СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ЗВЕЗДОЙ

Электрификация промышленности производится синусоидальным пере-менным током трехфазной системы, который имеет ряд преимуществ по сравнению с однофазным током.

Действующие значения синусоидального напряжения фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120° или на одну треть периода. В трехфазной системе тока применяются, в основном, два способа соединений потребителей: звездой и треугольником.

Потребители трехфазной системы тока могут соединяться звездой с нулевым (уравнительным) проводом, либо без него.

Соединение звездой с нулевым проводом применяется в случае, когда нагрузка фаз несимметрична. Типичным представителем такой нагрузки является осветительная нагрузка. (Необходимо обратить внимание на то, что по техническим условиям в производственных схемах на нулевом проводе запре­щается ставить предохранители и выключатели, так как в случае выключения нулевого провода произойдет изменение режима работы потребителя.)

Если в качестве нагрузки используются электродвигатели – то это типичный представитель симметричной нагрузки. Под ней понимают нагрузку, для которой справедливы соотношения:

Z_A = Z_B = Z_C = Z и tg φ_A = tg φ_B = tg φ_C (т.е. – нагрузка однородная).

В трехфазной системе тока при соединении в звезду различают следующие напряжения: U_A, U_B, U_C – фазные напря­жения и U_AB, U_BC, U_CA – линейные напряжения.

Линейные напряжения могут быть выражены следующими урав­нениями:

;

;

.

Ток в линейном проводе и нагрузке один и тот же, следовательно

I_л = I_ф = I.

На основании этих соотношений можно построить векторную диаграмму напряжений и токов.

Вектора трехфазных напряжений в соответствующем масштабе отклады-ваются под углом 120° (рис. 10). Для получения вектора линейного напряжения U_AB необходимо прибавить к вектору фазного напряжения U_A вектор фазного напряжения U_B с обратным знаком. Вектор линейного напряжения U_BC полу-чится, если к вектору фазного напряжения U_B прибавить с обратным знаком вектор фазного напряжения U_C. Аналогично получают вектор U_CA .

Если рассмотреть треугольник, образованный векторами (U_A – U_B) и век-тором U_AB, то нетрудно определить вектор линейного напряжения U_AB. Он в больше вектора фазного напряжения U_A. В общем виде это соотношение записывается так:

U_л= U_ф

Вектора токов отстают от векторов фазных напряжений на угол φ. Следо-вательно, в рассматриваемом случае (рис. 10) имеет место активно-индуктивная нагрузка. При активной нагрузке ток и напряжение будут совпадать по фазе (φ = 0).

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе по первому закону Кирхгофа определяется уравнением:

Активная мощность в системе трехфазного тока определяется:

а) при несимметричной нагрузке фаз как P = P_A + P_B + P_C ,

где P_A = U_A I_A cos φ_A ; P_B = U_B I_B cos φ_B ; P_C = U_C I_C cos φ_C ;

б) при симметричной нагрузке фаз как

P = 3P_Ф = 3 U_ФI_Фcos φ_Ф

Если заменить фазные величины линейными, то формула примет вид

Р = U_лI_л cos φ_Ф

Эта формула справедлива для схем соединений потребителей как звездой, так и в треугольником.

Рис. 10. Векторная диаграмма напряжений и токов

В данной работе исследуется включение в цепь трехфазной системы тока трех резисторов, которые являются активными потребителями электрической энергии.

1. Собрать схему (рис. 11).

2. Записать технические данные измерительных приборов и аппаратов в соответствующую таблицу протокола.

3. Определить цену деления приборов.

4. После тщательной проверки схемы студентами и преподавателем, предупредив всех членов бригады, произвести включение схемы. Включив схему и проверив, что все приборы работают нормально, выполнять лабора-торную работу в следующем порядке:

а) установить симметричную нагрузку всех трех фаз. Нулевой провод включен. Показания приборов записать в табл. 6;

б) установить выключателями симметричную нагрузку всех трех фаз. Нулевой провод отключен. Записать показаний приборов в табл. 6;

в) установить несимметричную нагрузку всех трех фаз. Нулевой провод включен. Показания приборов записать в табл. 6;

г) установить выключателями несимметричную нагрузку всех трех фаз. Нулевой провод отключен. Записать показаний всех приборов в табл. 6;

д) отключить фазу А и выполнить опыты с N – проводом и без него при R_B=R_C;. Показания приборов записать в табл. 6

е) при отключенной схеме замкнуть накоротко начало и конец фазы А без N – провода. Включить схему и произвести измерения. Показания приборов записать в табл. 6.

Рис. 11. Схема соединения потребителей звездой

5. По данным табл. 6 построить векторные диаграммы для всех проведенных опытов. При построении векторных диаграмм, из векторов линейных напряжений строится равносторонний треугольник (рис. 12). Месторасположение нулевой точки находится путем засечек из вершин треугольника радиусами, равными фазным напряжениям. Вектора фазных токов откладываются вдоль соответствующих векторов фазных напряжений. Ток в нейтральном проводе находится по векторной диаграмме в соответствии с приведенным выше соотношением. По векторной диаграмме также определяется и вектор U₀.

Таблица 6

В качестве примера, на рис. 12 приведена векторная диаграмма для трехфазного активного симметричного потребителя, соединенного звездой с нулевым проводом.

Рис. 12. Пример построения векторных диаграмм