
- •3 Трифазні електричні кола
- •3.1 Основні положення
- •3. 2. З'єднання фаз джерела та споживачів зіркою
- •3.2.1 Режими роботи трифазної системи при з'єднанні споживачів зіркою
- •3.2.1.1 Симетричне навантаження фаз споживачів
- •3.2.1.2 Несиметричне навантаження фаз споживачів
- •3. 3 З'єднання трикутником
- •3.3.1 Режими роботи трифазної системи при з'єднанні споживачів трикутником
- •3.3.1.1 Симетричне навантаження фаз споживачів
- •3.3.1.2 Несиметричне навантаження фаз споживачів
- •3. 4 Потужність трифазної системи
- •3. 5 Розрахунок симетричних трифазних систем
- •3. 6 Розрахунок несиметричних трифазних систем
- •3.7 Приклади розв'язування задач
- •3.8 Тестові завдання
- •3.8.1 Рівень а
- •3.8.2 Рівень в
- •3. 8.4 Відповіді
- •3.9 Контрольні запитання
3.2.1 Режими роботи трифазної системи при з'єднанні споживачів зіркою
Режими роботи трифазної мережі, споживачів з'єднаних зіркою, можуть виникати різного типу та характеру. Розглянемо деякі з них:
симетричний Zаb = Zbс = Zса;
несиметричний Zаb ≠ Zbс ≠ Zса:
а) обрив фазного проводу;
б) обрив лінійного проводу;
с) ввімкнення в одну із фаз споживачів з активним та активно-індуктивним навантаженням.
Застосовують трипровідну та чотирипровідну схеми з'єднання приймачів зіркою. Трифазні симетричні споживачі електричної енергії вмикають згідно трипровідної схеми (без нульового проводу). Типовим навантаженням такого типу є трифазні асинхронні двигуни. Несиметричні приймачі електричної енергії вмикаються згідно чотирипровідної схеми (з нульовим проводом).
3.2.1.1 Симетричне навантаження фаз споживачів
При симетричному навантаженні (Zа = Zb = Zс, φа = φb = φс= arctq (ХФ/RФ), або Zа = Zb = Zс) діючі значення струмів у фазах однакові (Iа= Ib= Iс = IФ, або İа= İb= İс = İФ). Вектор струму в нейтральному проводі Īn (İn) дорівнює геометричній сумі векторів фазних струмів Īа + Īb + Īс = 0, або İа + İb + İс = 0 (рисунок 3.4 і 3.5,а).
При симетричному навантаженні і з’єднанні споживачів зіркою справедливе співвідношення між лінійними та фазними напругами і струмами:
UЛ = UФ; ІЛ = ІФ. |
Рисунок 3.4 – Електрична схема з’єднання фаз споживача зіркою
Значення діючих лінійних та фазних струмів визначаються за формулами:
Комплексні значення фазних напруг:
а
=
Uа
e j0
º;
b = Ub e – j 120 º;
с = Uс e – j 240 º.
Тоді, комплексні значення лінійних напруг:
аb
=
a
–
b
= Uа
e
j
30
º;
bс = b – с = Ub e – j 90 º;
са = с – а = Uс e – j 210 º.
Комплексні значення фазних струмів (ІЛ = ІФ):
İа = а / Z а;
İb = b / Z b;
İс = с / Z с.
Струм у нульовому проводі:
İn = İа + İb + İс = 0
На рисунку 3.5,а показана векторна діаграма напруг і струмів при симетричному активному навантаженні (RА =RВ = RС), на рисунку 3.5,б – при симетричному активно-індуктивному навантаженні,
Рисунок 3.5 – Векторні діаграми напруг та струмів при з’єднанні фаз споживачів зіркою:
а) При симетричному активному навантаженні;
б) При симетричному активно-індуктивному навантаженні
3.2.1.2 Несиметричне навантаження фаз споживачів
При несиметричному навантаженні (Zа ≠ Zb ≠ Zс, φа ≠ φb ≠ φс= arctq (ХФ/RФ), або Zа ≠ Zb ≠ Zс) діючі значення струмів у фазах неоднакові (Iа ≠ Ib ≠ Iс, або İа ≠ İb ≠ İс). Вектор струму в нейтральному проводі Īn (İn) дорівнює геометричній сумі векторів фазних струмів Īа + Īb + Īс ≠ 0, або İа + İb + İс ≠ 0 (рисунок 3.4 і 3.5,а).
На рисунку 3.6 показана векторна діаграма напруг і струмів при несиметричному активному навантаженні (Rа = Rс ≠ Rb). Струм в нейтральному проводі не дорівнює нулеві İn ≠ 0.
Рисунок 3.6 – Векторні діаграми напруг і струмів при з’єднанні фаз споживачів зіркою та
несиметричному активному навантаженні
В чотирипровідній системі при обриві фазного проводу, наприклад фазного проводу а – n (рисунок 3.7.а) фазний струм ІФ = 0 (Іа = 0). Лінійні та фазні напруги залишаються без змін (рисунок 3.7.б):
Uаb = Ubс = Uса = UЛ, Uа = Ub = Uс = UФ.
Електрична схема та векторна діаграма для цього режиму приведені на рисунку 3.7.
Рисунок 3.7 – Електрична схема з’єднання фаз споживачів зіркою а)
та векторна діаграма б) при обриві фазного проводу
При обриві лінійного проводу в чотирипровідній системі (рисунок 3.8.а), наприклад обрив лінійного проводу А-а, струм ІФ = ІЛ = 0 (Іа = 0, Іb = Іс), а напруги (рисунок 3.8.б):
Uа = 0, Ubс = UЛ, Uаb = Uса = Ub = Uс = UФ.
Електрична схема та векторна діаграма для цього режиму приведені на рисунку 3.8.
Рисунок 3.8 – Електрична схема з’єднання фаз споживачів зіркою а)
та векторна діаграма б) при обриві лінійного проводу
При відсутності нейтрального проводу і несиметричному навантаженні (рисунок 3.2 і 3.9), між нейтральними точками генератора і навантаження (Nn) виникає напруга зміщення нейтралі:
,
де Y а, Y b, Y с – комплексні провідності фаз споживачів (Y = 1/ Z).
У цьому випадку фазні напруги споживачів не утворюють симетричну трифазну систему і визначаються за формулами:
a = А – N n , Ūa = ŪА – Ū N n ,
b = В – N n , Ūb = ŪВ – Ū N n ,
с = С – N n , Ūс = ŪС – Ū N n .
А векторна сума струмів:
Īа + Īb +Īс = 0.
Рисунок 3.9 – Електрична схема з’єднання фаз споживачів зіркою
при відсутності нейтрального проводу
Векторна діаграма напруг і струмів трифазної трипровідної мережі при несиметричному активному навантаженні наведена на рисунку 3.10.
Рисунок 3.10 – Векторна діаграми напруг і струмів трифазної трипровідної мережі
при несиметричному активному навантаженні
На рисунку 3.11,а наведена векторна діаграма напруг і струмів для трипровідної мережі при обриві фазного проводу (наприклад, фазного проводу а – n). На рисунку 3.11,б наведена векторна діаграма напруг і струмів при несиметричному активному навантаженні і відсутності нейтрального проводу (навантаження фази А зменшене (RА > RВ = RС).
Рисунок 3.11 – Векторна діаграми напруг і струмів трифазної
трипровідної мережі:
а) При обриві фазного проводу а – n;
б) При несиметричному навантаженні без нейтрального проводу