Меню

От чего зависит способ включения приемника энергии в сеть трехфазного тока



От чего зависит способ включения приемника энергии в сеть трехфазного тока

§ 64. Включение нагрузки в сеть трехфазного тока

В предыдущем параграфе было отмечено, что трехфазный ток передается по трем или четырем линейным проводам. Как при четырехпроводной, так и при трехпроводной системе потребители энергии могут быть включены в сеть звездой и треугольником.
При четырехпроводной системе приемники подключаются одним концом к линейному проводу, а другим — к нулевому, образуя схему «звезда».
Выше было установлено, что при соединении обмоток звездой в случае равномерной нагрузки соотношения между линейными и фазными значениями напряжений и токов будут:

Ток нулевого провода, равный геометрической сумме токов трех фаз, т. е. . при равномерной нагрузке, как мы отметили выше, равен нулю. Следовательно, в этом случае в нулевом проводе ток протекать не будет и надобность в этом проводе отпадает. Так, например, трехфазные двигатели переменного тока включаются в сеть звездой без нулевого провода.
При неравномерной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю и этот провод приходится сохранять, хотя его и выполняют обычно меньшего, чем линейные провода, поперечного сечения. В случае отсутствия нулевого провода или его обрыва при неравномерной нагрузке возникает резкое изменение напряжений. Так, например, если нагрузки в одной фазе (А) нет, в двух других фазах (В и С) они равны и отсутствует нулевой провод, то нагрузки в фазах В и С окажутся включенными последовательно на линейное напряжение, которое равномерно распределится между ними (из условия равенства нагрузки).
Следовательно, сопротивления нагрузки в фазах В и С окажутся под напряжением, равным половине линейного напряжения, т. е.

а напряжение фазы А окажется равным UA = 1,5Uф.
Таким образом, отключение нулевого провода при неравномерной нагрузке недопустимо. Поэтому нулевой провод выполняют всегда «глухим», т. е. в цепь его не устанавливается предохранителей, выключателей и т. д.
При включении нагрузок в сеть трехфазного тока треугольником каждая группа нагрузки окажется включенной между двумя линейными проводами. Как было установлено выше, соотношения между линейными и фазными значениями напряжений и токов при соединении приемника энергии треугольником будут: (при равномерной нагрузке).
Очень ценным свойством четырехпроводной системы является возможность получения двух различных напряжений. Так, если включить приемники энергии между линейными проводами и нулевым проводом, т. е. звездой, то они окажутся включенными на фазные напряжения. Если другую группу приемников соединить треугольником, то они будут включены только между линейными проводами и окажутся под линейным напряжением, большим в раз фазного.
Четырехпроводная система широко используется для электроснабжения смешанных осветительно-силовых нагрузок.
Осветительные нагрузки включают на фазное напряжение, а силовые нагрузки (электродвигатели) — на линейное. Для каждой из фаз трехфазной системы справедливы законы цепи однофазного переменного тока. Сила тока в фазе

где Uф, Zф, rф — соответственно напряжение, полное и активное сопротивления рассматриваемой фазы.

Источник

Варианты подключения трехфазной нагрузки

3-х фазные трансформаторы, электродвигатели и другие электроприемники подключаются к выводам генераторов по схеме звезды (γ) либо треугольника (Δ). При этом учитываются следующие особенности:

— линейные и фазные величины напряжений генератора отличаются в 1,732 раза. Uл=√3Uф; — конструкция электроприемника выполнена для работы с определенным напряжением, называемым номинальным. Его требуется подключать к соответствующим выходным цепям генератора.

Именно поэтому, необходимо выбирать оптимальное соотношение между номинальными величинами напряжений генератора и нагрузки при выборе схемы соединения фаз.

При равенстве номинального напряжения нагрузки, фазным значениям генератора выбирается схема звезды. При этом способе выхода с обмоток приемника подключаются к общей точке «N», которую именуют нейтральной либо нулевой.

Входы с обмоток (начала фаз) коммутируют к линейным клеммам 3-х фазного генератора A, B и C соединительными проводниками.

Варианты подключения по схеме звезда:

Варианты подключения по схеме звезды

В соединительных проводах между генератором и приемником протекают токи. Их называют линейными токами.

В обмотках приемников тоже протекают токи, которые получили название фазных. Их направление от начала (входа в обмотку) к концу (выходу) считается положительным (+).

При последовательном подключении фаз нагрузки к линейным проводам генератора в образовавшейся цепи циркулируют одни и те же электротоки IА, IВ и IС. Они в схеме звезды равны для линии и обмоток приемника, другими словами: Iл= Iф.

У схемы звезды с нулевым проводом в нейтрали протекает нулевой (не значит, что его значение равно нулю) или нейтральный ток, обозначаемый IN.

Возникающую при прохождении тока разность потенциалов между началом и окончанием каждой обмотки в приемнике называют фазным напряжением, обозначают UАN, UBN и UCN.

Читайте также:  Регулировка тока в эпра

Разности потенциалов между точками подключения начала фаз называют линейными напряжениями, обозначают UАВ, U и U. Их значения одинаковы для генератора и нагрузки.

У электроприемников схемы звезды с нулевым проводником для любой обмотки подключается соответствующее фазное напряжение от генератора. Оно обозначается для фазы:

Любая фаза работает самостоятельно, не зависит от других. В ней токи (линейные или фазные) определяют формулой по закону Ома:

Первый закон Кирхгофа позволяет определить ток в нейтральном проводе как геометрическую сумму линейных либо фазных токов выражением: IN=IA+IB+IC.

При равных и симметричных нагрузках (ZA=ZB=ZC) величина тока в нейтральном проводе равна нулю. IN=0. Поэтому, симметричные 3-х фазные электроприемники (электродвигатели) подключают без нейтрального провода.

Для случая нарушения симметрии нагрузки характерно появление в нулевом проводнике тока, величина которого определяется отличиями от симметричных составляющих.

Такие отклонения снижают на стадии проекта и производства, чем и объясняются незначительные величины токов в нулевом проводе по сравнению с фазными/линейными значениями.

Описываемые 1-м законом Кирхгофа соотношения токов для любых нагрузок схем звезды без нулевого провода (IA+IB+IC=0) определяют взаимозависимость векторов.

Изменение одного любого вектора ведет к одновременному преобразованию остальных, чем проявляется зависимость режима. Ток нейтрали формирует разность потенциалов с величиной отличной от нуля.

На комплексной плоскости напряжение нулевой последовательности изображается вектором Un, смещающим центральную точку соединения векторов фазных напряжений для приемника (UАN, UВN, UСN), которые теряют равенство с фазными напряжениями генератора (UА, UВ, UС). Возникает перекос с фазными напряжениями у приемника.

Комплексная плоскости напряжения нулевой последовательности

Способ расчета векторов тока и напряжения для схемы звезды без нулевого провода. Методом 2-х узлов вычисляются параметры смещения нейтральной точки для вектора напряжения нейтрали (UN):

Расчеты фазных токов внутри приемника

ZN – значение комплексного сопротивления нейтрального провода. Для схемы без нулевого провода ZN=∞.

Определение фазных напряжений основано на вычислении разности потенциалов между началами и окончаниями обмоток:

Расчеты фазных токов внутри приемника производятся на основе закона Ома:

Формулы для расчета полной мощности в фазах

Величина тока в нейтральном проводнике вычисляется геометрической суммой входных линейных/фазных токов на основе 1-го закона Кирхгофа:

Формулы для расчета полной мощности в фазах:

При разных нагрузках в фазах возникает перекос напряжений в схеме, который может привести к неисправностям. Поэтому, эксплуатировать такие нагрузки в схемах электроприемников без нулевого провода (часто это коммутируемые цепи освещения, обогрева и др.) запрещено.

Способ расчета векторов тока и напряжения для схемы треугольника. При равенстве значений номинальных напряжений электроприемника величинам линейных напряжений генератора используется схема треугольника.

Для ее создания в приемнике выход одной обмотки подключается ко входу другой с выводом точки коммутации (являющейся вершиной треугольника) на клемму для соединения проводами с линейным выводом 3-х фазного генератора. Так формируются подключения к фазам А, В, С.

Расчет векторов тока и напряжения для схемы треугольника

В обмотках такого приемника проходят фазные токи IАB, IBC, I. А токи, подводимые к приемнику от генератора по проводам, называют линейными. Их обозначают IА, IB, IC.

Для рассматриваемой цепи выполняется равенство подводимых напряжений с линии фазным напряжениям приемника UАB, UBC, U. Каждая отдельная фаза работает самостоятельно без зависимости от остальных.

Расчет фазных токов проводится по закону Ома:

Расчет фазных токов по закону Ома

Вектора линейных токов описываются 1-м законом Кирхгофа в точках вершин треугольника и вычисляются как геометрическая разность векторов в фазах:

Для симметричного режима нагрузок выполняется симметричность фазных и линейных токов, которые определяются соотношением Iл=√3Iф. При несимметричном режиме нагрузок соотношения векторов линейных и фазных описываются 1-м законом Кирхгофа.

Примерное соотношение векторов для произвольной 3-х фазной цепи, работающей по схеме треугольник на комплексной плоскости, представлено на векторной диаграмме.

Источник

Соединение приемников энергии треугольником

Соединение приемников энергии треугольником При соединении приемников энергии треугольником (рис. 6-11) каждая фаза приемника присоединяется к линейным проводам, т. е. включается на линейное напряжение, которое одновременно будет и фазным напряжением приемника:

Таким образом, изменение сопротивления фаз не влияет на фазные напряжения.

Направления линейных токов от генератора к приемнику примем за положительные (рис. 6-11). Направления фазных токов от А’ к В’, от В’ к С‘ и от С’ к А’ также примем за положительные.

Согласно первому правилу Кирхгофа для мгновенных значений токов для узла А’ можно написать:

Аналогично для узла В’:

Рис. 6-11. Соединение приемников треугольником

Следовательно, мгновенное значение любого линейного тока равно алгебраической разности мгновенных значений токов тех фаз, которые соединены с данным проводом.

Читайте также:  Высокий ток зарядки в телефоне

Векторная диаграмма при соединении приемников треугольником

Рис. 6-12. Векторная диаграмма при соединении приемников треугольником.

Вектор любого линейного тока находится как разность векторов соответствующих фазных токов:

На рис. 6-12 дана векторная диаграмма для трехфазной цепи при соединении приемников энергии треугольником. На этой диаграмме все векторы проведены из одного начала. На рис. 6-13 дана вторая диаграмма для той же цепи, на которой векторы напряжений образуют треугольник, а вектор каждого фазного тока проведен из одного начала с вектором соответствующего фазного напряжения.

Векторная диаграмма при соединении приемников треугольником

Рис. 6-13. Векторная диаграмма при соединении приемников треугольником.

Если при симметричной системе линейных напряжений нагрузка фаз равномерная, т. е.

то действующие значения фазных токов равны между собой и они сдвинуты по фазам на одинаковые углы от соответствующих напряжений (рис. 6-14) и, следовательно, на углы 120° один относительно другого. Следовательно, фазные токи представляют симметричную систему. Симметричную систему будут представлять и линейные токи (рис. 6-14).

Восстановив перпендикуляр из середины вектора линейного тока, например IА, получим прямоугольный треугольник OHM, из которого следует, что

Векторная диаграмма для цепи, соединенной треугольником при равномерной нагрузке фаз

Таким образом, при соединении приемников треугольником при равномерной нагрузке фаз линейные токи больше фазных в √3 раз.

Кроме того, из той же векторной диаграммы следует, что линейные токи отстают от соответствующих фазных токов на углы 30°.

Рис. 6-14. Векторная диаграмма для цепи, соединенной треугольником при равномерной нагрузке фаз.

При соединении приемников треугольником при равно мерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи сводится к расчету одной фазы.

В этом случае фазное напряжение UФ = UЛ Фазный ток IФ = UФ/zФ

во фазного напряжения определяются из выражений

Активная мощность одной фазы

P Ф = U Ф I Ф cosφ Ф Активная мощность трех фаз

P = 3P Ф = 3U Ф I Ф cos φФ = √3 UI cosφ

Реактивная мощность трех фаз

Q = 3U Ф I Ф sinφ Ф = √3 UI sinφ

Полная мощность трехфазной цепи

S = 3U Ф I Ф = √3UI

При неравномерной нагрузке фаз мощность трехфазной цепи о пределяется как сумма мощностей отдельных фаз.

Если приемники энергии соединены звездой и за положительное направление линейных токов вобрано направление от генератора к потребителю, то согласно первому правилу Кирхгофа для нейтральной точки можно написать:

Если приемники энергии соединены треугольником, то сумма линейных токов

iA + iB + iC = iAB iCA+ iBC iAB+ iCA iBC = 0

Следовательно, при любом способе соединения приемников алгебраическая сумма мгновенных значений линейных токов трехфазной трехпроводной цепи равна нулю.

Поэтому, например, намагничивающая сила трех жил трехфазного кабеля равна нулю и, следовательно, не происходит намагничивания стальной брони кабеля, применяемой для защиты от механических повреждений.

ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Электрические лампы изготовляются на номинальные напряжения 127 и 220 в, а трехфазные электродвигатели на номинальные фазные напряжения 127, 220 и 380 в и выше.

Способ включения приемника в сеть трехфазного тока зависит от линейного напряжения сети и от номинального напряжения приемника.

Лампы с номинальным напряжением 127 в включаются треугольником при линейном напряжении сети 127 в и звездой с нейтральным проводом при линейном напряжений сета 220 в. Лампы с номинальным напряжением 220 в включаются треугольником в сеть с линейным напряжением 220 в и звездой с нейтральным проводом в сеть с линейным напряжением 380 в.

Трехфазный электродвигатель включается треугольником в сеть, линейное напряжение которой равно номинальному фазному напряжению электродвигателя. Если линейное напряжение сети превышает в √3 раз номинальное фазное напряжение электродвигателя, то он включается звездой.

Статья на тему Соединение приемников энергии треугольником

Источник

№38 Способы соединения фаз трехфазных приемников.

Приемники трехфазного тока могут подключаться к генератору по двум схемам – звезды (y) и треугольника (Δ). Как известно, на выходе трехфазного генератора получаются два напряжение (линейное и фазное), отличающиеся в Uл/Uф = √3 раз. С другой стороны каждый приёмник энергии рассчитан на работу при определенном напряжении, которое называется номинальным. Схема соединения фаз приемника должна обеспечить подключение его фаз номинальное фазное напряжение. Таким образом, выбор схемы соединения фаз трехфазного приемника зависит от соотношения номинальных напряжений приемника и генератора (сети).

Схема звезды применяется в том случае, если номинальное напряжение приемника соответствует (равно) фазному напряжению генератора. При соединении в звезду концы фаз приемника объединяются в одну точку “n”, называемую нулевой или нейтральной, а начала фаз подключаются к линейным выводам трехфазного генератора А, В, С линейными проводами. Если нулевая точка приемника “n” соединена с нулевой точкой генератора “N” нулевым проводом, то схема получила название звезды с нулевым проводом (рис. 38.1а). При отсутствии нулевого провода схема носит название звезды без нулевого провода (рис. 38.1б).

Читайте также:  Фаза это ток или напряжение

Токи, протекающие в линейных проводах по направлению от генератора к приемнику, называются линейными.

Токи, протекающие в фазах приемника по направлению от начал к концам, называются фазными. В схеме звезды фазы приемника включены последовательно с линейными проводами и по ним протекают одни и те же токи (IA, IB, IC). Поэтому для схемы звезды понятия линейные и фазные токи тождественны: IЛ = IФ.

Ток, протекающий в нулевом проводе от приемника к генератору, называется нулевым или нейтральным (IN).

Напряжения между началами и концами фаз приемника называются фазными (UAn, UBn, UCn), а напряжения между началами фаз – линейными (UAB, UBC, UCA). Линейные напряжения приемника и генератора тождественно равны.

В схеме звезды с нулевым проводом (рис. 38.1а) к каждой фазе приемника подводится непосредственно фазное напряжение генератора (UAN = UAn = UA, UBN = UBn = UB, UCN = UCn = UC), каждая из фаз при этом работает независимо друг от друга, а линейные (фазные) токи определяются по закону Ома:

Ток в нулевом проводе в соответствии с первым законом Кирхгофа равен геометрической сумме линейных (фазных) токов:

При симметричной нагрузке ZA=ZB=ZC ток в нулевом проводе IN=0 и, следовательно, надобность в нeм отпадает. Симметричные трехфазные приемники (например, трехфазные электродвигатели) включаются по схеме звезды без нулевого провода.

При несимметричной нагрузке относительная величина тока в нулевом проводе зависит от характера и степени не симметрии фазных токов. Как правило, трехфазные приёмники стремятся спроектировать по возможности близкими к симметричным, поэтому ток в нулевом проводе в реальных условиях значительно меньше линейных (фазных) токов.

схеме звезды без нулевого провода (рис. 38.1б) при любой нагрузке фаз должно выполняться условие первого закона Кирхгофа:

Из уравнения следует вывод, что изменение одного из токов влечет изменение двух других токов, то есть отдельные фазы работают в зависимом друг от друга режиме. При несимметричной нагрузке потенциал нулевой точки приемника Un становится не равным нулю, он “смещается” на комплексной плоскости с нулевого положения, при этом фазные напряжения приемника (UAn, UBn, UCn) не равны соответствующим фазным напряжениям генератора (UA, UB, UC), происходит так называемый перекос фазных напряжений приемника (рис. 38.2).

Расчет токов и напряжений в схеме звезды без нулевого провода выполняется в следующей последовательности.

Определяется напряжение (потенциал) нейтральной точки приемника по методу двух узлов:

где ZN — комплексное сопротивление нулевого провода, при его отсутствии ZN=∞.

Фазные напряжения приемника определяются как разности потенциалов соответствующих точек:

UAn=UA-Un, UBn=UB-Un , UCn=UC-Un.

Фазные токи приемника определяются по закону Ома:

Комплексные мощности фаз приемника:

Режим работы приемника с перекосом фазных напряжений является ненормальным и может привести его к выходу из строя. По этой причине несимметричную трехфазную нагрузку запрещается включать по схеме звезды без нулевого провода (например, осветительную нагрузку).

Схема треугольника применяется в том случае, если номинальное фазное напряжение приемника соответствует (равно) линейному напряжению генератора. При соединении в треугольник конец каждой фазы соединяется с началом последующей, а точки соединения (вершины треугольника) подключаются к линейным выводам трехфазного генератора А, В, С линейными проводами (рис.38.3).

Токи, протекающие в фазах приемника по направлению от их начал к концам, называются фазными (IAB, IBC, ICA). Токи, протекающие в линейных проводах по направлению от генератора к приемнику, называются линейными (IA, IB, IC).

В схеме треугольника фазные и линейные напряжения приемника тождественно равны (UAB, UBC, UCA). В этой схеме к каждой фазе приемника подводится непосредственно линейное напряжение генератора, при этом отдельные фазы работают независимо друг от друга. Фазные токи определяются по закону Ома:

Линейные токи определяются из уравнений первого закона Кирхгофа для вершин треугольника, они равны геометрической разности фазных токов:

IA=IAB-ICA; IB=IBC-IAB; IC=ICA-IBC.

В симметричном режиме фазные и линейные токи симметричны, при этом отношение их модулей составляет IЛ/IФ = √3 .

При несимметричной нагрузке соотношение между линейными и фазными токами определяется уравнениями первого закона Кирхгофа. На рис. 38.4 показана векторная диаграмма токов и напряжений для произвольной трехфазной цепи при соединении фаз в треугольник.

Источник