15. Четырехпроводная трехфазная система. Векторная диаграмма. Роль нулевого провода.

Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380 В — для питания электродвигателей и 220 В — для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) применяют четырехпроводную систему электроснабжения. Четырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи I_A, I_B, I_C и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I₀, называемый нулевым или нейтральным током. Такая система соединения обмоток трехфазного генератора и приемников (потребителей) называется «звездой» и показана на рисунке..

Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, поэтому для упрощения расчетов таких цепей (если не требуется большая точность) сопротивления проводов можно не учитывать (Z_Л = 0, Z_N = 0). Тогда фазные напряжения приемника U_a, U_b и U_c будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии(генератора или вторичной обмотки трансформатора), т.е. U_a = U_A; U_b = U_B; U_c = U_C. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Z_a = Z_b = Z _c, то токи в каждой фазе можно определить по формулам:

İ_a = Ú_a / Z_a;

İ_b = Ú_b / Z_b;

İ _c = Ú _c / Z _c.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе:

İ_N = İ_a + İ_b + İ_c = İ_A + İ_B + İ_C.

Векторная диаграмма напряжений четырехпроводной трехфазной цепи:

Из диаграммы видно, что U_Л = √3 U_Ф

Нулевой (нейтральный) провод необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны. Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки, так как внутреннее падение напряжения в фазе генератора незначительно. Поэтому напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически неизменным при изменениях нагрузки.

16. Трансформаторы. Устройство, принцип действия, режимы работы

Трансформатор – статическое (без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одних значений тока и напряжения и другие значения той же частоты.

Устройство: трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, на котором размещены две или большее число обмоток. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной. Обмотки, подключенные к сопротивлениям нагрузки, называются вторичными.

Сердечник (магнитопровод) трансформатора изготавливают из листовой электротехнической стали, имеющей малые потери на перемагничивание и на вихревые токи. Отдельные листы стали изолируют слоем лака, после чего стягивают болтами. Такое устройство применяется для уменьшения вихревых токов, индуктируемых в стали переменным потоком.

а — схема трансформатора, б — пластины сердечника

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

Под действием переменного напряжения в первичной обмотке возникает ток, и в сердечнике возбуждается переменный магнитный поток. Этот поток индуктирует ЭДС самоиндукции (в первичной обмотке) и ЭДС взаимной индукции (во вторичной обмотке). ЭДС самоиндукции уравновешивает часть входного напряжения, а ЭДС взаимной индукции создает напряжение на выходе трансформатора. При подключении нагрузки во вторичной обмотке возникает ток и из первичной обмотки во вторичную передается эл. энергия, посредством магнитного потока.

Трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого не имеют активных сопротивлений, называют идеализированным.

Режимы работы:

1) Номинальный режим, т.е. режим при номинальных значениях напряжения U₁=U_1ном и тока I₁ =I_1ном первичной обмотки трансформатора;

2) Рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему U₁≈U_1ном, а ток I₁ меньше своего номинального значения I_1ном или равен ему и определяется нагрузкой трансформатора, т.е. током I₂;

3) Режим холостого хода, т.е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I₂=0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (например к вольтметру);

4) Режим короткого замыкания трансформатора , при котором его вторичная обмотка коротко замкнута (U₂=0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (например к амперметру).

Режимы холостого хода и короткого замыкания специально создаются при испытании трансформатора.