Меню

При соединении нагрузки треугольником линейный ток равен фазному току



Трехфазные цепи при соединении треугольником

Особенности включения трехфазных систем треугольником. При соединении трехфазных систем треугольником также используются три гармо­нических напряжения (4.1), которые были рассмотрены в лекции 15. Однако соединение этих источников выполняется таким образом, что начало одной фазы соединяется с концом другой. На рис. 4.5а показано такое включение трех обмоток генератора и соответствующее ему включение источников напряжения .

Векторная диаграмма для, соединения обмоток генератора по схеме треугольника приведена на рис. 4.5, б. На этой диаграмме полагается, что вектора напряжений генератора имеют значения

(4.1)

т. е. генератор считается симметричным с прямым чередованием фаз.

При соединении нагрузок треугольником фазные напряжения будут равны линейным, а линейные токи равны геометрической разности двух фазных токов, подходящих к вершине треугольника нагрузок, как показано на рис. 4.6. При этом для положительных направлений токов справедливы следующие соотношения, которые устанавливают связь между линейными и фазными токами

(4.2)

Фазные токи рассчитываются по известным линейным напряжениям и проводимостям YAB, YBC, YCA фаз приемников

(4.3)

Если падения напряжений на проводах линий передачи малы, то можно считать, что напряжения генератора равны соответствующим напряжениям приемника, т. е. .

Из уравнений (26.2) также следует, что при любых значениях фазных токов для линейных токов справедливо выражение

(4.4)

Следует отметить, что включение нагрузок по схеме треугольника возможно при любом включении обмоток генератора, как по схеме треугольника, так и по схеме звезды. Однако, при включении генератора по схеме звезды фазные напряжения приемника будут равны линейным напряжениям генератора. При этом нулевая точка генератора не используется.

Рассмотрим некоторые частные режимы работы при включении нагрузок по схеме треугольника. К таким режимам относятся:

□ равномерная нагрузка фаз генератора;

□ неравномерная нагрузка фаз генератора;

□ обрыв одной фазы приемника;

□ обрыв двух фаз приемника;

□ обрыв линейного провода.

Короткое замыкание любой фазы приемника приводит к аварийному режиму, так как при этом замыкается накоротко одна из обмоток генератора, и поэтому недопустимо.

Равномерная нагрузка фаз генератора.При симметричной системе напряжений генератора, определяемых уравнениями (4.1) и одинаковой нагрузке фаз приемника (YAB = YBC = YCA = Yn) действующие значения токов в фазах равны между собой, поэтому линейные токи связаны с фазными токами соотношением

(4.5)

Токи в фазах приемника определяются по формулам (4.3) и при равенстве проводимостей имеют значения

Векторная диаграмма для равномерной нагрузки фаз генератора приведена на рис. 4.7а.

Неравномерная нагрузка фаз генератора.Неравномерная нагрузка фаз генератора является наиболее распространенным режимом работы трехфазной системы. Неравномерная нагрузка характеризуется различными значениями проводимостей, включенных в приемнике, т. е. YAB = YBC = YCA. Действующие значения токов в фазах приемника при неравномерной нагрузке и симметричном генераторе про­порциональны проводимостям нагрузки и определяются по формулам (26.3).

Векторная диаграмма для неравномерной нагрузки фаз генератора приве­дена на рис. 4.7б. Линейные токи при неравномерной нагрузке фаз можно определить по формулам (4.2).

Обрыв одной фазы приемника. При обрыве одной фазы приемника ток в ней будет равен нулю. Токи в других фазах приемника не изменятся, так как не изменятся фазные напряжения.

В линейном проводе, не связанном с оборванной фазой, ток также не изменится. Линейные токи двух других фаз станут равными фазным токам.

Например, при обрыве фазы А-В приемника ток IAВ = 0, а токи других фаз не изменятся. Линейные токи в этом случае будут иметь следующие значения

. (4.7)

Векторная диаграмма обрыва фазы А-В приведена на рис. 4.7, в.

Обрыв двух фаз приемника. При обрыве двух фаз приемника ток в них будет равен нулю. Ток в неповрежденной фазе не изменится, так как напряже­ние на ней сохранится неизменным.

Ток в линейном проводе, подходящем к оборванным фазам, будет равен нулю. Токи в других линейных проводах станут равны фазным токам.

Так, например, при обрыве фаз А-В и В-С фазные токи IАВ = IBC = 0, а линейные токи примут значения

(4.8)

Векторная диаграмма токов и напряжений при обрыве двух фаз приемник приведена на рис. 4.7, г.

Читайте также:  Расчеты мощности в сетях переменного тока

Обрыв линейного провода. При обрыве линейного провода трехфазная система превращается в однофазную. При этом напряжение и ток в фазе, не связанной с оборванным линейным проводом, останутся без изменений.

Две другие фазы, связанные с оборванным линейным проводом, оказываются соединенными последовательно и подключенными параллельно первой фазе.

Так, например, при обрыве линейного провода А фазы А-В и В-С будут включены последовательно и подключены параллельно фазе В-С, напряжение на которой равно UBC.

Токи в фазах определяются уравнениями

Векторная диаграмма токов и напряжений при обрыве линейного провода приведена на рис. 4.7, д.

Трехфазная система звезда — треугольник. Выше было сказано, что способ соединения обмоток генератора не предопределяет способ соединения нагрузок. Поэтому на практике к трехфазному генератору, включенному по схеме звезды, можно подключить нагрузку, соединенную по схеме треугольника. Схема подобного подключения приведена на рис. 4.8.

Из этой схемы следует, что каждое плечо треугольника оказывается включенным на линейное напряжение генератора; соединенного по схеме звезды. Поскольку линейное напряжение в 3 раза больше фазного, то токи в фазах симметричного приемника также вырастут в 3 раза. В общем случае их можно определить по формулам

(4.9)

При расчете от системы звезда-треугольник можно перейти к системе звезда-звезда. При таком преобразовании можно использовать эквивалентность схем звезды и треугольника, при которой сохраняются все напряжения и токи на внешних зажимах этих схем. Такое преобразование приводит в общем случае к эквивалентным сопротивлениям схемы звезды

(4.10)

Из уравнений (4.10) получим, что для симметричного треугольника с проводимостями YΔ можно найти сопротивления эквивалентной звезды

(4.11)

откуда следует, что сопротивления эквивалентной звезды для симметричной схемы в три раза меньше сопротивлений треугольника.

Следует отметить, что хотя в результате такого преобразования получается система звезда-звезда, ввести в нее нулевой провод нельзя, так как в реальной схеме этого соединения нет и при введении нулевого провода получается схема, отличная от исходной.

Пример 2. Требуется определить линейные токи в нагрузке, соединенной треугольником, которая подключена к симметричному трехфазному генератору с линейным напряжением Ел = 220 В. Сопротивления фаз приемника имеют значения: ZAB = ZBC = 50 Ом, ZCA = (30 + j40) Ом. Схема соединений генератора t нагрузкой приведена на рис. 4.9, а.

Решение. Приемник с такими нагрузками относится к разряду схем с неравномерной нагрузкой фаз генератора. Для определения линейных токов в такой схеме можно воспользоваться уравнениями (4.2), в которые входят фазные токи, определяемые по уравнениям (4.3). В связи с этим, определим вначале фазные токи, пользуясь уравнениями (4.3)

Далее с помощью формул (4.2) определим линейные токи

Сумма линейных токов в цепи

что подтверждает корректность решения. Векторная диаграмма токов и напряжений в схеме приведена на рис. 4.9б.

Источник

Значения напряжения, тока и мощности при соединениях звездой и треугольником

Открытие великим Фарадеем закономерности: при пересечении проводником силовых линий магнитного поля, в проводнике наводится электродвижущая сила, вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник, — послужило основой для создания электрогенераторов с вращающимся ротором — магнитом. ЭДС наводится при этом в обмотках статора (смотрите — Практическое применение закона электромагнитной индукции Фарадея).

Получаемые напряжения могут быть самые разные: все зависит от конструкции генератора, от числа обмоток в статоре и способах их соединения. Однако в практической электротехнике самое широкое распространении получила трехфазная система синусоидального тока, предложенная выдающимся русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1888 году (через 57 лет после открытия Фарадея).

Из всех многофазных систем трехфазная обеспечивает наиболее экономичную передачу электрической энергии на дальние расстояния и позволяет создать надежные в работе и простые по устройству генераторы, электродвигатели и трансформаторы. Но и три обмотки могут быть соединены двумя способами: «треугольником» (рис. 1) и «звездой» (рис. 2).

Схема соединения треугольником

схема соединения звездой

Фазным называют напряжение Uф создаваемое одной обмоткой, линейным Uл — напряжение между двумя линейными проводами. Другими словами, фазное напряжение — это напряжение между каждым из линейных проводов и нулевым проводом.

Читайте также:  Аппарат для диадинамических токов

При соединении симметричного генератора в звезду линейное напряжение по значению в 1,73 раз больше фазного, т.е. Uk = 1,73•Uф. Это следует из того, что Uл — основание равнобедренного треугольника с острыми углами по 30°: Uл = UАВ = Uф 2 cos 30° = 1,73•Uф.

При соединении и нагрузки в звезду соответствующий линейный ток равен фазному току нагрузки. Если трехфазная нагрузка симметричная, то ток в нулевом проводе будет равен 0. В этом случае надобность в нулевом проводе вообще отпадает и трехфазная цепь превращается в трехпроводную. Это соединение называют «звезда-звезда без нулевого провода». При симметричной нагрузке фаз линейные токи по величине в 1,73 больше фазных токов, Iл = 1,73•3Iф.

При соединении трехфазного генератора звездой используются два напряжения, что выгодно отличает это соединение от соединения треугольником. Но при соединении нагрузки треугольником все фазы находятся под одним и тем же по числовому значению линейным напряжением независимо от сопротивления фаз, что важно для осветительной нагрузки — ламп накаливания.

Трехфазная система с нулевым проводом применяется для питания приемников двух напряжений, различающихся в 1,73 раз, например, лапм, включаемых на фазное напряжение, и двигателей, включаемых на линейное напряжение.

Номинальное напряжение определяется конструкцией генераторов и способом соединения его обмоток.

На рисунке 3 показаны зависимости, определяющие значение мощности для цепи переменного тока при соединениях звездой и треугольником.

Зависимости, определяющие значение мощности для цепи переменного тока при соединениях звездой и треугольником

По виду формулы одинаковы, казалось бы нет ни выигрыша, ни проигрыша в мощности для этих двух разновидностей электроцепей. Но не спешите с выводами.

При пересоединении из треугольника в звезду на каждую фазную обмотку приходится в 1,73 раза более низкое напряжение, хотя напряжение в сети остается прежним. Уменьшение напряжения приводит к уменьшению и тока в обмотках в те же 1,73 раза. И еще — при соединении в треугольник линейный ток был в 1,73 раза больше фазного, а теперь эти токи равны. В итоге линейный ток при пересоединении в звезду уменьшился в 1,73 • 1,73 = 3 раза.

Новую мощность вычисляют действительно по той же формуле, но подставляя иные величины!

Асинхронные электродвигатели

При пересоединении электродвигателя с треугольника на звезду и питании его от той же сети мощность, развиваемая этим двигателем, снижается в 3 раза. При переключении со звезды на треугольник обмоток генераторов или вторичных обмоток трансформаторов напряжение в сети понижается в 1,73 раза, например, с 380 до 220 В.

Мощность генератора или трансформатора остается прежней, потому что напряжение и ток в каждой фазной обмотке сохраняются, хотя ток в линейных проводах возрастает в 1,73 раза. При переключении обмоток генераторов или вторичных обмоток трансформаторов с треугольника на звезду происходят обратные явления: линейное напряжение сети повышается в 1,73 раза, токи в фазных обмотках остаются теми же, токи в линейных проводах уменьшаются в 1,73 раза.

Источник

105. Соединение треугольником

Кроме соединения звездой, генераторы или потребители трехфазного тока могут включаться треугольником.

На фиг. 187 представлена несвязанная трехфазная система. Объединяя попарно провода несвязанной шестипроводной системы и соединяя фазы, переходим к трехфазной трехпроводной системе, соединенной треугольником.

Как видно из фиг. 188, соединение треугольником выполняется таким образом, чтобы конец фазы А был соединен с началом фазы В, конец фазы В соединен с началом фазы С и конец фазы С соединен с началом фазы А. К местам соединения фаз подключаются линейные провода.

Если обмотки генератора соединены треугольником, то, как видно из фиг. 188, линейное напряжение создает каждая фазная обмотка. У потребителя, соединенного треугольником, линейное напряжение подключается к зажимам фазного сопротивления. Следовательно, при соединении треугольником фазное напряжение равно линейному:

Определим зависимость между фазными и линейными токами при соединении треугольником, если нагрузка фаз будет одинакова по величине и характеру. Составляем уравнения токов

Отсюда видно, что линейные токи равны геометрической разности фазных токов. При равномерной нагрузке фазные токи одинаковы по величине и сдвинуты один относительно другого на 120°. Производя вычитание векторов фазных токов согласно полученным уравнениям, получаем линейные токи (фиг. 189). Зависимость между фазными и линейными токами при соединении в треугольник показана на фиг. 190.

Читайте также:  Блуждающие токи стальной трубопровод

Следовательно, при равномерной нагрузке, соединенной треугольником, линейный ток в раз больше фазного тока.

На фиг. 191 дана векторная диаграмма токов н напряжений при равномерной активно индуктивной нагрузке, соединенной треугольником. Построение диаграммы производится следующим образом. В выбранном масштабе строим равносторонний треугольник линейных напряжений сети UАB , UBC, и UАС, : которые равны фазным напряжениям потребителя. В сторону отставания под углами к линейным напряжениям UАB , UBC, и UCA строим в масштабе векторы фазных токов IАB , I BC, и I CA • Затем, как было указано раньше, определяем линейные токи IА , I B, и I C

Пример 2. Линейное напряжение, подводимое к трехфазному электродвигателю, равно 220 в. Обмотка двигателя имеет полное сопротивление г, равное 10 ом. Определить токи в линейных проводах и в обмотке двигателя, если последняя соединена треугольником (фиг. 192, а).

Так как при соединении треугольником UЛ = Uф , то

Изоляция фазы двигателя рассчитана на напряжение 220 в, а сечение фазной обмотки рассчитано по нагреву на ток 22 а.

При соединении треугольником =22-1,73=38 а.

Тот же двигатель можно включить и на линейное напряжение 380 в, переключив обмотки двигателя звездой (фиг. 192, б).

В двигателях и других потребителях трехфазного тока в большинстве случаев наружу выводят все шесть концов трех обмоток, которые по желанию можно соединять либо звездой, либо треугольником. Обычно к трехфазной машине крепится доска из изоляционного материала (клеммная доска), на которую и выводят все шесть концов.

На фиг. 193 показана схема присоединения контактов на клеммной доске к концам обмоток трехфазной машины. Медные перемычки позволяют легко менять схему включения обмоток.

Если у нас есть двигатель, на паспорте которого написано 127/220 в, значит этот двигатель можно использовать на два на пряжения: 127 и 220 в.

Если линейное напряжение равно 127 в, то обмотки двигателя необходимо включить треугольником (фиг. 193, б). Тогда обмотка фазы двигателя попадает под напряжение 127 в. При напряжении 220 в обмотки двигателя нужно включить звездой (фиг. 193, а), тогда обмотка фазы также будет под напряжением 127 в.

Источник

Линейные и фазные токи, схема звезда и треугольник — отличия

Линейные и фазные токи 1

Трехфазной системой переменного электрического тока называют связную совокупность 3-х цепей, в которых имеются синусоидальные ЭДС равной частоты, сдвинутые на одну треть периода по фазе (или 120 градусов), и сформированные одним источником энергии.

В качестве источника, обычно выступает генераторная установка. Практически абсолютное большинство генераторных установок, установленных на современных электростанциях, являются источниками 3-х-фазного тока.

Отдельную цепь данной системы именуют фазой, а систему 3-х сдвинутых по фазе электрических токов принято называть трехфазным.

Так, токи, протекающие в каждой фазе, именуют фазными и условно обозначают IА, IB, IC либо условно Iф. Токи в ветвях нагрузки именуют линейными. Их величина обуславливается величиной фазных напряжений, типом нагрузки. При сугубо активной нагрузке токи идентичны с напряжениями по фазе, а при индуктивной либо емкостной нагрузке, токи могут опережать или отставать от напряжения.

В традиционных электросетях имеет место 2 метода соединения:

Линейные и фазные токи 2

При соединении ветвей схемы треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой, т.е. получается замкнутый контур. Для каждого узла схемы выполняется баланс – сумма входящих токов равна сумме исходящих. При таком подключении и симметричной нагрузке выполняется соотношение:

При соединении ветвей элементов схемы звездой все окончания обмоток фаз подключают в один узел 0. Ввиду того, что фазы генератора соединяются последовательно с фазами электроприемников (нагрузки), то линейные токи по величине равны фазным:

Как видим, при соединении фаз, используя метод треугольника, токи разнятся между собой в в 1,72 раза, а при подключении звездой остаются одинаковыми. При этом следует помнить, что соединении фаз генератора может быть выполнено звездой, а приемников – треугольником, и, следовательно, имеет место обратная зависимость. Вследствие чего, в зависимости от требующегося значения напряжения используется та либо иная схема подключения фаз генератора, нагрузки.

Источник