Основные схемы соединения трехфазных цепей

Существует два основных способа соединения обмоток генераторов, трансформаторов и приемников в трехфазных цепях: соединение звездой и соединение треугольником. Соединение генератора и приемника звездой показано на рис. 3.2, а соединение треугольником – на рис. 3.3.

При соединении звездой все «концы» фазных обмоток генератора и нагрузки соединяют в одну точку. Общие точки обмоток генератора и ветвей звезды нагрузки называются нейтральными (нулевыми), а соединяющий их провод – нейтралью (нулевым проводом). При соединении треугольником фазные обмотки генератора соединяются таким образом, чтобы «начало» одной обмотки соединялось с «концом» другой обмотки. Общие точки каждой пары фазных обмоток генератора и ветвей приемника соединяются проводами, носящими названия линейных проводов. Трехфазная цепь и трехфазный приемник называются симметричными, если комплексные сопротивления всех фаз одинаковы. В противном случае они называются несимметричными. Режим работы, при котором трехфазные системы напряжений и токов симметричны, называют симметричным режимом.

Рис. 3.2. Соединение фаз источника и нагрузки в звезду

Между линейными и фазными напряжениями и токами в симметричной трехфазной системе существуют следующие соотношения.

1) При соединении в звезду (рис. 3.2):

I_л=I_ф; U_л= U_ф.

2) При соединении в треугольник (рис. 3.3):

U_л=U_ф; I_л= I_ф.

Рис. 3.3. Соединение фаз источника и нагрузки в треугольник

Расчет трехфазных систем.

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, поэтому расчет и исследование процессов в них производятся при помощи символического метода и сопровождается построением векторных и топографических диаграмм.

Расчет симметричных трехфазных цепей производится только для одной фазы системы, так как здесь I_А=I_В=I_С; Z_А=Z_В=Z_С; j_А=j_В=j_С, т.е. имеет место полная симметрия. В этом случае при соединении звездой (рис. 3.2) линейные напряжения равны разностям соответствующих фазных напряжений:

а при соединении треугольником (рис. 3.3) линейные токи равны разностям соответствующих фазных токов:

На рис. 3.4 и 3.5 представлены топографические векторные диаграммы (ТВД) для случаев соединения фаз приемника звездой и треугольником соответственно.

Рис. 3.4. ТВД для соединения Рис. 3.5. ТВД для соединения

фаз приемника звездой фаз приемника треугольником

Расчет несимметричных трехфазных цепей при соединении в звезду и звезду с нулевым проводом следует начинать с определения напряжения смещения нейтрали:

, (3.1)

где – фазные напряжения источника; – проводимости фаз нагрузки и нулевого провода.

Токи в фазах нагрузки и нейтральном проводе:

причем фазные напряжения в несимметричной нагрузке равны

Если нагрузка соединена в звезду без нулевого провода, то и в (3.1) следует принять .

Если известны (в случае ) линейные напряжения и проводимости фаз нагрузки, то фазные напряжения нагрузки можно найти по формулам:

Порядок расчета несимметричной нагрузки с соединением фаз в треугольник зависит от учета либо неучета сопротивлений в линейных проводах (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Несимметричная нагрузка с соединением фаз в треугольник

Если известны линейные напряжения между зажимами A¢, B¢, C¢, к которым присоединены сопротивления приемника, то задача определения токов в нагрузке решается по закону Ома, а затем находятся токи в линейных проводах. Однако обычно бывают известны напряжения на зажимах A, B, C источника питания, поэтому расчет несколько усложняется. Проще всего его провести, заменяя треугольник сопротивлений эквивалентной звездой. Определив токи в линейных проводах, нетрудно определить фазные напряжения приемника в эквивалентной звезде и получить линейные напряжения на фазах приемника как разность фазных напряжений эквивалентной звезды, а затем вычислить токи в ветвях треугольника нагрузки. Формулы преобразования звезды сопротивлений ( ) в эквивалентный треугольник сопротивлений ( ) и обратно имеют вид: