Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были замкнуты в одну общую точку, а начала обмоток подключены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком 
. На фиг. 179 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0'). Обе точки 0 и 0' соединены проводом, который называется нулевым или нейтральным проводом. Остальные три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырехпроводной системой трехфазного тока.
|
Сравнивая несвязанную (фиг. 178) и четырехпроводную (фиг. 179) системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором — один нулевой провод. При работе по нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме трех токов:
Напряжения, измеренные между началами фаз генератора или потребителя и нулевой точкой или нулевым проводом, называются фазными напряжениями и обозначаются UA, UB, , UCили в общем виде Uф Часто задаются величины э. д. с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются
E A, E B, , E C или Еф. Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:
Напряжения, измеренные между началами фаз А и В, В и С. С и А генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются UAB , U вс , UCA или в общем виде Uл. Стрелки, поставленные на фиг. 179, показывают выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе — от потребителя к генератору.
Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение UAB . Так как положительные направления фазных напряжений UA, UB, и UC выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения UAB будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений UA и UB:
Иначе можно сказать, что мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. На фиг. 180 вычитание векторов заменено сложением векторов:
Из векторной диаграммы видно, что векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.
Зависимость между линейным и фазным напряжениями показана на фиг. 181:
|
Следовательно, при соединении звездой линейное напряжение в 
раз больше фазного напряжения.
|
В дальнейшем, говоря о напряжении в цепях трехфазного переменного тока, если не будет сделано оговорок, будем иметь в виду линейное напряжение.
|
Ток, протекающий по фазной обмотке генератора или потребителя, называется фазным током и обозначается в общем виде Iф. Ток, протекающий по линейному проводу, называется линейным током и обозначается в общем виде Iл.
Из фиг. 179 видно, что при соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е. Iл= Iф.
Рассмотрим случай, когда нагрузка в фазах потребителя одинакова как по величине, так и по характеру. Такая нагрузка называется равномерной или симметричной. Это условие выражается равенством:
Если предположить, что сопротивления проводов, соединяющих генератор с потребителем (линейных проводов), равны нулю, то напряжение на зажимах потребителя будет равно напряжению на зажимах генератора. Прибавляя к напряжению генератора падение напряжения в его фазных обмотках, получим фазные э. д. с. генератора.
На фиг. 182 дана векторная диаграмма токов, напряжений и э. д. с. при соединении звездой.
Нам известно уже, что в нулевом проводе должна протекать геометрическая сумма токов всех трех фаз. На фиг. 183 даны кривые изменения токов при равномерной нагрузке трехфазной системы. Так как нагрузка равномерна, то максимальные значения для всех трех синусоид тока одинаковы.
Возьмем момент а и, чтобы получить ток в нулевом проводе, сложим мгновенные значения токов всех трех фаз. В этот момент ток третьей фазы i3 равен нулю. Мгновенное значение тока в первой фазе равно i1 , причем этот ток направлен в одну сторону. Одновременно ток во второй фазе равен i2 , но этот ток направлен уже в другую сторону. Так как ток i1 равен току i2 , но оба они имеют противоположные направления, а ток i3 равен нулю, то сумма всех токов также равна нулю,
Сумма трех токов будет равна нулю в момент б.
В момент б ток первой фазы имеет максимальное положительное значение i1. В то же время токи второй и третьей фаз i2 и i3 которые равны между собой, имея отрицательное направление, в сумме равны току i1. Поэтому сумма трех токов снова равна нулю.
При рассмотрении любых других моментов мы также увидим, что при равномерной нагрузке сумма мгновенных значений токов трехфазной системы равна нулю. Следовательно, ток в нулевом проводе будет равен нулю. Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока, которая представлена схематически на фиг. 184. Таким образом, если имеем равномерную нагрузку, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазные печи и т. п., то к такой нагрузке подводятся только три провода.
Потребители, включенные звездой с неравномерной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе. К таким потребителям,
как, например, при осветительной нагрузке, подводятся четыре провода.
|
Пример 1. Имеется потребитель, сопротивления фаз которого равны: zA =5 ом, zB =10 ом, zC==20 ом. Потребитель соединен звездой и включен в сеть напряжением 380 в. Определить ток в нулевом проводе, если коэффициенты мощности фаз одинаковы, характер нагрузки по фазам также одинаков
.
Векторы э. д. с. обмоток генератора представляют собой симметричную систему: они равны по величине и сдвинуты один относительно другого по фазе на 120°.
Нулевая точка генератора на векторной диаграмме располагается в центре звезды фазных э. д. с. Нулевая точка потребителя, соединенного звездой при равномерной нагрузке, а также при неравномерной нагрузке, но при наличии нулевого провода, с достаточно малым сопротивлением находится в центре тяжести треугольника линейных напряжений. Обрыв нулевого провода во время работы трехфазного потребителя с неравномерной нагрузкой фаз влечет за собой перераспределение токов и напряжений. На этом вопросе остановимся подробнее.
Пусть имеется трехфазный потребитель (фиг. 186, а) с неравномерной активной нагрузкой фаз. Примем отношение сопротивлений фаз потребителя равным rА : rB :rC = 1 :2 : 3. Требуется определить положение нулевой точки потребителя.
При замыкании фазы А накоротко (фиг. 186, б) (rA=0) нулевая точка 0' совместится с точкой А векторной диаграммы. При этом напряжение на остальных двух фазах В и С увеличивается в 
раз, так как они окажутся включенными между линейными проводами. При обрыве фазы А (rА = 
) сопротивления фаз rB и rC будут включены последовательно между линейными проводами В и С (фиг. 186, в). Нулевая точка потребителя будет находиться на стороне ВС треугольника линейных напряжений в точке D, делящей сторону ВС в отношении rB: rC = 2:3. Можно доказать, что при изменении сопротивления фазы А от rА =0 до r= нулевая точка потребителя будет перемещаться по линии, соединяющей точки А и D.
Если произвести аналогичные рассуждения для фазы В, а затем для фазы С, то мы получим еще две линии: одну — BE, полученную в результате короткого замыкания и обрыва фазы В, другую — CF, полученную в результате короткого замыкания и обрыва фазы С. Линия BE делит сторону АС треугольника в отношении rА : rC = 1 :3. Линия CF делит сторону АВ треугольника в отношении rА : rB =1:2.
Точка пересечения прямых линий AD, BE и CF является нулевой точкой потребителя 
при данной нагрузке (фиг. 186, г).
Совершенно очевидно, что для определения положения нулевой точки достаточно рассмотреть случаи короткого замыкания и обрыва любых двух фаз.
Векторы 
представляют собой напряжения на
фазах потребителя. Как видно из диаграммы, при неравномерной нагрузке фазные напряжения потребителя различны по величине, причем величина фазного напряжения пропорциональна сопротивлению фазы.
Смещение нулевой точки потребителя, происходящее в результате неравномерной нагрузки, приводит к нежелательному явлению в осветительных сетях. Чем больше будет число и мощность ламп, включенных в фазе, тем меньше будет их сопротивление, тем меньше будет их фазное напряжение, тем слабее они будут гореть.
Нулевая точка звезды потребителя может находиться внутри треугольника линейных напряжений, совпадать с одной из его вершин, лежать на одной из его сторон и в некоторых случаях может находиться вне треугольника.
Между нулевыми точками генератора и потребителя при неравномерной нагрузке существует разность потенциалов (напряжение смещения нейтрали).
Мы рассмотрели явления, происходящие при неравномерной нагрузке фаз потребителя, включенного звездой без нулевого провода. С устройством нулевого провода отпадают все недостатки, вызванные неравномерной нагрузкой фаз. Осветительная нагрузка, включенная звездой, всегда требует наличия нулевого провода, так как даже равномерная нагрузка фаз в какой-то момент времени не гарантирует ее постоянства на продолжительное время.
5 Апрель, 2009 
53294 
Выполняется отправка...