3.3 Основные схемы соединения трехфазного генератора и нагрузки

Если к каждой фазе генератора при помощи двух проводов присоединить нагрузочные сопротивления, то образуется три электрически не связанные цепи однофазного синусоидального тока.

За положительные направления в трехфазных цепях принимают:

• для ЭДС – от концов фаз к началам;
• для токов – от генератора к нагрузке.

Несвязанные трехфазные цепи не нашли применения из-за их неэкономичности (большое число проводов). Практически в реальных трехфазных системах цепи отдельных фаз объединяются в общую систему по схеме «звезда» или «треугольник». При этом число соединительных проводов уменьшается до трех, четырех и возможны пять простейших способов соединения трехфазного генератора и нагрузки: звезда – звезда; звезда – звезда с нейтральным проводом; звезда – треугольник; треугольник – звезда; треугольник – треугольник.

3.3.1 Соединение по схеме звезда

3.3.2 Соединение трехфазного генератора и нагрузки по схеме треугольник

3.3.1 Соединение по схеме звезда

При соединении фаз генератора или обмоток трехфазного трансформатора в звезду их концы x,y,z соединяют в одну общую точку N, называемую нулевой или нейтральной. Начала фаз выводят на клеммную колодку, куда подключают провода, соединяющие генератор с приемником. Эти провода образуют трехфазную линию и называются линейными (рис.3.4).

Рисунок 3.4 – Соединение трехфазного генератора и нагрузки по схеме звезда

Если нейтральная точка генератора соединена с нейтральной точкой нагрузки, то образуется четырехпроводная трехфазная цепь. Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и нагрузки называется нулевым или нейтральным.

Токи, текущие по линейным проводам, называют линейными токами и обозначают I_А;I_B;I_C — I_Л

Напряжения между линейными проводами называют линейными напряжениями и обозначают U_АB;U_BC;U_CA — U_Л.

Нагрузка, как и фазы генератора, может быть соединена в звезду. При этом каждое из трех сопротивлений нагрузки z_А;z_B;z_C называется фазой нагрузки. Токи, текущие по фазам нагрузки, называют фазовыми токами I_А;I_B;I_C — I_Ф, а напряжения на фазах нагрузки – фазовыми напряжениями U_А;U_B;U_C — U_Ф.

При соединении генератора в звезду:

а) линейные напряжения по модулю в √3 больше фазовых напряжений генератора:

б) линейный ток генератора равен его фазовому току:

При соединении нагрузки в звезду:

а) линейный ток равен фазовому:

б) линейные напряжения связаны с фазовыми соотношениями:

В симметричной трехфазной системе . Тогда

Если нагрузочные сопротивления одинаковы по величине и характеру, то такая нагрузка называется равномерной.

При равномерной нагрузке:

и нейтральный провод можно изъять без изменения режима работы цепи.

Векторная диаграмма при индуктивном характере равномерной нагрузки показана на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Векторная диаграмма при индуктивном характере равномерной нагрузки

3.3.2 Соединение трехфазного генератора и нагрузки по схеме треугольник

Чтобы соединить фазы трехфазного генератора (или трансформатора) в треугольник, нужно конец каждой фазы подключить к началу следующей (рис.3.6). При таком соединении симметричного генератора с отключенной нагрузкой внутри него никаких токов нет, так как

Рисунок 3.6 – Соединение трехфазного генератора и нагрузки по схеме треугольник

При соединении по схеме «треугольник – треугольник» фазовые напряжения генератора и приемника одновременно являются линейными, т.е.

Линейные и фазовые токи отличаются. Для получения соотношений между ними следует единообразно выбрать их направления:

а) для линейных токов – от генератра к нагрузке;

б) для фазовых – по часовой стрелке.

Из этих соотношений видно, что при равномерной нагрузке

При равномерной нагрузке линейный ток по модулю в √3 больше фазового.

Векторная диаграмма при индуктивном характере равномерной нагрузки показана на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Векторная диаграмма при индуктивном характере равномерной нагрузки

Источник

Схемы соединений трехфазных цепей в электрических сетях

Достоинства трехфазных сетей, обеспечивающие повсеместное их распространение, очевидны:

энергия передается по трем проводам на большие расстояния экономически выгоднее чем если бы фаз было меньше;

синхронные генераторы, асинхронные двигатели, трехфазные трансформаторы — просты в производстве, они экономичны и надежны в эксплуатации;

наконец, трехфазная система переменного тока обладает способностью обеспечить (и принять на себя) неизменную мгновенную мощность на период синусоидального тока если трехфазная нагрузка на генератор одинакова во всех фазах.

Давайте же рассмотрим, какие основные схемы соединений трехфазных цепей в электрических сетях существуют.

Обмотки трехфазного генератора переменного тока в принципе можно соединить с нагрузками по-разному. Так, наименее экономичным способом было бы напрямую присоединить к каждой фазе генератора по отдельной нагрузке, протянув по два провода на каждую нагрузку. Но при таком подходе понадобилось бы шесть проводов для соединения.

Это очень расточительно в плане расхода материалов и не удобно. Чтобы достичь экономии материалов, обмотки трехфазного генератора попросту объединяют в схему «звезда» или «треугольник». При таком решении проводов получается максимум 4 («звезда с нулевой точкой» или «треугольник») либо минимум 3.

Изображают трехфазный генератор на схемах в виде трех обмоток, расположенных под углами в 120° друг к другу. Если соединение обмоток генератора выполнено по схеме «звезда», то одноименные выводы обмоток соединяются друг с другом в одной точке (в так называемой «нулевой точке» генератора). Нулевая точка обозначается буквой «О», а свободные выводы (клеммы фаз) обмоток обозначаются буквами «А», «В» и «С».

Если обмотки генератора соединены между собой в схему «треугольник», тогда конец первой обмотки присоединен к началу второй обмотки, конец второй обмотки — к началу третьей, конец третьей — к началу первой — треугольник замкнулся. Геометрически сумма ЭДС в таком треугольнике будет равна нулю. И если к выводам «А», «В» и «С» нагрузку вообще не присоединять, то и ток по обмоткам генератора не потечет.

В итоге получаем пять основных схем соединения трехфазного генератора с трехфазной нагрузкой (см.рисунки). Всего на трех из этих рисунков можно видеть трехфазную нагрузку, соединенную звездой, где три конца нагрузки объединены в одной точке. Эта точка в центре звезды нагрузки называется «нулевой точкой нагрузки», она обозначается «О’».

Провод, соединяющий нулевые точки нагрузки и генератора, называется в таких цепях нулевым проводом. Ток нулевого провода обозначается «Iо». За положительное направление тока принимают обычно направление от нагрузки к генератору, то есть из точки «О’» к точке «О».

Провода, соединяющие точки «А», «В» и «С» выводов генератора с нагрузкой называются линейными проводами, а схемы, соответственно: звезда-звезда с нулевым проводом, звезда — звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник, треугольник-звезда — всего пять основных схем соединения трехфазных цепей в электрических сетях.

Токи, текущие по линейным проводам, называют линейными токами и обозначают их Ia, Ib, Ic. За положительное направление линейного тока принимают обычно направление от генератора — к нагрузке. Величины модулей линейных токов обозначают Iл, как правило без дополнительных индексов, ведь часто бывает так, что все линейные токи цепи равны по модулю. Напряжение между двумя линейными проводниками — это линейное напряжение, его обозначают Uab, Ubc, Uca или, если речь идет о модуле, то пишут просто Uл.

Каждая из обмоток генератора называется фазой генератора, а каждая из трех частей трехфазной нагрузки — фазой нагрузки. Токи фаз генератора и, соответственно, нагрузок, — называются фазными токами, обозначаются Iф. Собственные напряжения фаз генератора и фаз нагрузки называются фазными напряжениями, они обозначаются Uф.

Если обмотки генератора соединены в «звезду», то линейные напряжения в корень из 3 раз (в 1,73 раза) превосходят по модулю фазные. Так происходит потому, что линейные напряжения геометрически станут основаниями равнобедренных треугольников с острыми углами при основании по 30°, где бедра — это и есть фазные напряжения. Обратите внимание, что ряд низких трехфазных напряжений: 127, 220, 380, 660 — как раз и формируется путем умножения предыдущего значения на 1,73.

При соединении обмоток генератора в «звезду», очевидно, линейный ток равен току фазовому. Но что произойдет с напряжениями, когда обмотки генератора соединены в «треугольник»? В этом случае линейное напряжение будет равно фазовому напряжению для каждой фазы и для каждой части нагрузки: Uл=Uф. При подключении нагрузки «звездой» ток линейный будет равен току фазному: Iл=Iф.

Когда нагрузка подключена по схеме «треугольник», за положительное направление токов выбирают направление обхода треугольника по часовой стрелке. Обозначение делается соответствующими индексами: от какой точки течет ток и к какой точке он притекает, например Iab – это обозначение тока от точки «А» к точке «В».

Если трехфазная нагрузка соединена треугольником, то линейные токи и фазовые токи не будут равны между собой. Линейные токи находятся тогда через фазовые токи в соответствии с первым законом Кирхгофа: Ia=Iab-Ica, Ib=Ibc-Iab, Ic=Ica-Ibc.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Схемы соединения трехфазных цепей

Общие сведения о трехфазных линейных электрических цепях

В современных энергетических системах генерирование и передача больших потоков энергии осуществляется трехфазными цепями (системами). Широкое их распространение объясняется, главным образом, тремя основными причинами:

а) передача энергии на дальние расстояния трехфазным током экономически более выгодна, чем переменным током с иным числом фаз;

б) элементы трехфазной системы — трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор — весьма просты в производстве, экономичны и надежны в работе;

в) трехфазная система обладает свойством неизменности величины мгновенной мощности за период синусоидального тока в том случае, если нагрузка во всех трех фазах трехфазного генератора одинакова.

Трехфазная система была изобретена и разработана во всех деталях, включая трехфазные трансформатор и асинхронный двигатель, выдающимися русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1891 году.

Схемы соединения трехфазных цепей

Под трехфазной симметричной системой ЭДС понимают совокупность трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120 0 .

График их мгновенных значений представлен на рис. 7.1., векторная диаграмма — на рис. 7.2.

Трехфазную систему э.д.с. получают при помощи трехфазного генератора, в пазах статора которого размещены три электрически изолированные друг от друга обмотки — фазные обмотки генератора. Плоскости обмоток смещены в пространстве на 120 0 . При вращении ротора генератора в обмотках наводятся синусоидальные э.д.с. одинаковые по амплитуде, но сдвинутые по фазе на 120 0 .

Чтобы отличить три э.д.с. трехфазного генератора друг от друга, их обозначают соответствующим образом. Если одну э.д.с. обозначить , а опережающая на 120 0 —

На электрической схеме трехфазный генератор изображают в виде трех обмоток, расположенных друг к другу под углом 120 0 .

При соединении «звездой» одноименные зажимы (например, концы) трех обмоток объединяются в один узел, который называют нулевой точкой генератора и обозначают буквой 0 (рис. 7.3). Начала обмоток генератора обозначают буквами А, В, С.

При соединении обмоток генератора «треугольником» конец первой обмотки генератора соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей, конец третьей — с началом первой (рис.7.4).

Геометрическая сумма э.д.с. в треугольнике равна нулю. Поэтому, если в зажимам А, В, С не присоединена нагрузка, то по обмоткам генератора не будет протекать ток.

Совокупность трехфазной системы ЭДС и трехфазной нагрузки (или нагрузок и соединительных проводов) называют трехфазной цепью.

Токи, протекающие по отдельным участкам трехфазной цепи, сдвинуты относительно друг друга по фазе. Под фазой трехфазной цепи понимают участок цепи, по которому протекает один и тот же ток. Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса, фаза — это либо участок трехфазной цепи, либо аргумент синусоидально изменяющейся величины. Три обмотки генератора должны быть соединены с нагрузкой. Существуют различные способы соединения обмоток. Самым неэкономичным способом было бы соединение каждой обмотки генератора с нагрузкой двумя проводами, на что потребовалось бы шесть соединительных проводов. В целях экономии обмотки трехфазного генератора соединяют в «звезду» или «треугольник», вследствие чего количество соединительных проводов от генератора к нагрузке уменьшается с шести до трех или до четырех.

Рассмотрим способы соединения трехфазного генератора с трехфазной нагрузкой.

Схема соединения «звезда» — «звезда» с нулевым проводом представлена на рис. 7.5.

Узел, который образуют три конца трехфазной нагрузки при соединении ее «звездой», называют нулевой точкой нагрузки и обозначают 0 ‘ .

Провод, соединяющий нулевые точки генератора и нагрузки, называют нулевым (нейтральным). Ток нулевого провода обозначают I₀, положительное направление тока — от узла 0 ‘ к узлу 0. Провода, соединяющие зажимы А, В, С генератора с нагрузкой, называют линейными проводами. Текущие по линейным проводам токи называют линейными, их обозначают I_A, I_B, I_C. Условимся за положительное направление для них принимать направление от генератора к нагрузке. Модули линейных токов часто обозначают I_Л, не указывая никакого дополнительного индекса. Такое обозначение применяется часто тогда, когда линейные токи по модулю одинаковы. Напряжение между линейными проводами называют линейным напряжением и обозначают при помощи двух индексов, например U_AB. Модуль линейного напряжения обозначают U_Л.

Каждую из трех обмоток генератора называют фазой генератора. Каждую из трех нагрузок называют фазой нагрузки. Протекающие по ним токи называют фазовыми токами I_Ф, а напряжения на них — фазовыми или фазными напряжениями U_Ф.

Схему на рис.7.6 называют «звезда — звезда» без нулевого провода; на рис.7.7. — «звезда — треугольник»; на рис. 7.8. — «треугольник — треугольник», на рис. 7.9. — «треугольник — звезда».

Источник