Работа № 5

Исследование симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной цепи переменного напряжения при соединении фаз источника и приемника по схеме "звезда".

Цель работы. Приобретение практических навыков соединения фаз приемников по схеме "звезда"; опытное исследование распределения токов, линейных и фазных напряжений при симметричных и несимметричных режимах работы трехфазной цепи; выяснение роли нейтрального провода.

Общие положения

Отдельные фазы трехфазных источников и приемников электрической энергии принято на практике соединять по схеме "звезда" или схеме "треугольник". Для получения соединения "звезда" концы отдельных фаз источника (приемника) электрически соединяют между собой. Образующаяся при таком соединении общая точка называется нейтралью источника (приемника). На электрических схемах нейтраль источника принято обозначать буквой N, а нейтраль приемника буквой n.

Передача электрической энергии от трехфазного источника, обмотки фаз которого соединены по схеме "звезда", к трехфазному приемнику, фазы которого также соединены по схеме "звезда", может осуществляться посредством трехпроводной (рис. 27) или четырехпроводной (рис. 28) воздушной или кабельной линии.

Рис. 27

Рис. 28

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 27) начала фаз источника A, B, C соединяются с помощью трех проводов линии электропередачи с начала ми фаз a, b, c трехфазного приемника. Нейтраль источника N и нейтраль приемника n при этом между собой непосредственно не соединены. В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 28), наряду с тремя проводами, соединяющими начала фаз источника и приемника, используется четвертый провод, соединяющий нейтраль источника N с нейтралью приемника n, получивший название нейтрального.

Трехфазные источники электрической энергии вырабатывают симметричную систему фазных напряжений, т.е. три одинаковых по величине фазных напряжения, сдвинутых по фазе во времени на одну треть периода. Симметрия фазных напряжений источника обуславливает симметрию его линейных напряжений, т.е. линейные напряжения, действующие между началами фаз источника, равны по величине и сдвинуты по фазе во времени на одну треть периода.

Напряжения на фазах трехфазного приемника, токи и мощности фаз, углы сдвига фаз между фазными напряжениями, фазными токами, между напряжениями и токами одноименных фаз зависят от величины активных, индуктивных и емкостных сопротивлений фаз приемника и от числа проводов линии, соединяющей трехфазный источник и трехфазный приемник.

В случае симметричного трехфазного приемника, для которого справедливы следующие три равенства: , , , в трехфазной цепи, как трехпроводной, так и четырехпроводной, устанавливается симметричный режим работы. В этом режиме напряжения на фазах приемника, токи в фазах, активные, реактивные и полные мощности фаз, углы сдвига фаз между фазными напряжениями, фазными токами, между напряжениями и токами одноименных фаз равны по величине. В нейтральном проводе ток отсутствует, т.е. нейтральный провод не используется и поэтому необходимость в нем в симметричном режиме работы трехфазной системы отпадает. Другими словами, передачу энергии от трехфазного источника симметричному трехфазному приемнику целесообразно осуществлять с помощью трехпроводной линии.

Если трехфазный приемник является несимметричным, т.е. сопротивления фаз отличаются или по величине, или по характеру, или одновременно и по величине и по характеру, то в трехфазной системе, как трехпроводной, так и четырехпроводной, устанавливается несимметричный режим работы. В несимметричном режиме работы как трехфазной трехпроводной системы, так и трехфазной четырехпроводной системы токи в фазах приемника, активные, реактивные и полные мощности фаз, углы сдвига фаз между токами, между токами и напряжениями одноименных фаз в общем случае различны по величине. Напряжения на фазах приемника в трехфазной трехпроводной цепи обрузуют несимметричную систему. Степень несимметрии напряжений фаз приемника определяется параметрами его фаз, т.е. величинами активных, индуктивных и емкостных сопротивлений. Несимметрия напряжений фаз приемника негативно сказывается на его работе и является недопустимой. Применение нейтрального провода, т.е. переход к трехфазной четырехпроводной системе, позволяет устранить несимметрию напряжений фаз приемника и, как следствие, улучшить рабочие характеристики приемника. Поэтому передача энергии от трехфазного источника несимметричному трехфазному приемнику осуществляется посредством четырехпроводной линии электропередачи.