Способы соединения фаз источника и приемника

Для получения трехфазной системы необходимо определенным образом соединить фазы источника и фазы потребителя электрической энергии. В промышленности наибольшее распространение получила четырехпроводная трехфазная система электроснабжения, в которой фазы источника и фазы потребителя (фазы нагрузки) соединены звездой, как показано на рис. 2.14. При таком соединении все концы фаз источника соединяются в один узел N. Аналогичным образом в узле n объединяются концы или начала фаз нагрузки. Узлы N и n, называемые нейтралями, соединяются одним проводом, который называют нейтральным проводом. Свободные выводы фаз соединяют линейными проводами. На рис. 2.14 это провода Аа, Вв и Сс.

Рис. 2.14 - Соединение фаз источника и приемника звездой

Напряжения, действующие между нейтральным проводом и линейными проводами фаз, называются фазными напряжениями. На рисунке 2.14 это напряжения и .

Если нагрузка симметричная, то есть , действующие значения фазных напряжений будут одинаковы, то есть

Токи в фазах источника и нагрузки и называются фазными токами. При их суммировании получим ток в нулевом проводе . Для случая симметричной нагрузки и нулевого провода может не быть.

Напряжения между линейными проводами называются линейными. Соотношения между фазными (U_Ф) и линейными (U_Л) напряжениями показаны на рис. 2.15. При сложении векторов образуются три равнобедренных треугольника с углом у вершины, равным 120 градусов и боковыми углами по 30 градусов.

Рис. 2.15 - Соотношения между фазными и линейными напряжениями: а) векторные; б) аналитические

Из треугольников напряжений следует, что

(2.36)

Соотношение (2.36) является важным для определения соотношения действующих в четырехпроводной трехфазной сети напряжений. Если фазное напряжение U_Ф = 220 В, то линейное напряжение U_Л = 380 В. При напряжении U_Л = 220 В фазное напряжение U_Ф = 127 В. В данной системе линейные токи, под которыми подразумевают токи в линейных проводах, равны фазным токам, то есть .

При несимметричной нагрузке, когда , ток нулевого провода . Соотношение (2.36) справедливо и в этом случае. Наличие нулевого провода при этом обязательно. При его отсутствии, например, обрыве, происходит изменение величин фазных напряжений. В одних фазах напряжение может возрасти, в других - понизиться. Такая ситуация приведет к нарушению нормального режима работы приемника (нагрузки). По этой причине запрещена установка в цепь нулевого провода предохранителей.

При передаче электрической энергии используется также трехпроводная трехфазная система, у которой фазы соединены треугольником (Рис. 2.16). Алгебраическая сумма ЭДС источника будет равна нулю и при любых соотношениях сопротивлений фаз нагрузки дополнительные провода не требуются. Линейные напряжения в такой системе равны фазным.

Рис. 2.16 – Соединение фаз источника и приемника треугольником

Векторная диаграмма напряжений и токов показана на рис. 2.17. Для простоты построения взята симметричная нагрузка, когда

(2.37)

Выполнив алгебраическое сложение векторов токов фаз нагрузки, получим векторы линейных токов (Рис.2.17, а). Рассмотрев треугольники токов, получим, аналогично как в предыдущем случае для напряжений в четырехпроводной системе, что каждый из линейных токов

(2.38)

Рис. 2.17 – Векторная диаграмма напряжений и токов в трехпроводной трехфазной системе при симметричной нагрузке