Cap.4. CIRCUITE TRIFAZATE DE CURENT ALTERNATIV

Circuite de curent alternativ trifazat

Circuite de curent alternativ trifazat

S.I.9a. Caracterizare general a circuitelor trifazate de curent alternativ in r.p.s.

b.Conexiunea stea a circuitelor trifazate (notaii:Y-stea,Y0 -stea cu nul accesibil)

a. Caracterizare general a circuitelor trifazate de c.a. in r.p.s.

(n prezent energia electric este aproape n exclusivitate produs, transportat i distribuit la consumatori n sisteme trifazate de curent alternativ sinusoidal, de frecven industrial de 50Hz. Utilizarea circuitelor trifazate prezint o serie de avantaje n raport cu cele monofazate, precum urmtoarele:

1) cantitea de material, costul liniilor de transport ;i pierderile de energie pe reea n exploatare sunt mai mici prin reducerea numrului de conductoare de la 6 ( pentru trei circuite monofazate ) la 3conductoare de linie plus conductorul de nul , de seciune mai mic, n cazul sistemelor trifazate.

De la 6 la 3+1 (RST+N) conductoare = 50% economie material

2) funcionarea motoarelor sincrone i asincrone trifazate ( consumatori importani de energie electric)se bazeaz pe producea cmpuui magnetic nvrtitor realizat cu ajutorul sistemelor trifazate de cureni

3) n condiii egale (aceeai putere, frecven, tensiune etc.) generatoarele, motoarele i transformatoarele trifazate sunt mai uoare, mai ieftine i au un randament superior mainilor i transformatoarelor monofazate; Generatoarele din centrale electrice sunt GENERATOARE SINCRONE TRIFAZATE.

4) exist posibilitatea cuplrii la o reea trifazat att a consumatorilor de energie electric trifazai ct i monofazai;

5) se obin n sistemul trifazat dou tensiuni diferite ca valoare i faz, uf , ul ntre care exist relaia: .

1. Un sistem trifazat de circuite electrice este un ansamblul de trei circuite electrice n care acioneaz trei t.e.m. sinusoidale de aceeai frecven, dar defazate una fa de alta, de regul egal, cu 2(/3 rad. Cele trei circuite care alctuiesc un sistem trifazat poart denumirea de circuite de faz sau simplu, faze.

n circuitele trifazate se stabilesc sisteme trifazate de mrimi (tensiuni, cureni, fluxuri etc.) care sunt formate din trei semnale sinusoidale, de aceeai frecven dar avnd faze iniiale diferite i se pot scrie n RCS de forma:

(1)

2. Sistemul trifazat de mrimi este simetric dac cele trei semnale care-l compun au aceeai amplitudine (valoare efectiv) i sunt defazate ntre ele simetric, cu acelai unghi, egal cu 2(/3 radiani. Prin urmare sistemul trifazat de semnale (1) este simetric dac:

M1 = M2 = M3, iar

(1 - (2 = (2 - (3 = (3 - (1 = 2(/3. (2)

Dac nu este satisfcut una sau ambele condiii precizate mai sus, sistemul trifazat de mrimi este nesimetric.

3.- Un receptor trifazat este alctuit din trei impedane complexe de forma: i este alimentat cu un sistem trifazat de t.e.m. 4.- Receptorul trifazat este echilibrat dac este format din trei impedane complexe identice, ndeplinind condiiile: Z1 = Z2 = Z3 = Z i . (3)

Un astfel de receptor trifazat echilibrat este contituit de exemplu de nfurrile unui motor asincron trifazat etc. Dac cele trei impedane nu sunt identice se spune c receptorul trifazat este dezechilibrat.

5.- Regimul de funcionare al circuitelor trifazate este simetric dac toate semnalele (t.e.m., cureni, tensiuni, fluxuri) formeaz sisteme trifazate simetrice de mrimi. In caz contrar, regimul circuitelor respective este nesimetric. Regimul simetric de funcionare este posibil numai n situaia particular n care receptorul trifazat este echilibrat i sistemul trifazat al t.e.m. de alimentare este simetric

Expresiile a trei t.e.m. induse, care formeaz un sistem trifazat simetric i v.e.c. asociate n complex simplificat sunt de forma:

EMBED Equation.2 (4)

Variaia n timp a t.e.m. care compun sistemul trifazat simetric de semnale (4) este prezentat n fig. 1, iar f.c.p. asociai n planul coplex fig.2. Att din fig.1, ct i din fig. 2, se observ c suma valorilor instantanee (imaginilor complexe sau fazorilor) ale mrimilor care compun un sistem trifazat simetric este egal cu zero, respectiv:

.(5)

Fig. 1

Fig. 2

Dac se utilizeaz operatorul de rotaie:

,(6)

sistemele trifazate simetrice, direct, respectiv invers, de t.e.m. pot fi exprimate sub formele mai simple:

(7)

Operatorul complex

satisface relaiile:

, unde k = 1, 2, ...,n.

(8)

Conexiunile circuitelor trifazate - Generaliti

Fie un generator trifazat care produce sistemul trifazat de t.e.m.

i un receptor trifazat caracterizat prin impedanele complexe

.

Transportul energiei electrice de la generator la receptor se poate efectua utiliznd ase conductoare (Fig.3); circuitul trifazat astfel obinut, coninnd trei circuite monofazate independente, se numete neconectat i este neeconomic. Reducerea numrului conductoarelor liniei de transport, de la ase la trei, R,S,T (sau patru, R,S,T+N : 3 conductoare de linie (faz de transport), R,S,T plus un conductor de nul, N de seciune mai mic), este posibil prin conectarea circuitelor trifazate n stea sau triunghi.

Fig. 3

(nfurrile generatoarelor (transformatoarelor), respectiv impedanele receptoarelor pot fi conectate att n stea, ct i n triunghi, conexiunea receptorului (modul de legare a celor trei impedane) fiind independent de conexiunea generatorului (modul de legare a celor trei nfurri de faz).

Conexiunile circuitelor trifazate sunt caracterizate prin dou categorii de mrimi, de faz i de linie, definite astfel:

1. - tensiunea de faz (uf) constituie

- tensiunea de la bornele unei nfurri a generatorului/transformatorului, sau - de la bornele unei impedane a receptorului, sau

- ntre un conductor de faz i conductorul de nul ale reelei trifazate;

- curentul de faz (if) reprezint

- curentul care parcurge o nfurare de faz a generatorului/transformatorului,

- sau o impedan de faz a receptorului;

- tensiunea de linie (ul), denumit i tensiune compus, constituie

- tensiunea dintre dou borne de acces ale generatorului sau

- ale receptorului, sau,

- ntre dou conductoare de faz ale reelei trifazate de transport;

- curentul de linie (il) este curentul care parcurge conductoarele de faz, R,S,T, ale reelei trifazate de transport, dintre generator/transformator i receptor.S.I.10 .b. Conexiunea n triunghi (notaii (, sau D)

(nfurrile unui generator (transformator) trifazat se conecteaz n triunghi legnd succesiv sfritul unei nfurri cu nceputul nfurrii urmtoare (Fig. 1), iar cele trei puncte de acces, astfel obinute sunt conectate la conductoarele reelei de transport, R,S,T. Similar se conecteaz n triunghi impedanele receptorului trifazat.

Conectarea n triunghi a nfurrilor unui generator (transformator) trifazat, este echivalent cu nserierea a trei surse de t.e.m., EAB, EBC, ECA i este posibil numai n cazul sistemelor trifazate de t.e.m. simetrice la care suma valorilor instantanee este zero:

= 0 i

= 0.(n practic, generatoarele trifazate nu se conecteaz n triunghi. Inversarea (din eroare) a sensului uneia din cele trei t.e.m. conduce la apariia unui curent de egalizare prin nfurrile generatorului, de intensitate mare (chiar la funcionarea lui n gol), care l poate deteriora.

Fig. 1(n fig.1 se utilizeaz aceleai notaii, n complex simplificat, ca i n cazul conexiunii stea:- tensiunile de faz la bornele generatorului -

,

la bornele receptorului -

,

pe reea - ;

- tensiunile de linie la generator -

,

la receptor -

,

pe reea - .

- curenii de faz - ai generatorului -

,

- ai receptorului -

,

- curenii de linie - cu

.

1 Relaiile ntre mrimile de linie i de faz (valori instantanee) ale receptorului (respectiv ale generatorului) n conexiune triunghi, indiferent de regimul de funcionare (simetric sau nesimetric) rezult din schema circuitului electric, dup cum urmeaz.

- ntre tensiunile de linie i de faz exist relaii de identitate, evidente prin modul de definire a acestora:

, ,

(1)

- Relaiile dintre curenii de linie i de faz la conexiunea n triunghi rezult prin aplicarea teoremei I a lui Kirchhoff n nodurile receptorului trifazat, 1,2,3 (respectiv ale generatorului, A,B,C) :

(2)

2. n regim simetric (receptorul este echilibrat, avnd imedanele identice:

(

(

=

i este alimentat cu un sistem trifazat simetric de tensiuni de faz) mrimile de faz i de linie (tensiuni i cureni) formeaz sisteme simetrice, cu valori efective egale i se pot scrie relaiile:

(3)

Fig. 2

Relaia ntre valorile efective ale curenilor de linie i de faz pentru regim simetric se obine imediat din diagrama fazorial (Fig.2) corespunztoare ecuaiilor de cureni (2); rezult relaia geometric,

, care, innd cont de (3), devine:

. (4)

(ntre tensiunile de linie i de faz la conexiunea triunghi exist relaia evident:

.(5)

Prin urmare, la conexiunea n triunghi a circuitelor trifazate, n regim simetric, tensiunea de linie coincide cu tensiunea de faz, iar valoarea efectiv a curentului de linie este de

ori mai mare dect valoarea efectiv a curentului de faz.

Utilizarea conexiunii triunghi este posibil numai pentru circuitele trifazate n regim simetric, la care

= 0

(6)

n regim nesimetric curentul rezultant I0 este nenul i - deoarece nu exist conductor de nul, de ntoarcere - acesta se stabilete i circul n circuitul nchis (triunghi) al fazelor, producnd pierderi suplimentare.

Not: Orice receptor trifazat conectat n stea se poate substitui printr-un receptor echivalent conectat n triunghi i invers, utiliznd teorema transfigurrii. (n cazul receptoarelor trifazate echilibrate ntre impedanele lor de faz exist relaia:

_946707152.unknown

_946725970.unknown

_1392456829.unknown

_1445317273.unknown

_1476774001.unknown

_1476774012.unknown

_1476774026.unknown

_1476131235.unknown

_1444979280.unknown

_1445316131.unknown

_1425961118.unknown

_1425961163.unknown

_1392633911.unknown

_946726109.unknown

_1392455165.unknown

_1392456753.unknown

_1098092622.unknown

_1361864385.unknown

_946726373.unknown

_946726533.unknown

_946726067.unknown

_946726087.unknown

_946726044.unknown

_946708632.unknown

_946725867.unknown

_946725916.unknown

_946708692.unknown

_946707652.unknown

_946707717.unknown

_946707776.unknown

_946707568.unknown

_932637580.unknown

_935321717.unknown

_946707101.unknown

_932637635.unknown

_925120032.unknown

_925121938.unknown

_932636827.unknown

_932636963.unknown

_925122595.unknown

_925122805.unknown

_925120155.unknown

_925120719.unknown

_925119370.unknown

_925120021.unknown

_925118780.unknown