5.3. Соединение звездой

Рис. 5. 2

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу.

Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной. Каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z.

Схема трехфазной системы изображена на рис. 5. 3.

Рис. 5. 3

 

На рис. 5. 3 показаны обмотки генератора, в которых индуктируются три сдвинутые по фазе ЭДС: Е₁, Е₂, Е₃; справа – подключенные к генератору приемники энергии: Z₁, Z₂, Z₃. Трехфазная шестипроводная система является неэкономичной из-за значительного числа проводов. Поэтому чаще всего применяют четырех - или трехпроводные системы.  

По закону электромагнитной индукции в катушках будут индуцироваться ЭДС равной амплитуды и частоты, отличающиеся друг от друга по фазе на 120°.

Рис. 5. 4

Эти три ЭДС можно изобразить на временной (рис. 5. 4) и векторной (рис. 5. 5) диаграммах.

 

Рис. 5. 5

 

Если ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде

e_A = E_m sin ω t, e_B = E_m sin (ω t – 120°), e_C = E_m sin (ω t – 240°).             5. 2

 

Из графика мгновенных значений (рис. 5. 4) следует

e_A + e_B + e_C = 0.                                                              5. 3

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис. 5. 5, а.

На диаграмме рис. 5. 5, а вектор Е_A направлен вертикально, так как при расчете трехфазных цепей принято направлять вертикально вверх ось действительных величин. Из векторных диаграмм рис. 5. 5 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

Е_А + Е_В + Е_С = 0.                                         5. 4

 

Систему ЭДС, в которой ЭДС фазы В отстает по фазе от ЭДС фазы А, а ЭДС фазы С по фазе – от ЭДС фазы В, называют системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора, то последовательность фаз изменится (рис. 5. 5, б) и будет называться обратной. Невыполнение одного из этих условий или обоих вместе является причиной несимметричного режима. Для получения трехфазной системы, необходимо определенным образом соединить ее цепи. Существуют два основных способа соединения: звездой и треугольником.

 5. 3. Соединение звездой

Отдельные фазы трехфазной системы принято обозначать латинскими буквами А, В и С. Этими же буквами обозначают начала обмоток генератора. Концы обмоток обозначают буквами X, Y и Z.

Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через ее начало и входит в нее через ее конец (рис. 4. 6). Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам присоединить провода, идущие к приемникам электрической энергии (у которых концы также соединены в общей точке СГ), то мы получим соединение звездой (рис. 5. 6).

Рис. 5. 6

 

Мы видим, что контуры, по которым замыкаются фазные токи, при таком соединении не изменятся. Следовательно, по общему обратному проводу будет протекать ток, равный сумме токов трех фаз:

.                                             5. 5

Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120°:

I_A = I_m sin ω t;    I_B = I_m sin (ω t – 120^o);    I_C = I_m sin (ω t – 240^o).          5. 6

Рис. 5. 7

 

Точка соединения концов обмоток генератора или концов нагрузок называется нулевой. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приемниками электроэнергии, называются линейными. Система трехфазного тока с нулевым проводом называется четырехпроводной. В цепях трехфазного тока вне зависимости от способа соединения различают два типа напряжений – линейные  и фазные – и два типа токов – линейные  и фазные. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным и нулевым проводом – фазным, для обозначения линейных напряжений будем пользоваться двойными индексами, а фазных – одинарными (см. рис. 5. 7). Токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в нагрузках фаз – фазными.

На первый взгляд, может показаться, что поскольку в нулевом проводе ток равен нулю, то этот провод можно совсем убрать, оставив только три линейных провода. Однако это, не всегда возможно. В случае несимметричной нагрузки отсутствие нулевого провода приведет к перераспределению фазных напряжений, в результате чего некоторые из них станут выше номинального (что недопустимо), а некоторые – ниже. Если при несимметричной нагрузке включить нулевой провод, то по нему будет протекать некоторый ток, а все фазные напряжения будут равны номинальному. Наличие нулевого провода обеспечивает равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке.

При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным, т. е. I_L = I_Ф.

По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n(N) имеем в комплексной форме

İ _N = İ _A + İ _B + İ _C.                                                                   5. 7

 

 

Рис. 5. 8

 

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.

Ú _AB = Ú _A – Ú _B; Ú _BC = Ú _B – Ú _C; Ú _CA = Ú _C – Ú _A.                             5. 8

 

Согласно этим выражениям на рис. 5. 8, а построена векторная диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична: U_AB, U_BC, U_CA равны по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение U_Л), и опережают, соответственно, векторы фазных напряжений U_A, U_B, U_C, (U_Ф) на угол 30°.

Действующие значения линейных напряжений можно определить графически по векторной диаграмме или по формуле, которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:

U_Л = 2 U_Ф cos 30°,

или

U_Л = U_Ф.                                                                      5. 9

 

Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношениями:

U_Л = 660 В; U_Ф = 380 В; U_Л = 380 В; U_Ф = 220 В; U_Л = 220 В; U_Ф = 127 В.

Наличие двух напряжений (линейного и фазного) является достоинством четырехпроводной линии.

Можно считать, что между нулевой точкой генератора и нулевой точкой приемника разность потенциалов отсутствует.

Соединение звездой без нулевого провода применяют при подключении обмоток трехфазных двигателей, а соединение с нулевым проводом при электрификации жилых домов. При электроснабжении жилых домов в них вводят четырехпроводной кабель. В квартиры же подается один нулевой провод и один линейный. При этом линейные провода чередуются от квартиры к квартире для того, чтобы наиболее равномерно загрузить сеть по фазам.

Рис. 5. 9. Схема электроснабжения жилого дома

 

Установка предохранителей в нулевом проводе на распределительных щитах категорически запрещена, так как при его перегорании фазные напряжения могут стать неравными, а это приводит к превышению номинального напряжения в некоторых фазах и выходу из строя осветительных и бытовых приборов.

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: