Несимметричная нагрузка.

В общем случае несимметричной нагрузки Z_a  Z_b  Z_с.

Несимметрия может быть вызвана неоднородностью или неравномерностью нагрузки.

Несимметричную нагрузку, соединенную «звездой», обычно подключают по четырехпроводной схеме, т.е. с нулевым проводом, так как при наличии нулевого провода, обладающего малым сопротивлением, несимметричная нагрузка не приводит к значительному изменению фазных напряжений. С некоторым приближением можно считать, что фазные напряжения остаются такими же, как и для случая симметричной нагрузки.

U_a = U_b = U_c = U_А = U_В = U_С

.

По нулевому проводу протекает уравнительный ток I_o

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке фаз (нагрузка активная, несимметрия создана неравномерностью нагрузки) с нулевым проводом представлена на рис. 5.

Рис. 5.

Отсутствие нулевого провода при несимметричной нагрузке нарушает нормальный режим работы установки.

Фазные токи изменяются и устанавливаются такими, чтобы сумма их была равна нулю. В результате этого происходит искажение симметрии фазных напряжений: фаза с меньшим сопротивлением оказывается под сниженным напряжением, а с большим сопротивлением – под повышенным, по сравнению с нормальным.

Векторная диаграмма при отсутствии нулевого провода представлена на рис. 6.

Рис. 6.

Построение диаграммы начинается с неизменного треугольника линейных напряжений.

Ноль генератора (N) определяется положением центра тяжести треугольника, т.к. фазные напряжения генератора симметричны. Нулевая точка нагрузки (n) определяется следующим образом: из точки А раствором циркуля, равным в масштабе величине измеренного фазного напряжения нагрузки U_а, делается засечка. Такие же засечки выполняются из точки В раствором циркуля U_в, из точки С – раствором U_с. Точка пересечения засечек и является нулем нагрузки. Соединяя нулевую точку с концами фаз генератора (т.т. А, В, С), построим фазные напряжения нагрузки U_а, U_в, U_с. В зависимости от характера нагрузки проводятся векторы токов. На рис. 6 представлена векторная диаграмма неравномерной активной нагрузки.

Отрезок Nn=U₀ – напряжение смещения нейтралей может быть замерено вольтметром или рассчитано по формуле

,

где - комплексы действующих значений фазных напряжений генератора;

Y_a, Y_b, Y_с – комплексные проводимости фаз нагрузки.

При известном напряжении смещения нейтралей фазные напряжения приемника могут быть рассчитаны по формулам:

, , .

В лабораторной работе рассматривается насколько случаев несимметричной нагрузки, в частности обрыв и короткое замыкание фазы приемника.

В случае обрыва фазы А без нулевого провода при равных активных сопротивлениях двух других фаз: ,

; ;

Векторная диаграмма представлена на рис. 7.

Рис. 7.

В случае короткого замыкания фазы А:

U_a = 0, , , .

Векторная диаграмма представлена на рис. 8.

Рис. 8.

Активная мощность трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей всех фаз.

.

Так как при симметричной нагрузке фаз и симметричной системе напряжений U_a = U_b = U_с = U_ф; U_АВ = U_ВС = U_СА = U_Л; cosφ_a = cosφ_b = cosφ_c = cosφ_ф, то активная мощность трехфазного тока равна .

Так при соединении «звездой»

; , _.