Соединение в трехфазных цепях звездой с нулевым проводом

Основные схемы соединения трёхфазных цепей. Соотношения между линейными и фазными величинами.

Существует пять способов соединения трёхфазного генератора и трёхфазной нагрузки. Рассмотрим их все поочерёдно.

Звезда – звезда с нулевым проводом (рис. 10)

В этой схеме и обмотки генератора и нагрузки соединены звездой и имеется нулевой провод.

Рис. 10. Схема соединений звезда – звезда с нулевым проводом

Рассмотрим все обозначения, принятые в трёхфазных цепях.

Нулевой провод– провод, соединяющий нулевую точку генератора О и нулевую точку нагрузки О`. Ток текущий по нулевому проводу называютнулевым токоми обозначаютÍ₀.

Линейный провод– провода, соединяющие точки А, В, С генератора и соответствующие точки а,b, с нагрузок.

Токи, текущие по линейным проводам, называют линейными токамии обозначаютÍ_A,Í_B,Í_C. Положительное направление линейных токов всегда от генератора к нагрузке. Направление нулевого токаÍ₀всегда от нагрузки к генератору.

Модуль линейного тока обозначается I_Л, модуль тока нулевого проводаI₀.

Зажимы А, В, С генератора не схеме всегда обозначается большими буквами, зажимы а, b, с нагрузок – маленькими.

Между точками А и О, В и О, С и О – фазныеЭДС генератора Е́_А, Е́_В, Е́_Ссоответственно. Между зажимами А, В, С – линейные ЭДС генератора Е́_АВ, Е́_ВС, Е́_СА.

Напряжение между точками а и о`, bи о`, с и о` называютфазными напряженияминагрузки и обозначаютÚ_A,Ú_B,Ú_C. Модуль фазного напряжения обозначаетсяU_ф.

Напряжения между точками а, b, с нагрузки, т. е. между линейными проводами в месте присоединения нагрузки, называетсялинейным напряжениемнагрузки и обозначаютсяÚ_AВ,Ú_BС,Ú_CА. Модуль линейного напряжения –U_Л.

Каждую из трёх обмоток генератора называют фазой генератора, каждую из трёх нагрузок –фазой нагрузки. Токи, протекающие по фазам генератора, называютфазовыми токамигенератора. Токи, протекающие по фазам нагрузки, называютфазовыми токаминагрузки. Модуль фазового тока обозначаетсяI_ф.

Нагрузка называется равномернойилисимметричной, когда во всех фазах включена одинаковая нагрузка по величине и по характеру.

Для генератора и равномерной нагрузки справедлива векторная диаграмма рис. 11.

Рис. 11. Векторная диаграмма

(3)

Для данной схемы соединения звезда – звезда с нулевым проводом в фазах генератора и нагрузки течёт тот же ток, что и в линейном проводе.

Отдельно запишем соотношение между линейными и фазными величинами для генератора и нагрузки.

(4)

(5)

(6)

(7)

Звезда – звезда без нулевого провода (рис. 12)

Рис. 12. Схема соединений звезда – звезда без нулевого провода

(8)

(9)

(10)

(11)

Звезда – треугольник (рис. 13)

В данной схеме обмотки генератора включены звездой, а нагрузки треугольником.

В этой схеме кроме линейных токов нагрузок Í_A,Í_B,Í_C появляются фазные токи нагрузокÍ_ab,Í_bc,Í_ca, протекающие по треугольнику нагрузок.

Рис. 13. Схема соединения звезда — треугольник

При равномерной нагрузке фазные токи нагрузок Í_ab,Í_bc,Í_caобразуют равносторонний треугольник (рис. 14):

Рис. 14. Фазные токи нагрузок

Для узлов а, b, с по первому закону Кирхгофа можно записать:

Изобразим векторную диаграмму согласно выражению (12), т. е. сложим вектор Í_ab с вектором — Í_ca, что показано на рис. 15. Сумма этих векторов равна линейному токуÍ_A.

Рис. 15. Векторная диаграмма

Между фазными токами нагрузок Í_ab,Í_bc,Í_caпри равномерной нагрузке углы 120°. На векторной диаграмме фазные токиÍ_ab,Í_bcи линейный токÍ_A образуют равнобедренный треугольник, в котором углы между фазными токами нагрузок и линейным током равны 30°.

Это справедливо и для выражений (13) и (14).

Тогда можно обобщить (рис. 16):

Рис. 16. Соотношение между линейным и фазным токами

Для рис. 16 можно записать:

(15)

Таким образом для схемы звезда – треугольник при равномерной нагрузке соответствия между линейными и фазными величинами выглядят следующим образом:

(16)

(17)

(18)

(19)

Источник

20. С оединение звездой в трехфазной цепи с нулевым проводом. Роль нулевого провода.

Если концы всех фаз генератора соединить в общий узел, а начала фаз соединить с нагрузкой, образующей трехлучевую звезду сопротивлений, получится трехфазная цепь, соединенная звездой. При этом три обратных провода сливаются в один, называемый нулевым или нейтральным. Провода, идущие от источника к нагрузке называют линейными проводами, провод, соединяющий нейтральные точки источника N_и приемника N’ называют нейтральным (нулевым) проводом.

Напряжения между началами фаз или между линейными проводами называют линейными напряжениями. Напряжения между началом и концом фазы или между линейным и нейтральным проводами называются фазными напряжениями. Токи в фазах приемника или источника называют фазными токами, токи в линейных проводах — линейными токами. Так как линейные провода соединены последовательно с фазами источника и приемника, линейные токи при соединении звездой являются одновременно фазными токами. I_л = I_ф.

Z_N — сопротивление нейтрального провода. Линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений

На рисунке изображена векторная диаграмма фазных и линейных напряжений симметричного источника.

Из векторной диаграммы видно, что

При симметричной системе ЭДС источника линейное напряжение больше фазного в √3 раз.

Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока, которая представлена на рисунке. Таким образом, если имеется симметричная нагрузка, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазные печи, трехфазные трансформаторы и т. п., то к такой нагрузке подводятся только 3 провода. Потребители, включенные звездой с несимметричной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе.

21. Соединение звездой без нулевого провода при симметричной и несимметричной нагрузках.

При симметричной нагрузке.

Отключение нейтрального провода при I_N = 0 не приведет к изменению фазных напряжений, токов, углов сдвига фаз, мощностей и векторной диаграммы. Даже при отсутствии нейтрального провода фазные напряжения оказываются равными , т. е. тому напряжению, на которое рассчитаны фазы трехфазного приемника.

Из сказанного следует, что при симметричной нагрузке в нейтральном проводе нет необходимости, и при симметричной нагрузке нейтральный провод не применяется.

При несимметричной нагрузке.

Особенностью электрической цепи при несимметричной нагрузке является то, что она должна иметь обязательно нейтральный провод. Объясняется это тем, что при его отсутствии значения фазных напряжений приемников существенно зависят от степени несимметрии нагрузки, т. е. от значений и характера сопротивлений приемников различных фаз. Поскольку последние могут изменяться в широких пределах при изменении числа включенных приемников, существенно могут изменяться и фазные напряжения. На одних приемниках напряжение может оказаться значительно больше, а на других — меньше фазного напряжения сети , т. е. того напряжения, на которое рассчитаны приемники. А это недопустимо.

Источник