Чему равно фазное напряжение при соединении звездой

Чему равно фазное напряжение при соединении звездой

Соединение звездой

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 1 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 и четырехпроводную системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором – один нулевой провод. По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме токов:
I A , I B и I C , т. е. Ī 0 = Ī A + Ī B + Ī C .
Напряжения, измеренные между началами фаз генератора (или потребителя) и нулевой точкой (или нулевым проводом), называются фазными напряжениями и обозначаются U A , U B и U C , или в общем виде U ф . Часто задаются величины э.д.с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются Е A , Е B и Е C , или Е ф . Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:
Е A = U A , Е В = U В , Е C = U С .
Напряжения, измеренные между началами двух фаз: А и В, В и С, С и А – генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются U АВ , U ВС , U СА , или в общем виде U л . На рис. 1 стрелки 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 U АВ . Так как положительные направления фазных напряжений U A , U B и U C выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения U АВ будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений U A и U B :
Ū AВ =Ū A — Ū В .
Аналогично можно записать:
Ū ВС =Ū В — Ū С ;
Ū СА =Ū С — Ū А .
Иначе можно сказать, что мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. На рис. 2 вычитание векторов заменено сложением векторов:
U A и — U B ; U В и — U С ; U С и — U А .
Из векторной диаграммы видно, что векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.

Зависимость между линейным и фазным напряжениями:
U BС =2U B cos30 o , так как cos30 o =√3/2, то U BС =√3U B ,
или в общем виде U л =√3U ф .
Следовательно, при соединении звездой линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения.

Ток, протекающий по фазной обмотке генератора или потребителя, называется фазным током и обозначается в общем виде I ф . Ток, протекающий по линейному проводу, называется линейным током и обозначается в общем виде I л . На рис. 1 видно, что при соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е.
I л =I ф .

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
z 1 = z 2 = z 3 .
Нагрузка не будет равномерной, если, например, z 1 = r 1 =0,5ом; z 2 =ωL 2 =0,5ом и z 3 =1/ωC 3 =0,5ом, так как здесь выполнено лишь одно условие – равенство сопротивлений фаз потребителя по величине, в то время как характер сопротивлений различен (r 1 — активное сопротивление, ωL 2 — индуктивное сопротивление, 1/ωC 3 — емкостное сопротивление).

При симметричной нагрузке
I А =U А /z А ; I В =U В /z В ; I С =U С /z С ; I А =I В =I С .
Фазные коэффициенты мощности вследствие равенства сопротивлений и одинаковости их характера будут одинаковы:
cosφ 1 =r А /z А ; cosφ 2 =r B /z B ; cosφ 3 =r C /z C ; cosφ 1 =cosφ 2 =cosφ 3 .
В нулевом проводе должна протекать геометрическая сумма токов всех трех фаз. Если посмотреть на кривые изменения токов при симметричной нагрузке трехфазной системы, то увидим, что максимальные значения для всех трех синусоид тока одинаковы. Поскольку при симметричной нагрузке сумма мгновенных значений токов трехфазной системы равна нулю, следовательно, ток в нулевом проводе будет равен нулю.

Читайте также:  Как убрать лизун с ткани

Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока. Если имеется симметричная нагрузка, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазного тока, трехфазные печи, трехфазные трансформаторы и т. п., то к такой нагрузке подводятся только три провода. Потребители, включенные звездой с несимметричной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе.

При симметричной нагрузке фазные напряжения отдельных фаз равны между собой. При несимметричной нагрузке трехфазной системы симметрия токов и напряжений нарушается. Однако в четырехпроводных цепях часто пренебрегают незначительной несимметрией фазных напряжений. В этих случаях между линейными и фазными напряжениями существует зависимость
U л =√3U ф .

При соединении фаз по схеме «звезда» линейное напряжение по модулю в раз больше фазного напряжения, что следует из рисунка 4.7.

Рисунок 4.7 – Соотношение между фазными и линейными токами

при соединении обмоток по схеме «звезда»

В соответствии с этим, в четырехпроводной трехфазной цепи имеются два уровня напряжения, различающиеся в раз (380/220 и 220/127), что позволяет использовать приемники с различным номинальным напряжением.

Так как обмотка генератора, линейный провод и приемник, принадлежащие одной фазе, соединяются последовательно, то при соединении генератора «звездой» линейный ток равен фазному току IЛ=Iф. Комплексные величины линейных и фазных токов обозначаются İA, İB, İC.

Ток в нейтральном проводе определяется по первому закону Кирхгофа:

Таким образом, ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме фазных токов. При возникновении несимметрии токов в фазах нагрузки по нейтральному проводу протекает ток i, амплитуда которого меньше амплитуды токов в линейных проводах. В соответствии с этим сечение нулевого провода принимают на ступень меньше сечения линейных проводов.

В симметричной трехфазной системе при соединении фаз по схеме «звезда» действующие фазные и линейные токи равны друг другу, а линейное напряжение в раз больше фазного. Обмотки трехфазных генераторов на электростанциях всегда соединяют «звездой», что позволяет выполнять изоляцию обмоток на фазное напряжение.

При соединении фаз по схеме «треугольник» напряжение между началом и концом фазы – это напряжение между линейными проводами.

В симметричной трехфазной системе при соединении фаз нагрузки «треугольником» фазные и линейные напряжения равны друг другу, а линейный ток в раз больше фазного.

Рисунок 4.8– Соотношение между фазными и линейными токами при

соединении по схеме «треугольник»

Преимуществом соединения фаз приемника «треугольником» является взаимная независимость фазных токов.

Таблица 4.1 – Соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями при различном соединении фаз для симметричной трехфазной цепи

4.3 Приемники, включаемые в трехфазную цепь

Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть однофазными и трехфазными. К однофазным приемникам относятся осветительные и различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д. К трехфазным – трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи.

Фазы обмоток трехфазных приемников, а также однофазные приемники могут быть соединены как «звездой», так и «треугольником». При этом способ соединения обмоток генератора не влияет на способ соединения фаз потребителя. Несимметричные приемникии включаются или по схеме «звезда» в четырехпроводную сеть или по схеме «треугольник» в трехпроводную.

Соединение нагрузки по схеме «звезда»

Рисунок 4.9 – Соединение фаз нагрузки «звездой»

Приемники электрической энергии называют симметричными, если равны между собой комплексные сопротивления

При этом фазные токи равны по значению İABC=IФ и углы сдвига фаз между током и напряжением одинаковы:

Фазные токи при симметричной нагрузке образуют симметричную систему (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 – Симметричная нагрузка (а) и векторная диаграмма фазных токов и напряжений (б)

В данном случае напряжение опережает ток на углы φABC. При построении векторной диаграммы, где из вектора тока IА вычитаем вектора токов фаз В и С и получаем, что ток в нейтральном проводе равен нулю Таким образом, при симметричной нагрузке создается такой режим работы трехфазной цепи, при котором тока в нейтральном проводе нет. В этом случае переходят к трехпроводной трехфазной цепи (без нулевого провода).

Читайте также:  Садовые ягодные кустарники фото и названия многолетние

Если условия симметрии не выполняются, то приемники называются несимметричными. При этом нагрузка может быть равномерной, если реактивные сопротивления равны между собой ZA=ZB=ZC или однородной, если φABC. Векторная диаграмма фазных напряжений и токов при несимметричной нагрузке представлена на рисунке 4.11

Рисунок 4.11– Несимметричная нагрузка (а) и векторная диаграмма фазных токов и напряжений (б)

В четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные приемники, режимы работы которых не зависят друг от друга, а нулевой провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника, то за счет него напряжения на каждой из фаз будут равны ŮA=Uа=Uф соответствующим фазным напряжениям генератора по амплитуде и по фазе. А фазные токи в каждой из фаз будут разными.

Рисунок 4.12– Схема четырехпроводной цепи при соединении фаз генератора

и нагрузки по схеме «звезда»

В нейтральном проводе четырехпроводной осветительной цепи запрещена установка предохранителей или выключателей, т. к. при отключении нейтрального провода фазные напряжения становятся неравными, что может привести к выходу из строя бытовых электротехнических приборов. Если при соединении «звездой» перегорит один из магистральных предохранителей, то отключатся только потребители данной фазы.

Соединение нагрузки по схеме «треугольник». При соединении нагрузки в треугольник положительные направления для токов выбирают по часовой стрелке. Индексы у токов соответствуют выбранным положительным направлениям: первый индекс – точка, от которой ток утекает, второй – точка, к которой ток притекает. При таком соединении линейные токи не равны фазным токам нагрузки и определяются через них по первому закону Кирхгофа:

Таким образом, линейные токи İA, İB, İC при соединении треугольником равны векторной разности фазных токов тех фаз, которые соединены с данным линейным проводом. Фазные токи İAB, İBC, İCA при симметричной нагрузке равны по значению и сдвинуты по отношению к векторам напряжений на одинаковый угол φ.

Система линейных (фазных) напряжений ŮAB, ŮBC и ŮCA при соединении треугольником образует замкнутый треугольник (рисунок 4.13). Так как линейные токи определяются через фазные так же, как и линейные напряжения через фазные при соединении звездой, то можно сразу построить векторы линейных токов, соединив концы векторов фазных токов. Векторы линейных токов образуют замкнутый треугольник. Линейные токи при симметричной нагрузке, соединенной треугольником, в раза больше фазных токов. В общем случае, когда нагрузка несимметрична, системы фазных и линейных токов также несимметричны (рисунок 4.13 в).

Рисунок 4.13 – Векторная диаграмма напряжений и фазных токов при соединении фаз треугольником (а) и диаграмма фазных и линейных токов при:

б) симметричной нагрузке; в) несимметричной нагрузке

Преимуществом соединения приемника по схеме «треугольник» является взаимная независимость фазных токов, которые определяются как

,

а нагрузки не равны . Токи в линейных проводах определяются через разность фазных токов (4.4) и их сумма будет равна нулю.

Если при таком соединении перегорит предохранитель в линейном проводе, то приемники в прилагающих к нему фазах окажутся включенными последовательно и напряжение на них будет равно половине линейного напряжения, напряжение на третьей фазе будет нормальным.

На рисунке 4.14 показаны схемы включения однофазных и трехфазных приемников.

Рисунок 4.14 – Схемы включения однофазных и трехфазных потребителей

Симметричными приемниками на рисунке 4.14 являются асинхронный двигатель, обмотки которого соединены «звездой» и батарея конденсаторов, соединенная треугольником. Симметричные трехфазные приемники можно включать в трехпроводную цепь, как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». Поэтому на щитках трехфазных электродвигателей указывается два напряжения (одно– для включения фаз звездой, другое – треугольником) и имеется шесть выводов. Например, Y-380/220-: если UЛ = 380В, то фазы обмотки двигателя включают «звездой» и UФ =220В, т.к. UЛ=UФ, если UЛ = 220 В, то фазы включают «треугольником» и UФ =UЛ =220В.

Читайте также:  Как правильно красить гуашью

В этой краткой статье, не вдаваясь в историю сетей переменного тока, разберемся в соотношениях между фазными и линейными напряжениями. Ответим на вопросы о том, что такое фазное напряжение и что такое линейное напряжение, как они соотносятся между собой и почему эти соотношения именно таковы.

Ни для кого не секрет, что сегодня электроэнергия от генерирующих электростанций подается к потребителям по высоковольтным линиям электропередач с частотой 50 Гц. На трансформаторных подстанциях высокое синусоидальное напряжение понижается, и распределяется по потребителям на уровне 220 или 380 вольт. Где-то сеть однофазная, где-то трехфазная, однако давайте разбираться.

Действующее значение и амплитудное значение напряжения

Прежде всего отметим, что когда говорят 220 или 380 вольт, то имеют ввиду действующие значения напряжений, выражаясь математическим языком — среднеквадратичные значения напряжений . Что это значит?

Это значит, что на самом деле амплитуда Um (максимум) синусоидального напряжения, фазного Umф или линейного Umл, всегда больше этого действующего значения. Для синусоидального напряжения его амплитуда больше действующего значения в корень из 2 раз, то есть в 1,414 раза.

Так что для фазного напряжения в 220 вольт амплитуда равна 310 вольт, а для линейного напряжения в 380 вольт амплитуда окажется равной 537 вольт. А если учесть, что напряжение в сети никогда не бывает стабильным, то эти значения могут быть как ниже, так и выше. Данное обстоятельство всегда следует учитывать, например выбирая конденсаторы для трехфазного асинхронного электродвигателя.

Фазное сетевой напряжение

Обмотки генератора соединены по схеме «звезда», и объединены концами X, Y и Z в одной точке (в центре звезды), которая называется нейтралью или нулевой точкой генератора. Это четырехпроводная трехфазная схема. К выводам обмоток A, B и C присоединяются линейные провода L1, L2 и L3, а к нулевой точке — нейтральный провод N.

Напряжения между выводом A и нулевой точкой, B и нулевой точкой, С и нулевой точкой, — называются фазными напряжениями, их обозначают Ua, Ub и Uc, ну а поскольку сеть симметрична, то можно просто написать Uф — фазное напряжение.

В трехфазных сетях переменного тока большинства стран стандартное фазное напряжение равно приблизительно 220 вольт — напряжение между фазным проводом и нейтральной точкой, которая обычно заземляется, и ее потенциал принимается равным нулю, потому она и называется еще нулевой точкой .

Линейное напряжение трехфазной сети

Напряжения между выводом A и выводом B, между выводом B и выводом C, между выводом C и выводом A, — называются линейными напряжениями, то есть это напряжения между линейными проводниками трехфазной сети. Их обозначают Uab, Ubc, Uca, или можно просто написать Uл.

Стандартное линейное напряжение в большинстве стран равно приблизительно 380 вольт. Легко заметить в данном случае, что 380 больше 220 в 1,727 раза, и, пренебрегая потерями, ясно, что это квадратный корень из 3, то есть 1,732. Безусловно, напряжение в сети все время в ту или другую сторону колеблется в зависимости от текущей загруженности сети, но соотношение между линейными и фазными напряжениями именно таково.

Откуда взялся корень из 3

В электротехнике часто применяют векторный метод изображения синусоидально изменяющихся во времени величин напряжений и токов.

График зависимости величины проекции от времени есть синусоида. И если амплитуда напряжения — это длина вектора U, то проекция, которая меняется со временем — это текущее значение напряжения, а синусоида отражает динамику напряжения.

Так вот, если теперь изобразить векторную диаграмму трехфазных напряжений, то получится, что между векторами трех фаз одинаковые углы по 120°, и тогда если длины векторов — это действующие значения фазных напряжений Uф, то чтобы найти линейные напряжения Uл, необходимо вычислить РАЗНОСТЬ любой пары векторов двух фазных напряжений. Например Ua – Ub.

Выполнив построение методом параллелограмма, увидим, что вектор Uл = Uа + (-Ub), и в результате Uл = 1,732Uф. Отсюда и получается, что если стандартные фазные напряжения равны 220 вольт, то соответствующие линейные будут равны 380 вольт.

Ссылка на основную публикацию
Чем укрыть фундамент на зиму
Из-за недостатка времени, проблем с финансами, других обстоятельств возведение загородного дома может затянуться на два года и даже дольше. Пришла...
Чем поливать компостную кучу для быстрого созревания
Компост для дачников и огородников иногда является единственно доступным органическим удобрением. Его производство осуществимо даже на малых территориях, но нужно...
Чем полить булочки с корицей
При необходимости приготовить десерт на скорую руку, можно воспользоваться быстрым рецептом булочек с глазурью. Мучная основа подбирается на свой вкус,...
Чем утеплить пол под ламинатом
В большинстве квартир утепление пола под ламинат производить особого смысла не имеет. Но если укладка напольного покрытия выполняется в комнатах...
Adblock detector