arányt a transzformátor menetszám-áttételének nevezzük: N 1 /N = a Ui1 f N1 m 4,44f N1 m m

30 U sz [V] [Vs], [A] U pr [V] A transzformátor üzemi tulajdonságai Primer feszültség m 10m 15m 0m t [s] fluxus Mágnesező áram m 10m t [s] 15m 0m 10 5 Szekunder feszültség t t A transzformátor üresjárásban működik, ha nincs a kimeneti kapcsain terhelés. A primer tekercs induktivitást képvisel, ezért szinuszos bemenő feszültség esetén a mágnesező áram 90 -ot késik. deális transzformátornál a szekunder tekercs feszültsége 90 -ot siet a mágnesező áramhoz képest, tehát a bemeneti feszültséggel azonos fázisú. A valóságos transzformátor üresjárási áramának fázistolása kisebb 90 -nál, mert a mágnesezési veszteség és a tekercs ellenállása ohmos veszteségként, hő formájában jelenik meg, és a veszteségi áram azonos fázisban van a feszültséggel. A vektorábra az alábbi módon alakul: 0 t U pr m 10m 15m 0m t [s] U sz 0 m v

31 A transzformátor üzemi tulajdonságai 1 U 1 R t A transzformátor terhelésénél a kimeneti kapcsain áram folyik, amely a vasmagban ellentétes irányú fluxust hoz létre. 1 primer áram megnő, visszaállítja az eredeti fluxust, azonban a fluxus egy része a vason kívül záródik, szórt mágneses tér alakul ki. A szórt mágneses tér által metszett tekercs-menetek fojtótekercsként viselkednek, korlátozzák a tekercs áramát. A fluxus állandósága miatt a két ellentétes gerjesztés eredője ugyanakkora, mint amekkora üresjárásban volt. Ez a gerjesztések egyensúlya törvény. 1N1 N ON1

32 A transzformátorok kiviteli formái Szalagmag lemez E lemez Tekercs Tekercselés Vasmag Vágott szalagmagos transzformátor Köpeny típusú kivitel Köpeny típusú transzformátor, vasmag E- lemezekből alakítva. Láncszem típusú transzformátor, jobboldalt vágott szalagmagos kivitel A légrés csökkentése érdekében az E lemezeket felváltva szemben rakják össze és alumínium kerettel összeszorítják lemezköteget.

33 Áramköri modell származtatása

34 Redukció A két áramkör összeköthetősége érdekében a modellt visszavezetjük egy a=1 áttételű transzformátoréra. Alapelv: a teljesítmények ne változzanak

35 Összekötve: Vasveszteség: Hiszterézis - P h k h f B max V Örvényáramú - P ö k ö f B max V P v P h P ö U R i o

36 Teljes áramköri modell

37 Terhelési állapotok Üresjárás U 1 g R 1 j g X s1 U i g 0,1 n cos o 0,1 P o P vas

38 Terhelési állapotok Rövidzárás U 1n 1z R j 1z X s vagy U 1z 1n R j 1n X s 1z = (10 5) n cos z 0,5 P z P t

39 Rövidzárási egyszerűsített áramköri modell Rövidzárási impedancia: R X s R ' 1 R Zz R j Xs ' X s1 X s Zz R Xs Százalékos rövidzárási feszültség drop: Z z 1n Z U 1n áll z 100 [%] (4...10)% 1z 100 1n

40 Terhelési állapotok Terhelés U 1 U ' R j X s U ' Z z Terhelési jelleggörbe ΔU R cos +X s sin

41 Hatásfok veszt veszt veszt 1 t v veszt ' ' 1 1 t t1 t max v S cos P 1 1 P P 1 1 P P P P P P P P R R R P P P állandó,f) (B f P

42 Háromfázisú transzformátor

43 Y,D / y, d, z, (y o, z o ) Kapcsolási csoportok Yy0 Yy6

44 Dy5 Yz11

45 Transzformátorok párhuzamos kapcsolása Teljesítmény növekedés Karbantartás, javítás Gazdaságos üzemvitel Feltételei: 1. A párhuzamosan kapcsolt transzformátorok között ne folyjon kiegyenlítő áram.. A transzformátorok névleges teljesítményeik arányában terhelődjenek.

46 1. Ne folyjon kiegyenlítő áram - azonos áttétel - azonos fázisfordítási szög (kapcsolási csoport) - azonos fázissorrend.

47 . Névleges teljesítményeik arányában terhelődjenek S S n n Z Z S S n Z n Z n n Z Z ha ε > ε

48 Különleges transzformátorok Takarékkapcsolású transzformátor Célszerű: ha 1 < a < 3

49 Előnyei: - kisebb anyag- és helyszükséglet - kisebb drop (feszültségesés) Hátrányai: - zárlat érzékenység - érintésvédelmi célra tilos Főleg kooperációs összeköttetés létesítésére.

50 Mérőtranszformátorok Feladatuk: - a nagy feszültségek és áramok átalakítása a normál műszerekkel mérhető tartományba - a nagyfeszültség elszigetelése a kezelőtől és a mérőműszerektől

51 Feszültségváltó a u U U 1n n U n 100 V U 1 a u U h δ au U U U, U 1 1 U 1 100[%] Sn 0,1...3% ' VA

52 Áramváltó a i 1n n n 1 vagy 5A 1 a i h δ a i 1, [%] % ' Sn VA Áramváltó szekunder áramkörét üzem közben megszakítani TLOS!