Для соединения потребителей звездой три конца фаз объединяются в одну общую точку, называемую нейтральной точкой звезды (точка n на рис. 5-1), а к началам фаз присоединяются линейные провода (Аа., Вв, Сс). Нейтральная точка соединяется с нейтральной точкой генератора четвертым проводом, который называется нейтральным (Nn на рис. 6-1).
Рис. 6-1. Схема соединения потребителей в звезду
Напряжения между линейными проводами называются линейными UАВ, U ВС, U СА (рис. 6-1), а напряжения между линейными проводами и нейтральным проводом — фазными напряжениями UA, U В , UC .
Эти напряжения связаны между собой векторными уравнениями:
U АВ = UA - U В ,
U ВС = U В - U С , (6.1)
UCA = UC - UA.
Токи IA , IB , IC, протекающие в линейных проводах, называются линейными I Л, а токи в фазах приемников — фазными I ф. При соединении приемников звездой линейные токи одновременно являются ифазными:
I Л = I ф. (6.2)
Если полные сопротивление Za, Z b, Zc отдельных приемников равны между собой
Z a = Z b = Z c = Z ф (6.З)
и углы j а, j b, j c сдвига фаз между фазными напряжениями исоответствующими им фазными токами одинаковые
j а = j b = j c = j (6.4)
то такую нагрузку называют симметричной. при симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе равен нулю
IN = 0 (6.5)
что позволяет трехфазную линию выполнить трехфазной, а линейные и фазные напряжения связаны соотношением
U Л = 
U ф (6.6)
Фазный ток I ф зависит от величины разного напряжения U фна зажимах приемника и его полного сопротивления Z ф, его находят по формуле
I ф = U ф/ Z ф (6.7)
При симметричной трехфазной системе э.д.с., наводимой в обмотках генератора, и симметричной нагрузке фазные напряжения UA, U В , UC одинаковы, фазные токи IA , IB , IC равнымежду собой и сдвинуты по отношению к своим напряжениям на одинаковые углы
j = arctg (x ф/ r ф), (6.8)
где x ф - реактивное сопротивление фазы нагрузки,
r ф - ее активное сопротивление.
Режим трехфазной цепи, при котором трехфазные системы напряжений и токов симметричны, называют симметричным режимом и отображают векторной диаграммой напряжений и токов, представленной на рис. 6-2.
Рис.6-2. Векторная диаграмма напряжений и токов при
симметричной нагрузке
Если комплексные сопротивления фаз разные
Z a ¹ Z b ¹ Z c, (6.9)
то нагрузка называется несимметричной, но она равномерная, если соблюдается равенство (6.3) и однородная, если соблюдается равенство (6.4).
При несимметричной нагрузке фаз, нарушается симметрия фазных токов IA , IB , IC и в нейтральном проводе возникает ток.
IN = IA + IB + IC. (6.10)
Векторная диаграмма фазных токов также несимметрична (рис.6-3,a).Однако, при наличии нейтрального провода, симметрия фазных напряжений нагрузки сохраняется. Векторная диаграмма остается такой же, как и при симметричной нагрузке (рис. 6-2).
а) б)
Рис. 6-3. Векторная диаграмма напряжений и токов при несимметричной нагрузке:
а) с нейтральным проводом;
б) без нейтрального провода
При обрыве нейтрального провода нормальный режим работы трехфазной установки нарушается: фазные токи изменяются и устанавливаются такими, чтобы сумма ихстала равной нулю. Это приводит к искажению симметрии фазных напряжений ("перекос напряжений"), в результате чего приемники окажутся под напряжениями отличающимся от номинального значения фазного напряжения. Недопустимость такогорежима вынуждает обращать внимание на целость нейтрального провода и не допускать применения в нем злектрических аппаратов, которые могут вызвать его отклонение от нейтральной точки приемников. Соотношение (6.6) нарушается. Токи и напряжения на фазах будут несимметричны (рис.6-3, б).
Симметричность линейных напряжений не нарушается (рис.6-3,б) так как отключение нейтрального провода, так же как и изменение нагрузки, не влияет на потенциалы точек А, В, С.
При обрыве линейного провода (например С) приемники данной фазы остаются без энергии, а приемники двух других фаз (A и В) продолжают получать питание от неповрежденных проводов трехфазной системы. При наличии нейтрального проводадля приемников, присоединенных к неповрежденным линейным проводам (А и В), обрывчужого линейного провода (С) практически не ощущается,т.е. напряжения UA и UB остаются неизменными, а ток в нейтральном проводеопределится геометрической суммой токов двух фаз (рис.6-4)
IN = IA + IB (6.11)
Рис. 6-4. Векторная диаграмма токов и напряжений при обрыве фазы С
При отсутствии нейтрального провода фазные напряжения на зажимах обоих последовательно соединенных приемников пропорциональны величинам их полных сопротивлений, а. при преобладании в одной фазе индуктивной, ав другой емкостной нагрузки может возникнуть резонанс напряжений, сопровождающийся установлением повышенных напряжений на зажимах приемников и резким увеличением тока.
Векторную диаграмму напряжений трехфазных цепей строят циркулем по опытным данным методом засечек, для чего сначала вычерчивают треугольник ли-нейных напряжений UАВ , U ВС , U СА затем из соответствующих его вершин радиусами, равными фазным напряжениям UA, U В , UC описывают дуги, пересечение которых определяют точку, являющуюся началом векторов фазных напряжений. Для построения векторной диаграммы токов нужно под углами j а, j b, j c к векторам фазных напряжений UA, U В , UC провести векторы фазных токов IA , IB , IC.
Активная мощность всехприемников, соединенных звездой, определяется как сумма активных мощностей отдельных ее фаз.
P = P Ф А + Р Ф В + Р Ф С = UAIAcos j A + UBIBcos j B + UCICcos j C (6.12)
где cos j A = cos j B = cos j C = cos j =1, при чисто активной нагрузке.
При симметричном режиме трехфазной системы активная мощность может быть найдена из выражения:
P =3 U Ф I Ф cos j (6.13)
При отсутствии нейтрального провода активная мощность трехфазной системы может быть выражена так:
Р = РАС + РВС = UACIAcos (UAC ^ IA)+ UBCIBcos (UBC ^ IB) (6.14)
и измерена двумя однофазными ваттметрами (рис.6-5), из которых ваттметр WAC показывает первое слагаемое формулы (6.l4), а ваттметр WBC - второе. Алгебраическая сумма показаний этих ваттметров дает активную мощность всех приемников, присоединенных к трехфазной сети.
Рис. 6-5. Схема измерения активной мощности в трехфазной сети двумя однофазными ваттметрами
Перечень оборудования
1. Источник трехфазного тока U Л = 220 В, U Ф = 127 В.
2. Блок с ламповые реостатами.
3. Катушка индуктивности.
4. Батарея конденсаторов.
5. Амперметры - 4 шт. с пределом измерений 2А.
6. Вольтметр с пределом измерений 250 В.
Содержание работы
Исследовать процессы в трехфазной цепи, соединенной звездой при симметричной и несимметричной нагрузках, с нейтральным и без нейтрального провода. Измерить активную мощность трехфазной цепи по методу двух ваттметров. По результатам измерений построить векторные диаграммы.
Порядок выполнения работы
