Upload
ljimun
View
55
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ELEKTRIČNI POGONI, TROFAZNI SPOJ
Citation preview
ELEK
6. TROFAZNI SUSTAV IZMJENIČNE STRUJE
ELEKTROTEHNIKA
1/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
6. TROFAZNI SUSTAV IZMJENIČNE STRUJE
Doc. dr. sc. Vitomir Komen, dipl. ing. el.
ELEK
SADRŽAJ:
6.1 Uvod u trofazni sustav izmjenične struje
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
2/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
6.5 Snaga trofaznog sustava
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
ELEK
6.1 Uvod u trofazni sustav izmjenične struje
• Trofazni sustav izmjenične struje čini sustav triju jednofaznih izmjeničnih struja jednake frekvencije, međusobno vremenski (fazno) pomaknutih za jednu trećinu periode (T/3) odnosno za fazni kut od 120°.
• Tri jednofazne izmjenične struje proizvode tri jednofazna sinusna izvora izmjenične struje spojena na odgovarajući način, a elektromotornih sila jednakih amplituda i frekvencije, te međusobno fazno pomaknutih za 120°.
6.1 Uvod u trofazni sustav izmjenične struje
3/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
jednakih amplituda i frekvencije, te međusobno fazno pomaknutih za 120°.
• Tri jednofazna sinusna izvora izmjenične struje koje čine trofazni sustav mogu biti:
- tri potpuno neovisna jednofazna izvora – neekonomično
- trofazni izvori izmjenične struje kao nedjeljiva jedinica
- trofazni generator izmjenične struje
ELEK 6.1 Uvod u trofazni sustav izmjenične struje
4/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Trofazni sustav izmjenične struje – tri jednofazne izmjenične struje proizvodi trofazni sustav izmjeničnih napona koji se zajednički induciraju u trofaznomgeneratoru kao izvoru i zajednički se prenose trofaznim prijenosnim vodom do trofaznih ili jednofaznih trošila.
ELEK
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
• Trofazni (sinkroni) generator izmjenične struje je izvor trofaznog sustava izmjeničnih napona (tri jednofazna izmjenična napona jednake amplitude i frekvencije, međusobno vremenski / fazno pomaknuti za 120°).
• Trofazni generator je uređaj (električni stroj) koji na načelu elektromagnetske indukcije pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
• Načelna izvedba trofaznog generatora izmjenične struje – tri jednaka zavoja (namota) na jednoj osovini koji nisu međusobno spojeni a prostorno
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
5/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
(namota) na jednoj osovini koji nisu međusobno spojeni a prostorno razmaknuti za 120°međusobno, rotiraju u homogenom magnetskom polju
ELEK• Konstrukcija stvarnih trofaznih generatora izmjenične struje:
- rotacijski elektromagnetski stroj koji se sastoji od statora i rotora,
- stator – mirujući dio stroja na kojemu su smještena tri namota u kojima se induciraju naponi
- rotor – rotirajući dio stroja na kojemu rotira magnetsko polje zajedno s uzbudnim namotom kroz koji teče uzbudna struja
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
6/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEK 6.2 Trofazni generator izmjenične struje
7/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
( )
( ) ( )°+=°−=
°−=
=
120sin240sin
120sin
sin
3
2
1
tUtUu
tUu
tUu
MM
M
M
ωω
ω
ω
Inducirani naponi u faznim namotima trofaznog generatora:
ELEK• Trofazni izvor (generator) izmjeničnog sinusnog napona sastavljen je od tri
jednaka izmjenična sinusna izvora napona, međusobno fazno pomaknuta za trećinu periode (120°).Zbroj triju izmjeničnih sinusnih napona međusobno pomaknutih za 120°uvijek je jednak nuli.
00321321
=++=++ UUUuuurrr
Svaki fazni namot trofaznog generatora koji se naziva faza generatora (izvora) predstavlja zaseban izvor izmjeničnog sinusnog napona.
Kod trofaznih generatora izmjenične struje tri fazna namota / tri faze
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
8/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Kod trofaznih generatora izmjenične struje tri fazna namota / tri faze generatora su međusobno spojene, i to u ZVIJEZDA SPOJ ili TROKUT SPOJ, pa razlikujemo:
- trofazni generator spojen u ZVIJEZDA SPOJ – spoj u kojem su zajedno povezani krajevi faznih namota, a zajednička spojna točka svih namota se zove ZVIJEZDIŠTE generatora. Na početke namota vežu se linije (vodovi) prijenosnog sustava.
- trofazni generator spojen u TROKUT SPOJ – spoj u kojem se kraj jednog faznog namota povezuje s početkom drugog faznog namota. Linije prijenosnog sustava izlaze iz spojnih točaka.
ELEK 6.2 Trofazni generator izmjenične struje
9/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEK
• Trofazna trošila izmjenične struje sastavljena su od tri jednofazna trošila (faze trofaznog trošila) koja mogu biti spojena u ZVIJEZDU spoj ili TROKUT spoj
- trofazno trošilo spojeno u zvijezda spoj (zajednička točka svih triju jednofaznih trošila naziva se ZVIJEZDIŠTE trošila)
6.2 Trofazni generator izmjenične struje
10/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
jednofaznih trošila naziva se ZVIJEZDIŠTE trošila)
- trofazno trošilo spojeno u trokut spoj
Trofazno trošilo je simetrično ako je impedancija trošila u svakoj fazi jednaka.
ELEK
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
• U trofaznom izmjeničnom sustavu razlikujemo
FAZNE NAPONE UF, FAZNE STRUJE IF – veličine koje se odnose na faze (fazne namote) izvora ili trošila
LINIJSKE NAPONE UL (U), LINIJSKE STRUJE IL (I) – veličine koje se odnose na fazne vodiče između izvora i trošila, kao i na priključne vodiče izvora i trošila
• Trofazni generator spojen u zvijezda spoj
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
11/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEK 6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
12/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Fazni naponi - naponi na faznim namotima generatora, odnosno naponi između faznih stezaljki 1, 2 i 3 i zvijezdišta generatora O (N) ili neutralnog vodiča N.
Linijski naponi - naponi između pojedinih faznih stezaljki 1, 2 i 3 izvora, ili između pojedinih faznih vodiča L1, L2, L3 prijenosnih vodova.
321,,
FFFUUUrrr
321,,
LLLUUUrrr
ELEK
133
322
211
FFL
FFL
FFL
UUU
UUU
UUU
rrr
rrr
rrr
−=
−=
−=
rr
FLUU 3=
FUU 3=
Linijski naponi u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju efektivne vrijednosti puta veće od faznih vrijednosti.
3
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
13/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
33
22
11
FL
FL
FL
II
II
II
rr
rr
rr
=
=
=FL
II =
FII =
Linijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju efektivne vrijednosti jednake faznim vrijednostima.
ELEK• Trofazni generator spojen u trokut spoj
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
14/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEK
IIIrrr
−=
33
22
11
FL
FL
FL
UU
UU
UU
rr
rr
rr
=
=
=FL
UU =
FUU =
Linijski naponi u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut jednaki su faznim naponima.
Linijski naponi:
Linijske struje:
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
15/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
323
212
131
FFL
FFL
FFL
III
III
III
rrr
rrr
rrr
−=
−=
−=FL
II 3=
FII 3=
Linijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut imaju puta veće vrijednosti od faznih vrijednosti.
3
ELEK• Trofazno trošilo spojeno u
zvijezda spoj ( )• Trofazno trošilo spojeno u
trokut spoj ( )
6.3 Fazni i linijski naponi, fazne i linijske struje
16/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
FL II 3= FII 3=
FLUU =
FUU =
FL UU 3= FUU 3=
FLII =
FII =
ELEK6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
a) Nevezani i vezani trofazni sustav
• Svaki fazni namot trofaznog generatora predstavlja generator (izvor) napona za strujni krug jedne faze sustava na koji se preko vodova može priključiti trošilo (opterećenje).Prijenos električne energije sa sva tri međusobno odvojena fazna kruga naziva se nevezani trofazni sustav.
• Na svaki se fazni namot može priključiti trošilo sa svojom impedancijom. Tako se ostvaruje nevezani trofazni sustav s tri strujna kruga i sa šest potrebnih
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
17/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
se ostvaruje nevezani trofazni sustav s tri strujna kruga i sa šest potrebnih vodiča.
ELEKVežu li se zajedno krajevi namota U2, V2 i W2 neće doći ni do kakve promjene napona i struja po krugovima. Povratni se vodiči mogu sažeti u jedan i njime teče zbroj pojedinih struja i = i1 + i2 + i3.
Tako se postiže i u praksi koristi vezani trofazni sustav u kojem tri jednofazna trošila čine jedno trofazno trošilo. Svako jednofazno trošilo naziva se pritom faza trofaznog trošila. Ako su impedancije jednake (simetrično trošilo), zbroj struja u povratnom vodiču je nula, te se taj vodič može ispustiti bez ikakvih promjena.
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
18/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEKb) Trofazni sustav izmjenične struje spojen u zvijezda spoj ( )
Ovaj spoj (oznaka Y) nastaje povezivanjem triju namota generatora u zajedničku točku nazvanu zvjezdište ili nul-točka generatora (oznaka N ili 0).
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
19/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Jednako tako, pri spoju trošila u zvijezdu sva su trošila jednim krajem priključena na nul-točku trošila. Obje nul-točke (generatora i trošila) označuju se slovom N (ili 0). Obje ove točke međusobno su spojene zajedničkim povratnim vodom kroz koji protječu sve tri struje zajedno (neutralni vodič).
Simetričan trofazni sustav spojen u zvijezdu s nulvodičem
ELEK• Simetrično opterećenje
U simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj fazni napon trošila jednak je faznom naponu izvora. Svi fazni naponi imaju jednake efektivne vrijednosti UF i međusobno su pomaknuti u fazi za 120°.
Linijski su naponi puta veći od faznih napona
ZZZZrrrr
===321
3 FLUU 3=
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
20/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEKFazne i linijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju jednake efektivne vrijednosti
FLII =
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
21/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Struja u povratnom / neutralnom vodiču pri simetričnom opterećenju jednaka je nuli
0
0
321
321
=++
=++
LLL
FFF
III
IIIrrr
rrr
ELEKPri simetričnom opterećenju zbroj struja jednak je ništici i kroz povratni vod ne teče struja. U tom je slučaju povratni vod nepotreban i prijenos energije od generatora do trošila može se ostvariti s tri fazna vodiča L1,L2,L3 koji zajedno čine trofaznu liniju ili trofazni vod.
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
22/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
• Nesimetrično opterećenjeU distribucijskim mrežama u kojima su na pojedine faze priključena jednofazna trošila, ne može se računati na potpunu simetriju struja, pa je zbroj struja u zvjezdištu manji od struja u faznim vodičima, ali nije jednak ništici.Zato je za rezultirajuću povratnu struju potreban povratni vodič koji povezuje obje točke i zove se neutralni ili nul-vodič N. Prijenos električne energije se ostvaruje sa trofaznim vodovima sa četiri vodiča (L1, L2, L3, N).
321ZZZrrr
≠≠
ELEKb) Trofazni sustav izmjenične struje spojen u trokut spoj
To je drugi spoj triju namota, odnosno triju otpora trošila (oznaka ∆). Namoti generatora spajaju se u trokut tako da se početak namota jedne faze spoji sa svršetkom namota susjedne faze.
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
23/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Fazni vodiči L1, L2, L3 priključuju se na namote generatora također u spojnim točkama 1, 2, 3 koje su u shemi spoja vrhovi trokuta namota, po čemu je spoj i dobio naziv. Otpori trošila na sličan su način spojeni u trokut koji i ovdje čini zatvoreni strujni krug.
ELEK• Simetrično opterećenje
Fazni i linijski naponi su u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut jednaki, dakle imaju jednake efektivne vrijednosti
ZZZZrrrr
===321
II 3=
FLUU =
Efektivne vrijednosti linijskih struja su puta veće od faznih vrijednosti
3
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje
24/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
FLII 3=
• Nesimetrično opterećenje
321
321
321
FFF
LLL
III
III
ZZZ
rrr
rrr
rrr
≠≠
≠≠
≠≠
Kod trofaznog sustava bez povratnog voda zbroj linijskih struja je uvijek jednak nuli, bez obzira u kakvom je spoju trofazno trošilo i radi li se o simetričnom ili nesimetričnom opterećenju
ELEK
6.5 Snaga trofaznog sustava
• Općenito: Ukupna snaga koja se troši na nekom trofaznom elementu / trošilu u trofaznom sustavu izmjenične struje, jednaka je zbroju snaga koje se troše na pojedinim fazama elementa / trošila:
( )
( )321
WPPPPFFF
++=
6.5 Snaga trofaznog sustava
25/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
( )
( )22
321
321
VAr
W
QPS
QQQQ
PPPP
FFF
FFF
+=
++=
++=
ELEK
== ϕ
Trošilo spojeno u zvijezda spoj
22
sin
cos
FFF
FFF
FFF
QPS
IUQ
IUP
+=
=
=
ϕ
ϕ
Trošilo spojeno u trokut spoj
22
sin
cos
FFF
FFF
FFF
QPS
IUQ
IUP
+=
=
=
ϕ
ϕ
• Simetrično opterećenje elemenata / trošila321321
,FFFFFF
IIIUUUrrrrrr
====
6.5 Snaga trofaznog sustava
26/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Ukupna snaga:
22
3sin3
3cos3
QPS
QIUQ
PIUP
FFFF
FFF
+=
==
==
ϕ
ϕ
zvijezda spoj:3
, L
FLF
UUII ==
( )
( )
( )VA
VArsin3sin3
Wcos3cos3
22QPS
UIIUQ
UIIUP
LL
LL
+=
==
==
ϕϕ
ϕϕ
trokut spoj:3
, L
FLF
IIUU ==
( )
( )
( )VA
VArsin3sin3
Wcos3cos3
22QPS
UIIUQ
UIIUP
LL
LL
+=
==
==
ϕϕ
ϕϕ
ELEKDjelatna, jalova i prividna snaga na simetričnom trofaznom elementu / trošilu, bez obzira na spoj trošila, računa se na jednak način:
6.5 Snaga trofaznog sustava
27/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
( )
( )
( )VA
VArsin3sin3
Wcos3cos3
22QPS
UIIUQ
UIIUP
LL
LL
+=
==
==
ϕϕ
ϕϕ
ELEK• Nesimetrično opterećenje elemenata / trošila
321321,
FFFFFFIIIUUUrrrrrr
≠≠≠≠
Snaga trofaznog elementa / trošila
22
321
321
QPS
QQQQ
PPPP
FFF
FFF
+=
++=
++=
6.5 Snaga trofaznog sustava
28/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Djelatne snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošila
Jalove snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošila
3333
2222
1111
cos
cos
cos
FFFF
FFFF
FFFF
IUP
IUP
IUP
ϕ
ϕ
ϕ
=
=
=
3333
2222
1111
sin
sin
sin
FFFF
FFFF
FFFF
IUQ
IUQ
IUQ
ϕ
ϕ
ϕ
=
=
=
Prividna snaga nesimetričnog trofaznog elementa / trošila
22QPS +=
Ukupni faktor snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošilaS
P=ϕcos
ELEK
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
ELEKTROENERGETSKI SUSTAV
Elektroenergetski sustav – sustav proizvodnje, prijenosa, distribucije i potrošnje električne energije
Prijenos električne energije
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
29/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
Prijenos električne energije
Električna energija proizvodi se u električnim generatorima u elektranama. Generatore pokreće vodena energija ili toplinska energija putem turbina. Na temelju snage koja ih pokreće razlikujemo vodne elektrane (hidroelektrane), toplinske elektrane (termoelektrane) s pogonom na ugljen, naftu, plin ili termonuklearnu reakciju, elektrane na vjetar, te solarne elektrane.
ELEKNa slici je prikazan sustav prijenosa električne energije proizvedene u elektrani:
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
30/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEK
Električna energija proizvedena u elektranama se predaje u javnu mrežu preko energetskih transformatora kako bi se transformirala u električnu energiju visokog napona (110-220-400 kV).
Električna energija se iz elektrana preko prijenosnih i distribucijskih vodova i transformatorskih stanica prenosi do potrošača, koji su priključeni uglavnom na niskonaponsku mrežu napona 230/400 V.
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
31/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEKENERGETSKI TRANSFORMATOR
Transformator je statički elektromagnetski uređaj koji na načelu elektromagnetske indukcije pretvara izmjenični napon i struju pri istoj frekvenciji u napon i struju najčešće drugih vrijednosti.
Rad transformatora osniva se na elektromagnetskom međudjelovanju dvaju ili općenito nekoliko električki međusobno odvojenih namota. Namoti obuhvaćaju jezgru i protjecani su strujom, a izrađuju se od bakrene izolirane žice. Ako se jedan od tih namota spoji na pojnu mrežu (primarni namot), tada se pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja koje stvara taj namot, u drugom (sekundarnom) namotu magnetski spregnutom s prvim inducira elektromotorna
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
32/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
(sekundarnom) namotu magnetski spregnutom s prvim inducira elektromotorna sila. Kroz trošilo spojeno na taj drugi namot teče izmjenična struja, pa se energija iz jednog kruga predaje u drugi bez električne (galvanske) veze među krugovima. Zato je smjer protjecanja energije od primarnog namota prema sekundarnom namotu.
Prema tome, energetski transformatori se rabe za povećanje ili smanjenje izmjeničnog napona i struje.
Da bi se između namota ostvarila dobra magnetska veza, namoti se raspoređuju na magnetsku jezgru. Jezgra propušta izmjenični magnetski tok i radi smanjenja gubitaka i struje praznog hoda slaže se od tankih magnetskih limova.
ELEK
Prostorni izgled dvonamotnog transformatora prikazan je na slici.
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
33/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen
ELEKNa slici je prikazan izgled transformatora u transformatorskoj stanici.
6.6 Osnove energetske elektrotehnike
34/34ELEKTROTEHNIKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje © Komen