В случае симметричной системы напряжений и симметричной нагрузки фаз ток в нейтральном проводе равен нулю, а следовательно, нейтральный провод не нужен. Тогда получим трехпроводную цепь трехфазного тока (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Трехпроводная трехфазная цепь, соединенная "звездой"
Рис. 3.7. Векторная диаграмма напряжений и токов при чисто активной симметричной нагрузке фаз
Расчет трехфазной системы при симметричной нагрузке фаз (активно-реактивной) сводится к расчету лишь одной фазы:
,
,
,
.
Для чисто активной симметричной нагрузки (рис. 3.7)
,
,
.
Так как при симметричной нагрузке фаз
,
,
,
то активная мощность
.
Несимметричная (неравномерная) нагрузка фаз в трехпроводной цепи трехфазного тока.
В этом случае напряжения на фазах приемника будут неравны, соотношение Uл =√3Uф нарушится, а соотношение Iл = Iф останется справедливым и для этого случая.
Если замкнуть фазу " а "накоротко (рис. 3.8, а), т. е. сопротивление фазы " а "уменьшить до нуля (Ra = 0), то напряжение на фазе станет равным нулю, а напряжение на двух других будет равно линейному (рис. 3.8, б).
а) б)
Рис. 3.8. Короткое замыкание фазы "а":а - схема; б - векторная диаграмма
При Ra→∞, что соответствует обрыву фазы " а " (рис. 3.9, а), напряжение на двух фазах при их одинаковой нагрузке будет равно половине линейного напряжения (рис. 9, б).
а) б)
Рис. 3.9. Обрыв фазы "а": а - схема; б - векторная диаграмма
Когда сопротивления отдельных фаз неодинаковы (Ra≠Rb≠Rc)напряжения на фазах также будут различными
(рис. 3.10). Следовательно, уменьшение или увеличение сопротивления отдельных фаз вызывает перераспределение всех фазных напряжений. Следует отметить, что соединение «звездой» без нейтрального провода при несимметричной нагрузке фаз обычно не применяется.
Активная мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей каждой из фаз
.
Рис. 3.10. Векторная диаграмма напряжений и токов в трехпроводной цепи трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы, записать их технические данные в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Техническая характеристика приборов и аппаратов
| Наименование прибора | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
2. Собрать цепь без нейтрального провода, изображенную на рис. 3.11.
Рис. 3.11. Трехфазная электрическая система без нулевого провода
3. Для проверки собранной цепи пригласить преподавателя.
4. В фазах "b" и "с" установить постоянную нагрузку и поворотным выключателем, расположенным на панели стенда, включить цепь.
5. Изменять нагрузку в фазе "а" согласно табл. 3.2. После каждого включения ламп записывать показания приборов в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Результаты исследований трёхфазной электрической цепи без нейтрального провода.
| Номер опыта | Число ламп в фазах | Результаты измерений | ||||||||||
| a | b | c |  ,
А
|  ,
А
|  ,
А
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
| |
| КЗ |
Собрать цепь для проведения опыта короткого замыкания фазы "а" (путем установки перемычки а - х)и показать ее преподавателю. Данные опыта также записать в табл. 3.2.
6. Собрать цепь с нейтральным проводом, изображенную на рис. 3.12, и показать ее преподавателю.
Рис. 3.12. Трехфазная электрическая система с нулевым проводом
7. Проделать опыты п. 5, для четырехпроводной трехфазной цепи (кроме опыта короткого замыкания) и данные записать в
табл. 3.3.
8. Результаты опытов показать преподавателю.
9. С разрешения преподавателя разобрать цепь и привести в порядок рабочее место.
Таблица 3.3
Результаты исследований трёхфазной электрической цепи с нейтральным проводом.
| Номер опыта | Число ламп в фазах | Результаты измерений | |||||||||||
| a | b | c | ,
А
| ,
А
|  ,
А
|  ,
А
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
В
| ,
В
|  ,
В
| |
10. Составить отчет о работе.
Отчет должен содержать следующие основные разделы:
- цель работы;
- схемы опытных установок;
- технические характеристики приборов и аппаратов;
- таблицы измерений;
- векторные диаграммы напряжений и токов для заданных преподавателем опытов;
- выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дать определение трехфазной электрической системы.
2. Каковы преимущества трехфазной электрической системой по сравнению с однофазной?
3. Назовите условия симметрии трехфазных систем?
4. В чем отличие связанных и несвязанных трехфазных электрических цепей?
5. Каково соотношение между линейным и фазным величинами (напряжением, токами) в симметричной трехфазной системе при соединении «звездой»?
6. Что происходит в трехфазной цепи при соединении приемников звездой в случае нарушения симметрии нагрузки фаз?
7. Какова роль нейтрального (нулевого) провода?
9. Как изменяются токи и напряжения в цепи при обрыве линейного провода (при наличии нулевого провода и без него)?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Исследование трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником»
ЦЕЛИ РАБОТЫ
1. Проверка основных соотношений для трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником».
2. Построение соответствующих векторных диаграмм напряжений и токов.
3. Получение практических навыков в соединении приемников «треугольником».
