Трехфазные электрические цепи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное учреждение высшего профессионального образования

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Контрольная работа

По курсу: «Методика профессионального обучения»

На тему: «Трехфазные электрические цепи»

Выполнил: Колумбин М.А.

Студент группы ЗЭС-316С

Проверил

Екатеринбург 2009г.

1. Тема разрабатываемого урока

Проанализировав программу предмета «Теоретические основы электротехники», я выбрал тему урока «Трехфазные электрические цепи»

План изложения учебного материала

1. Организационная часть (5мин):

Организованный вход учащихся в кабинет. Учащиеся занимают рабочие места, подготавливаются к предстоящей работе. Провожу проверку присутствия учащихся по списку, выявляю причину отсутствия учащихся на местах.

2. Сообщение темы и цели занятия (5мин)

3. Объяснение нового теоретического материала, решение новой практической задачи (60мин)

1. Общие сведения о трехфазных электрических цепях.

2. Схемы соединения трехфазных систем.

3. Соединение в звезду.

4. Соединение в треугольник.

4. Восстановление в памяти учащихся опорных понятий (10мин):

Задаю вопросы по основным понятиям пройденной темы и вместе определяем самые важные моменты, на которые нужно обратить внимание при изучении этой темы. Закрепление темы необходимо для того, чтобы установить на сколько, учащиеся поняли и освоили пройденный материал и способны ли сами решать типовые задачи по данной теме.

5. Подведение итогов (5мин):

В конце занятия следует указать учащимся на распространенные ошибки, раскрыть их.

6. Выдача домашнего задания (5мин)

трехфазный электрический цепь обмотка

2. Составление конспекта учебного материала по выбранной теме

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Отметим, что обычно эти ЭДС, в первую очередь в силовой энергетике, синусоидальны. Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой, т.е. фаза - это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке.

Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два различных значения:

· фаза как аргумент синусоидально изменяющейся величины;

· фаза как составная часть многофазной электрической системы.

Разработка многофазных систем была обусловлена исторически. Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений.

Важнейшей предпосылкой разработки многофазных электрических систем явилось открытие явления вращающегося магнитного поля (Г. Феррарис и Н.Тесла, 1888 г.). Первые электрические двигатели были двухфазными, но они имели невысокие рабочие характеристики. Наиболее рациональной и перспективной оказалась трехфазная система, основные преимущества которой будут рассмотрены далее.

Большой вклад в разработку трехфазных систем внес выдающийся русский ученый-электротехник М.О. Доливо-Добровольский, создавший трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, предложивший трех- и четырехпроводные цепи, в связи с чем по праву считающийся основоположником трехфазных систем.

Источником трехфазного напряжения является трехфазный генератор, на статоре которого размещена трехфазная обмотка. Фазы этой обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на  эл. рад. Каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С, а концы- соответственно прописными x,y,z. ЭДС в неподвижных обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, создаваемым током обмотки возбуждения вращающегося ротора. При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на  рад.

Трехфазные системы в настоящее время получили наибольшее распространение. На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются:

- экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния;

- самым надежным и экономичным, удовлетворяющим требованиям промышленного электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

- возможность получения с помощью неподвижных обмоток вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств;

- уравновешенность симметричных трехфазных систем.

Для рассмотрения важнейшего свойства уравновешенности трехфазной системы, которое будет доказано далее, введем понятие симметрии многофазной системы.

Система ЭДС (напряжений, токов и т.д.) называется симметричной, если она состоит из m одинаковых по модулю векторов ЭДС (напряжений, токов и т.д.), сдвинутых по фазе друг относительно друга на одинаковый угол . Из несимметричных систем наибольший практический интерес представляет двухфазная система с 90-градусным сдвигом фаз.

Все симметричные трех- и m-фазные (m>3) системы, а также двухфазная система являются уравновешенными. Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует, изменяя за время одного периода не только величину, но в общем случае и знак, суммарная мгновенная мощность всех фаз остается величиной постоянной в течение всего периода синусоидальной ЭДС.

Уравновешенность имеет важнейшее практическое значение. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Такая переменная механическая нагрузка вредно отражалась бы на энергогенерирующей установке, сокращая срок ее службы. Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям.

Если симметрия нарушается (двухфазная система Тесла в силу своей специфики в расчет не принимается), то нарушается и уравновешенность. Поэтому в энергетике строго следят за тем, чтобы нагрузка генератора оставалась симметричной.

Схемы соединения трехфазных систем

Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120?. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, т.е. будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично. В этой связи подобные системы не получили широкого применения на практике.

Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой.

Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение в звезду

Трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду. Здесь провода АА', ВВ' и СС' - линейные провода.

Линейным называется провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника.

Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной (N и N' - соответственно нейтральные точки генератора и нагрузки).

Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным.

Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом - четырехпроводной.

Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных, к линии - линейных. Как видно из схемы, при соединении в звезду линейные токи  и  равны соответствующим фазным токам.

При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе

Если система фазных токов симметрична, то . Следовательно, если бы симметрия токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Как будет показано далее, нейтральный провод обеспечивает поддержание симметрии напряжений на нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные напряжения генератора действуют от точек А,В и С к нейтральной точке N;  - фазные напряжения нагрузки.

Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать

Отметим, что всегда  - как сумма напряжений по замкнутому контуру.

Лучи фазных напряжений векторной диаграммы образуют стороны равнобедренных треугольников с углами при основании, равными 30?, в этом случае

Обычно при расчетах принимается

Тогда для случая прямого чередования фаз

,

При обратном чередовании фаз фазовые сдвиги у  и меняются местами). С учетом этого могут быть определены комплексы линейных напряжений. Однако при симметрии напряжений эти величины легко определяются непосредственно из векторной диаграммы. Направляя вещественную ось системы координат по вектору (его начальная фаза равна нулю), отсчитываем фазовые сдвиги линейных напряжений по отношению к этой оси. Так для линейных напряжений и получаем:

; .

Соединение в треугольник

В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывает несимметричной, очень важно на практике, например, в схемах с осветительными приборами, обеспечивать независимость режимов работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной, подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника в треугольник. Но в треугольник также можно соединить и фазы генератора.

Для симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким образом, при отсутствии нагрузки в фазах генератора в схеме токи будут равны нулю. Однако, если поменять местами начало и конец любой из фаз, то и в треугольнике будет протекать ток короткого замыкания. Следовательно, для треугольника нужно строго соблюдать порядок соединения фаз: начало одной фазы соединяется с концом другой.

Очевидно, что при соединении в треугольник линейные напряжения равны соответствующим фазным. По первому закону Кирхгофа связь между линейными и фазными токами приемника определяется соотношениями

Аналогично можно выразить линейные токи через фазные токи генератора.

В заключение отметим, что помимо рассмотренных соединений «звезда -звезда» и «треугольник - треугольник» на практике также применяются схемы «звезда - треугольник» и «треугольник - звезда».

3. Спецификация понятий

4. Построение графа учебной информации

5. Эскиз доски

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

6. Опорный конспект

Источник трехфазного напряжения - трехфазный генератор.

Фазы обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол рад.

Трехфазная электрическая цепь имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120?

Векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствует трехфазной системе синусоид.

Звезда Треугольник

7. Листы рабочей тетради

1. Участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке называется -………………

2. Источником трехфазного напряжения является трехфазный ………………………….., на статоре которого размещена трехфазная обмотка. При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на ……………… рад.

3. Дорисуйте диаграмму трехфазной симметричной электрической цепи.

4. Трехфазный генератор имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на……………

5. Система ЭДС (напряжений, токов и т.д.) называется симметричной, если она состоит из m одинаковых по модулю векторов ЭДС (напряжений, токов и т.д.), сдвинутых по фазе друг относительно друга на одинаковый угол ………………………………………………………

6. Провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника называется …………..

7. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется ………………………...

8. Фазным называют напряжение……………………………………

9. Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений: в …………………………………. и в ………………………………………………………………………………………

10. В свою очередь при соединении в звезду система может быть ……………. и ………………………проводной.

8. Вопросы для актуализации опорных знаний

1. Какой принцип действия у трехфазного генератора?

2. В чем заключаются основные преимущества трехфазных систем?

3. Какие системы обладают свойством уравновешенности, в чем оно выражается?

4. Какие существуют схемы соединения в трехфазных цепях?

5. Какие соотношения между фазными и линейными величинами имеют место при соединении в звезду и в треугольник?

6. Что будет, если поменять местами начало и конец одной из фаз генератора при соединении в треугольник, и почему?

7. Какие схемы соединения обеспечивают автономность работы фаз нагрузки?

9. Домашнее задание по данному уроку

1. Определите комплексы линейных напряжений, если при соединении фаз генератора в звезду начало и конец обмотки фазы С поменяли местами.

2. На диаграмме (трехфазная система токов симметрична)

3. Определить комплексы остальных фазных и линейных токов.

Методическое обеспечение и учебная литература данной темы урока

1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов Г.В. Зевеке, П.А.Ионкин, А.В. Нетушил, С.В.Страхов. -5-е изд., перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. -7-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1978. -528с.

3. Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Электротехника/Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Энергоатомиздат 1985.- 552с., ил.

4. А.С. Касаткин, М.В. Немцов Электротехника. Учебник для вузов. Издательство: Высшая школа, 2000г.

5. М.Г. Шалунова, Н.Е. Эрганова Практикум по методике профессионального обучения: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во урал. гос. проф. -пед. ун-та, 2001. 67с.

6. Н.Е. Эрганова Основы методики профессионального обучения: Учеб. пособие. - Екатеринбург: Изд-во урал. гос. проф. -пед. ун-та, 1999. 138с.

Размещено на Allbest.ru