Соединение источника и потребителя в звезду

Как и любая трехфазная система, трехфазная цепь может быть представлена как совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют э.д.с., сдвинутые относительно друг друга на 120°. Три независимых потребителя можно в принципе питать от каждой обмотки генератора. В таком случае имеем трехфазную несвязанную систему (рис. 6.2). Три провода , идущие от нагрузки к генератору, можно заменить одним, соединив соответствующие точки генератора и нагрузки. В результате получим связанную систему (рис. 6.3). Фактически это те же три фазы, соединенные в одну сложную разветвленную цепь. Точки соединения обмоток генератора или нагрузки называют нейтральными или нулевыми (0 и 0¢).

Рис. 6.2

Рис. 6.3

Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и нагрузки, называют нулевым или нейтральным проводом, остальные три провода – линейными. Начала обмоток фаз генератора принято обозначать буквами A, B, C, концы – буквами x, y, z . Концы фаз нагрузки обозначают буквами a, b, c.

За начало фазы генератора принимается тот вывод, к которому направлена э.д.с. За положительное направление токов в линейных проводах принимается направление от источника к потребителю, в нулевом – от потребителя к источнику.

Если в одну точку соединены начала или концы обмоток, то такое соединение называют соединением в звезду. Сравнивая трехфазные системы на рис. 6.2 и 6.3 можно заметить, что на рис. 6.3 уменьшилось количе-

Рис. 6.4

ство проводов и, следовательно, уменьшится расход цветных металлов. Второе преимущество – получение двух рабочих напряжений. Это можно видеть на векторной диаграмме (рис. 6.4). Фазные напряжения – это напряжения на фазах генератора или нагрузки. Если внутреннее сопротивление генератора и сопротивления соединительных проводов равны нулю, то напряжения , , на фазах на-

грузки совпадают с э.д.с. , , генератора (см. рис. 6.1, б). Линейные напряжения – это напряжения , , между линейными проводами (рис. 6.4).

Аналогично определяются линейные и фазные токи. Линейные токи – это токи в линейных проводах, а фазные токи – это токи в фазах генератора или нагрузки. Токи , , , показанные на рис. 6.3, протекают и по линейным проводам и по фазам нагрузки и генератора. Это означает, что при соединении в звезду линейные и фазные токи совпадают. Ток в нулевом проводе

.

Трехфазную систему, изображенную на рис. 6.3, называют трехфазной системой с нулевым проводом. Если нулевой провод убрать, то получим трехфазную систему без нулевого провода, для которой

.

Соединение треугольником

Возможна другая система соединения обмоток, называемая треугольником, при которой начало одной фазы соединяется с концом предыдущей (рис. 6.5). При таком соединении источника и потребителя напряжения на фазах совпадают с напряжениями между соответствующими линейными проводами, то есть линейные напряжения совпадают с фазными и имеем одну систему напряжений. Для токов имеем две системы: фазные токи , , и линейные токи , , . Линейные и фазные токи связаны в соответствии с первым законом Кирхгофа равенствами:

Рис. 6.5	Рис. 6.6

;

;

.

В заключение отметим следующее.

1. При расчете трехфазных цепей, содержащих электрические машины (генераторы, двигатели), следует учитывать, что если режим работы цепи симметричный, то электрическую машину можно заменить эквивалентной схемой замещения, состоящей из трех одинаковых сопротивлений, соединенных в звезду или треугольник. При несимметричных режимах используют более сложные схемы замещения. Расчет несимметричных режимов при наличии вращающихся машин, которые относят к так называемой динамической нагрузке, производят специальным методом расчета – методом симметричных составляющих, который будет рассмотрен ниже. На данном этапе рассматриваются трехфазные цепи со статической нагрузкой.

2. В общем случае может встретиться любая комбинация соединения обмоток генератора и нагрузки (или соединения обмоток трехфазных трансформаторов): /D, D/ , D/D, / . В любом случае лучи звезды и стороны треугольника называют фазами. Токи в них называют фазными токами, а напряжения – фазными напряжениями. Токи, протекающие по линейным проводам, и напряжения между линейными проводами называют линейными токами и напряжениями.

3. Так как трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, то и расчет и исследование процессов в них производят теми же методами, которые рассматривались ранее (метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие). В частности, широко используются символический метод, векторные и топографические диаграммы.