4.1.2. Схемы соединения трехфазных систем

Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходных обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, т.е. будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично. В этой связи подобные системы не получили широкого применения на практике.

А.Б.

Рис. 3. Простейший трехфазный генератор и векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствующей трехфазной системе синусоид

Рис. 4. Несвязанная трехфазная система

Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений:в звезду ив треугольник.В свою очередь при соединении в звезду система может бытьтрех-ичетырехпроводной.

Обмотки трехфазного генератора соединяются звездой или треугольником, что дает возможность вместо шести проводов применять три или четыре провода.

Для трехфазных цепей стандартными являются напря­жения 127, 220, 380, 660 В и выше.

1. Соединение обмоток генератора звездой

При соединении обмоток звездой концы обмоток X, Y, Z соединяются в одну точку, называемую нулевой точ­кой или нейтралью генератора (рис.5). В четырехпроводной системе к нейтрали присоединяется нейтральный, или нулевой провод. К началам обмоток генератора присоединяются три линейных провода.

Фазные и линейные напряжения. Напряжения между началами и концами фаз, или, что то же, напряжения между каждым из линейных проводов и нулевым, называются фазными напряжени­ями и обозначаются U_A, U_B, U_С или в общем виде U_Ф.

Рис. 5. А.Трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду

Б. Схема соединения обмоток генератора звездой.

В. Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений симметричного источника.

А) в)

Б

Пренебрегая падением напряжения в обмотках генератора, можно считать фазные напряжения равными соответствую­щим э. д. с, индуцированным в обмотках генератора.

Напряжения между началами обмоток, или, что то же, между линейными проводами, называются линейными напряжениями и обозначаются U_AB, U_Bc, U_СА или в общем виде U_Л.

2. Соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора звездой

Так как конец первой фазы X соединен не с началом второй фазы, а с ее концом Y, то мгновенное значение линейного напряжения между проводами А и В согласно второму за­кону Кирхгофа будет равно разности соответствующих фазных напряжений, аналогично мгновенные значения других линейных напря­жений т. е.

u _АВ = u _А – u _В

u _ВС = u _В – u _С

u _СА = u _С – u _А

Таким образом, мгновенное значение линейного напряжения равно алгебраической разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений.

Так как u _А, u _В и u _С изменяются по синусоидальному закону и имеют одинаковую частоту, то линейные напряжения U_AB, U_BС , U_СА будут изменяться синусоидально, причем действующие значения линейных напряжений можно определить из векторной диаграммы:

Рис.6 Векторная диаграмма напряжений трехфазной цепи

U _АВ = U _А – U _В

U _ВС = U _В – U _С

U _СА = U _С – U _А

Отсюда, вектор линейного напряжения равен разности векторов соответствующих фазных напряжений.

Фазные напряжения u _А, u _В и u _С сдвинуты по фазе на угол 120°.

Для определения вектора линейного напряже­ния U_АВ из вектора напряжения U_A нужно геометрически вычесть вектор U_В или, что то же самое, прибавить рав­ный и обратный по знаку вектор — –U_B.

Аналогично вектор линейного напряжения U_ВС получим как разность векторов напряжений U_B и U_С и вектор ли­нейного напряжения U_CA как разность векторов U_С и U_А,

Опуская перпендикуляр из конца произвольно взятого вектора фазного напряжения, например U_B, на вектор ли­нейного напряжения U_ВС, получим прямоугольный тре­угольник OHM, из которого следует, что = U_Ф соs30° = U_Ф, откуда U_Л = U_Ф,

U_Л = U_АВ=2∙U_Ф соs30° = 2U_Ф= U_Ф,

т. е. при симметричной системеЭДС источника линейное напряжение больше фазного в раз. Вывод: Из векторной диаграммы и последней формулы следует, что действующее значение линейного напряжения в раз больше действующего значения фазного напряжения и что линейное напряжение U_AB на 30° опережает фазное напряжение U_A; на такой же угол линейное напряжение Uвс опережает фазное напряжение U_В и напряжение U_CА — фазное напряжение U_С.

Линейные напряжения сдвинуты относительно друг друга на такие же углы 120°, как и фазные напряжения.

Звезда векторов линейных напряжений повернута в поло­жительную сторону относительно звезды векторов фазных напряжений на угол 30°.

Так как векторы линейных на­пряжений определяются как раз­ность векторов фазных напряже­ний, то, соединив концы векторов фазных напряжений, образующих звезду, получим треугольник век­торов линейных напряжений (рис. диаграммы).

При применении нейтрального провода трехпроводная трехфазная цепь превращается в четырехпроводную.

Достоинством такой цепи является возможность использо­вать две системы напряжений: фазных — при включении каждого из приемников между нейтральным проводом и любым из линейных проводов и линейных напряже­ний — при соединении каждого из приемников к двум линейным проводам.

Пример. Определить линейное напряжение генератора, если фазное напряжение его 127 и 220 В. Решение. U_Л = U_Ф = 1,73 ∙127 = 220 В.

Если фазное напряжение 220 В, тоU_Л = U_Ф =1,73 ∙220 = 380 В.