Соединение звездой без нулевого провода

Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 5.10.

Рис. 5. 10

 

При симметричной нагрузке, когда Z _a = Z _b = Z _c = Z _φ, напряжение между нейтральной точкой источника N и нейтральной точкой приемника n равно нулю, U_nN = 0.

Соотношение между фазными и линейными напряжениями приемника также равно , т.е. U_Ф = U _Л / , а токи в фазах определяются по тем же формулам, что и для четырехпроводной цепи. В случае симметричного приемника достаточно определить ток только в одной из фаз. Сдвиг фаз между током и соответствующим напряжением φ = arctg (X / R).

При несимметричной нагрузке Z _a ≠ Z _b ≠ Z _c между нейтральными точками приемника и источника электроэнергии возникает напряжение смещения нейтрали U_nN.

Для определения напряжения смещения нейтрали можно воспользоваться формулой межузлового напряжения, так как схема рис. 5.10 представляет собой схему с двумя узлами,

,                                      5. 10

где Y _a = 1 / Z _a; Y _b = 1 / Z _b; Y _c = 1 / Z _c – комплексы проводимостей фаз нагрузки.

Очевидно, что теперь напряжения на фазах приемника будут отличаться друг от друга. Из второго закона Кирхгофа следует, что

Ú _a = Ú _A – Ú _nN; Ú _b = Ú _B – Ú _nN; Ú _c = Ú _C – Ú _nN.                          5. 11

Зная фазные напряжения приемника, можно определить фазные токи:

İ _a = Ú _a / Z _a = Y _a Ú _a; İ _b = Ú _b / Z _b = Y _b Ú _b; İ _c = Ú _c / Z _c = Y _c Ú _c.      5. 12

Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника питания и U_nN (рис. 4.11).

При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали U_nN может изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемника n на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемника Ú _a, Ú_b и Ú _c могут отличаться друг от друга весьма существенно.

Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения нагрузки уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает асимметрию ее фазных напряжений Ú _a, Ú _b, Ú _c и смещение ее нейтральной точки n из центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).

 

Рис. 5. 11

Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:

§ выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке;

§ подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в раз меньше номинального линейного напряжения сети.

Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

 

Соединение треугольником

Если обмотки генератора трехфазного тока соединить так, что конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй с началом третьей, конец третьей с началом первой, а к общим точкам подключить линейные провода, то получим соединение треугольником, (рис. 4.12). Кажущегося короткого замыкания в обмотках генератора не произойдет, так как сумма мгновенных значений ЭДС в них равна нулю:

Рис. 5. 12

 

К линейным проводам в этом случае подключаются узловые точки (рис. 5.12). В чем легко убедиться, построив векторную диаграмму (рис. 5.13).

Рис. 5. 13. Векторная диаграмма линейных и фазных напряжений

 

На рисунке 5.12 три приемника тока Z _ab, Z _bc, Z _ca также включены треугольником. В отличие от соединения звездой, где в большинстве случаев применяется четырехпроводная система, здесь используются три провода.

При соединении треугольником существуют только линейные напряжения (U_AB, U_BC, U_CA), поскольку нулевой провод отсутствует, но появляются фазные и линейные токи. Соотношения между линейными и фазными токами легко могут быть получены, если для каждой узловой точки потребителя применить первое правило Кирхгофа:

                                             5. 13

 

Из этих соотношений видно, что любой из линейных токов равен геометрической разности двух фазных токов, сложение этих равенств показывает, что геометрическая сумма линейных токов равна нулю.

                      5. 14

 

Таким образом, в трехфазной системе, соединенной треугольником, линейные токи больше фазных, а фазные напряжения совпадают с линейными.

Наличие двух способов включения нагрузок расширяет возможности потребителей. Например, если каждая из трех обмоток трехфазного электродвигателя рассчитана на напряжение 220 В, то электродвигатель может быть включен треугольником в сеть 220/127 В или звездой в сеть 380/220 В. Соединение треугольником чаще всего используется в силовых установках (электродвигатели и т. п.), где нагрузка близка к равномерной. В трехфазных цепях способ включения нагрузки (звездой или треугольником) не зависит от способа включения обмоток генератора или трансформатора, питающего данную цепь.