Соединение фаз приёмника звездой

Основные понятия

Трёхфазные электрические цепи

ЛЕКЦИЯ № 9

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Радиоэлектроника»

Руденко Н.В.

ЛЕКЦИЯ № 9

Трёхфазные электрические цепи

по дисциплине ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Ростов-на-Дону
2013 г.

Учебные вопросы

1. Трехфазная электрическая цепь: основные понятия.

2. Соединение фаз приёмника звездой.

3. Соединение фаз приёмника треугольником.

4. Мощность в трехфазной цепи

Литература: Немцов М.В. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 2012. С.107-119.

1 Трехфазная электрическая цепь:

Трехфазная цепь - это совокупность трёхфазной системы ЭДС, трёхфазной нагрузки и соединительных проводов.

Трёхфазную систему ЭДС ( напряжений ) получают с помощью синхронного трёхфазного генератора (рисунок 9.1), в обмотках которого при вращении ротора индуктируются три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120°:

;

;

где E_Аm=Е_Bm=Е_Cm - амплитудные значения ЭДС фаз генератора A, В и С (рисунок 9.1).

В настоящее время трехфазные системы получили широко распространение благодаря тому, что:

- при одинаковых условиях питание трехфазным напряжением позволяет получить значительную экономию материала проводов по сравнению с тремя однофазными линиями;

- трехфазный генератор (при прочих равных условиях) дешевле, легче, надежнее и экономичнее, чем три однофазных генератора такой же общей мощности;

- трехфазная система позволяет проще получить вращающееся магнитное поле;

- меньше пульсации момента на валу приводного двигателя при равномерной загрузке генератора.

Рисунок 9.1 ‑ Трёхфазный синхронный генератор и временная

диаграмма трёхфазной ЭДС

Часть трехфазной цепи, в которой протекает один из токов, называется фазой. По способу соединения фаз различают соединение звездой и треугольником.

Обычно обмотки генератора трехфазного тока соединены звездой, поэтому на щитках генераторов трехфазного тока имеются четыре выводных клеммы А, В, С, N (или 0), к которым присоединены свободные концы фазных обмоток генератора и его нейтральная (нулевая) точка.

Соединения фаз приёмников электрической энергии может быть как звездой, так и треугольником. Генератор и приемник связаны между собой проводами, называемыми линейными (или линиями).

Обмотки статора генератора соединяют по схеме звезда (рисунок 9.2, а, слева) или треугольник (рисунок 9.2, б, слева). Фазы трёхфазного приёмника (нагрузки) также соединяют по схеме звезда или треугольник (рисунок 9.2, а и б, справа).

Рисунок 9.2 ‑ Соединение фаз генератора и приёмника

по схеме звезда (а) и треугольник (б)

Соединение, при котором концы всех трех фаз потребителя объединяют в общую точку, называемую нейтральной точкой n, а начала фаз подсоединяют к трехфазному источнику питания посредством линейных проводов, называется соединением звездой трехфазного потребителя.

Соединение, при котором конец первой фазы соединяется с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей ‑ с началом первой, называется соединением трехфазного потребителя треугольником.

Передача электрической энергии от источника к потребителю осуществляется с помощью линейных проводов, причем трехфазная система может быть трехпроводной или четырехпроводной. Четвертый провод - нейтральный (Nn), соединяющий общие точки фаз источника N и потребителя п.

В трехфазных электрических цепях различают фазные и линейные напряжения и токи. Токи I_A, I_В, I_С или I _лвсоответствующих линейных проводах, называются линейными. Токи, протекающие по отдельным фазам ‑ фазными. Ток I_N в нейтральном проводе ‑ нейтральным.

На рисунке 9.3 изображена трёхфазная цепь, у которой источник и приёмник соединены звездой с нейтральным(нулевым) проводом (четырёхпроводная система).

Рисунок 9.3 ‑ Комплексная схема замещения четырёхпроводной

системы

Напряжение между двумя любыми линиями в такой цепи называется линейным напряжением и обозначается U_АВ, U_ВС, U_СА или U _л.

Напряжение между любой линией и нейтральным (нулевым) проводом N-n называется фазным напряжением и обозначается U_А , U_В , U_С для генератора и U_a , U_b , U_с для приемника или U _ф.

Фазные напряжения приёмника в схеме звезда-звезда с нейтральным проводом равны фазным напряжениям источника:

U _a = U _A; U _b = U _B и U _c = U _C,

а так называемое напряжение смещения нейтрали между точками n и N при нулевом сопротивлении нейтрального провода равно нулю (

В случае симметичной нагрузки () модули фазных токов одинаковы и равны соответствующим линейным токам

I_ф = I_л = U_ф /Z_ф. (9.1)

На векторной диаграмме векторы токов составляют симметричную звёзду (как и векторы фазных напряжений), поэтому сумма комплексов фазных токов

I _N = I _a + I _b + I _c = 0,

т. е. ток в нейтральном проводе равен нулю и нейтральный провод можно убрать. В результате получим трёхпроводную систему включения приёмника с генератором по схеме звезда-звезда (Y-Y).

В четырёхпроводной системе обеспечивается независимый режим работы фаз приёмника (кроме короткого замыкания в фазе, которое недопустимо): в случае изменения сопротивления одной фазы (в том числе при её обрыве) напряжения и токи двух других фаз не изменяются.

При этом соблюдается соотношение между линейными и фазными напряжениями:

, (9.2)

т. е. фазные напряжения в раза меньше линейных.

Это соотношение можно установить из рассмотрения векторной диаграммы, приведенной на рисунок 9.4:

Рисунок 9.4 ‑ Векторная диаграмма токов и напряжений при соединении приёмников звездой и симметричном режиме

В осветительных системах (реже U_л = 220 В, а U_ф = U_л /= 127 B).

При несимметричной нагрузке (Z _a Z _b Z _c, например, Z _a = - jX_a, Z _b = = R_b - jX_b и Z _c = R_c - jX_c), фазные и линейные токи (для каждой фазы) а ток в нейтральном проводе (рисунок 9.3)

I _N = I _a + I _b + I _c.

При несимметричной нагрузке и в случае отсутствия нейтрального провода (трёхпроводная система Y-Y без нуля) имеет место зависимый режим работы фаз приёмника: при изменении сопротивления одной фазы изменяются все фазные напряжения.Между точками n и N (см. рисунок 9.5) появится напряжение смещения нейтрали

,

где Y _a = 1 / Z _a; Y _b = 1 / Z _b; Y _c = 1 / Z _c - проводимости фаз нагрузки.

Напряжения фаз приёмника находят из соотношений:

U _a = U _A - U _nN; U _b = U _B - U _nN и U _c = U _C - U _nN.

Рисунок 9.5 ‑ Векторная диаграмма напряжений при соединении

приемников звездой, несимметричном режиме и отсутствии

нейтрального провода

В результате получается несимметричная звезда фазных напряжений приёмника (“перекос” фаз), причем в одной фазе, например, в фазе а, напряжение U _a может возрасти и значительно превыситьфазное напряже­ние U _A генератора (что в большинстве случаев недопустимо), а в других фазах - уменьшиться. Очевидно, что при наличии напряжения U _N напряжения на фазах приёмника не составляют симметричной системы и не равны по величине.

На рисунке 9.5 показано построение векторной диаграммы напряжений при несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода с использованием метода засечек. Вначале в выбранном масштабе m_U строят симметричную систему векторов фазных напряжений генератора U _А, U _В, U _C. Затем из концов этих векторов с помощью циркуля проводят засечки радиусами l_a, l_b, l_c, равными фазным напряжениям на приёмнике U _а, U _в, U _с с учетом масштаба. В точке пересечения этих трех засечек n лежит конец вектора напряжения U _N. Соединив точку n с концами векторов U _А, U _В, U _C, получают векторы фазных напряжений на приёмнике U _а, U _в, U _с.

Значительная несимметрия фазных напряжений приёмника образуется при разных по характеру сопротивлениях нагрузки, например, при

Z_a = R_А , Z _b = jX_L и Z _с = - jX_С.

При наличии нейтрального провода напряжение U_N определяется следующим выражением:

Если сопротивление нейтрального провода мало (проводимость велика), то мало и напряжение U_N.

При этом система фазных напряжений на приёмнике близка к симметричной системе фазных напряжений генератора.

Следовательно, наличие нулевого провода обеспечивает эффект выравнивания напряжений на фазах приёмника. При этом чем больше несимметрия нагрузки, тем больше величина уравнительного тока в нейтральном проводе, определяемого выражением:

I _N = I _A + I _В + I _C.

По этой причине в осветительных системах запрещается устанав­ливать предохранители и выключатели в нейтральном проводе.

Комплексы токов фаз приёмника:

I _а = U _а / Z _а; I _b = U _b / Z _b; I _c = U _c / Z _c,

а их сумма равна нулю, т. е.

I _a + I _b + I _c = 0.

Дата добавления: 2013-12-14