Соединение фаз нагрузки звездой

При соединении фаз генератора и нагрузки по схеме «звезда-звезда» (рис. 3.7) провод 0'0, соединяющий нулевую точку трехфазного источника с нулевой точкой приемника (рис. 3.7), называется нулевым или нейтральным. Существуют четырехпроводная (с нулевым проводом – ключ замкнут) и трехпроводная (без нулевого провода - ключ разомкнут) схемы соединения фаз трехфазной нагрузки.

Напряжение между нулевой точкой генератора и нулевой точкой приёмника называется напряжением смещения нейтрали . При условии, что потенциал нулевой точки генератора равен нулю, напряжение смещения нейтрали определяется по методу двух узлов

Фазные напряжения приемника при соединении фаз по схеме звезда определяются:

Линейные напряжения равны разности соответствующих фазных напряжений приемника:

Фазные токи определяются по закону Ома:

.

Ток нейтрального провода для четырехпроводных цепей определяется согласно первому закону Кирхгофа как сумма фазных токов:

При соединении фаз приемников по схеме «звезда» токи, протекающие по линейным проводам I_Л, равны токам в фазах приемника I_Ф

Схема с нулевым проводом. В случае, если сопротивление нулевого провода равно нулю (рис. 3.7- ключ замкнут), потенциалы нулевой точки генератора и приемника равны между собой Тогда фазные напряжения приемников равны соответствующим фазным напряжениям генератора при любых нагрузках фаз:

Наличие нулевого провода при неравномерной нагрузке фаз обеспечивает независимость режима работы одной фазы от другой.

Линейные напряжения будут связаны с фазными соотношением U_Л= U_Ф.

Фазные токи определяются по закону Ома: .

Ток нейтрального провода для четырехпроводных цепей определяется согласно первому закону Кирхгофа как сумма фазных токов:

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая неравномерной активной нагрузки R_а ≠ R_b ≠ R_c приведена на рис. 3.8.

В частном случае при симметричной нагрузке фаз приемника, когда Z_а=Z_b=Z_c = ze^jφ, ток в нулевом проводе нет:

так как

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая симметричной активной нагрузки R_а=R_b= R_c приведена на рис. 3.9.

Схема без нулевого провода. Потенциал нулевой точки приемника в схеме без нулевого провода (рис. 3.7- ключ разомкнут) отличается от потенциала нулевой точки генератора. Напряжение между этими точками - напряжение смещения нейтрали , которое определяется по методу двух узлов:

Фазные напряжения приемников в этом случае рассчитываются:

То есть фазные напряжения приемников отличаются от соответствующих фазных напряжений генератора на величину напряжения смещения нейтрали.

Линейные напряжения при любом распределении нагрузок между фазами сохраняют симметричный характер и остаются неизменными.

Фазные токи определяются по закону Ома: .

Сумма фазных токов в трехпроводной цепи равна нулю

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая неравномерной активной нагрузки R_а ≠ R_b ≠ R_c приведена на рис. 3.10.

В частном случае при симметричной нагрузке фаз приемника, когда Z_а= Z_b = Z_c = ze^jφ, напряжение смещения нейтрали будет равно нулю:

так как

То есть потенциал нулевой точки приемника и нулевой точки генератора равны. Тогда фазные напряжения приемников будут равны фазным напряжениям генератора, как и в схеме с нулевым проводом. Таким образом, в симметричной трехфазной системе нулевой провод оказывается лишним.

Соединение фаз нагрузки треугольником

При соединении фаз нагрузки по схеме «треугольник» (рис. 3.11) обеспечивается независимость работы фаз друг от друга, так как к фазам подводятся непосредственно линейные напряжения сети, то есть линейные напряжения равны соответствующим фазным напряжениям приемников: U_Л = U_Ф.

Линейные напряжения генератора одинаковы по модулю и сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120°. Учитывая это, можно записать:

По фазам приемника протекают фазные токи, положительное направление которых, как и направление фазных напряжений, от начала к концу фазы приемника. Фазные токи определяются по закону Ома:

.

По линейным проводам протекают линейные токи, положительное направление которых от генератора к нагрузке.

Линейные токи рассчитываются с помощью первого закона Кирхгофа:

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая неравномерной активной нагрузки R_аb ≠ R_bc ≠ R_ca приведена на рис. 3.12.

В частном случае при симметричной нагрузке фаз приемника, когда Z_а= Z_b = Z_c = ze^jφ, фазные токи нагрузки одинаковы по модулю и сдвинуты друг относительно друга по фазе на угол 120°.

 

Линейные токи при симметричной нагрузке также одинаковы по модулю и сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°. Это хорошо видно на векторной диаграмме (рис. 3.13), Причем линейные и фазные токи приемника при симметричной нагрузке связаны соотношением

I_Л= I_Ф.