Как называются провода соединяющие генератор с нагрузкой
Перейти к содержимому

Как называются провода соединяющие генератор с нагрузкой

  • автор:

Цепи Трехфазного тока. Трехфазные генераторы.

Цепь трехфазного тока – это совокупность трехфазного генератора, трех фазных нагрузок и соединяющих их проводов.

Трехфазный генератор представляет собой систему трех ЭДС одной и той же частоты, получаемую в одной и той же электрической машине.

В подавляющем большинстве случаев используется симметричный трехфазный генератор. При этом все три ЭДС равны по величине и сдвинуты по фазе последовательно друг относительно друга на 120°.

Таким образом, если

,

Временные диаграммы для этих трех ЭДС показаны на рисунке 1.

Те же ЭДС в символической форму могут быть представлены следующим образом:

где

Векторные диаграммы системы показаны на рисунке 2.

Соединение трехфазного генератора с нагрузками. Линейные, фазные токи и напряжения. Виды трехфазных нагрузок.

В простейшем случае каждая фаза трехфазного генератора может быть соединена с соответствующей фазой нагрузки двумя проводами. При этом получается, так называемая, трехфазная система.

Рис. 3

На рисунке 3 видно, что в несвязанной трехфазной системе отдельные фазы гальванически не связаны друг с другом.

Однако, из-за нерациональности использования проводов такая схема соединения проводов на практике не используется. Она представляет лишь некоторый теоретический интерес.

На практике используются соединения генератора и нагрузки ”звездой” (рисунок 4) и ”треугольником” (рисунок 5).

Рис. 4

Рис. 5

В схеме на рисунке 4 провод, соединяющий, так называемые, нулевые точки генератора и нагрузки, называется нулевым проводом или нейтралью.

Остальные провода, соединяющие генератор с нагрузкой, а так же все провода в схеме рисунка 5 называются линейными проводами.

В трехфазных цепях различают линейные и фазные токи и напряжения.

Определение 1.

Ток в линейном проводе называется линейным током.

Определение 2.

Ток в отдельной фазе нагрузки называется фазным током.

Определение 3.

Напряжение между линейными проводами называется линейным.

Определение 4.

Напряжение на отдельной фазе нагрузки называется фазным.

Кроме того, ток в нулевом проводе в схеме рисунка 4 называется током нейтрали или током нулевого провода.

Из рисунка 4 видно, что система линейных токов точно так же при соединение ”звездной”, совпадает с системой фазных токов. Точно так же при соединение ”треугольником” (рисунок 5) система линейных напряжений совпадает с системой фазных напряжений.

Трехфазная нагрузка может быть:

равномерной, если фазные нагрузки совпадают по модулю, т.е.

;

однородной, если фазные нагрузки совпадают по аргументам, т.е

симметричной, если совпадают комплексы фазных сопротивлений, т.е.

Ясно, что симметричная нагрузка является одновременно и равномерной, и однородной.

Конечно, трехфазная нагрузка может быть и несимметричной, и неравномерной, и неоднородной, а любого произвольного вида.

Соединение трехфазного генератора “звездой” при симметричной нагрузке

В дальнейшем будем считать, что используются симметричные трехфазные генераторы, т.е.

По условию нагрузка симметрична, значит

Для начала будем считать, что сопротивления линейных проводников в схеме рисунка 6 равны нулю.

Рис. 6

Тогда

т.е. система фазных напряжений образует также симметричную трехфазную систему.

Фазные (они же линейные) токи будут, очевидно, равны:

Видно, что система токов является тоже симметричной трехфазной системой.

Ток в нулевом проводе определяется по первому правилу Кирхгофа для узла О’.

Так как ток в нулевом проводе при симметричной нагрузке оказался равен нулю, то для этих условий его использовать необязательно.

Определим значения линейных напряжений. По второму закону Кирхгофа имеем:

Итак, видно, что и система линейных напряжений симметрична.

Таким образом, выясняется, что все токи и все напряжения образуют симметричные системы. В этом ничего удивительного нет, так как используются симметричные генераторы и симметричная нагрузка.

Векторная диаграмма для рассмотренного случая показана на рисунке 7.

Рис.7

Остановимся еще на одном важном соотношении, имеющем место только при симметричной нагрузке и только при соединении “звездой”.

Выше было установлено, что все три фазных напряжения равны по величине:

Для линейных напряжений:

Следовательно, при симметричной нагрузке:

Трёхфазная симметричная система ЭДС.

Трехфазные цепи. Трехфазная симметричная система ЭДС. Принцип работы синхронного генератора. Симметричный режим работы трехфазной цепи звезда — звезда. Симметричный режим работы трехфазной цепи звезда – треугольник. Векторные диаграммы. Назначение нулевого провода.

Термины и определения основных понятий

Многофазная система электрических цепей — совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные электродвижущие силы одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе, создаваемые общим источником электрической энергии.

Фаза (многофазной системы электрических цепей) — часть многофазной системы электрических цепей, в которой может протекать один из электрических токов многофазной системы электрических токов.

Многофазная электрическая цепь — многофазная система электрических цепей, в которой отдельные фазы электрически соеди­нены друг с другом.

Теоретический материал

Трёхфазная симметричная система ЭДС.

В большинстве случаев в сетях электроснабжения используется переменный трёхфазный ток, так как с его помощью можно передавать электрическую энергию более экономично, чем при помощи однофазного.

Кроме того, с помощью трёхфазного тока можно получить круговое вращающееся электрическое поле, которое лежит в основе трёхфазных электрических машин.

Это совокупность трёх одинаковых по амплитуде и частоте ЭДС, сдвинутых по фазе на относительно друг друга (рис 10.1). В любой момент времени их сумма равна нулю

В комплексной форме записи.

Пусть в общем случае имеет ненулевую начальную фазу.

Обозначим – оператор трёхфазной системы, тогда:

Симметричную трехфазную систему ЭДС получают с помощью синхронных генераторов, в которых используется следующий способ получения ЭДС индукции:

В однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью вращается проволочная рамка (виток) (рис. 10.2), ось вращения которой перпендикулярна силовым линиям.

Пронизывающий рамку магнитный поток изменяется косинусоидально , а ЭДС, наводимая в рамке изменяется синусоидально:

Если в магнитном поле вращать три рамки сдвинутые на относительно друг друга (рис. 10.3), то и ЭДС наводимые в них также будут сдвинуты на .

В отличие от данной конструкции в синхронном генераторе вращаются не обмотки, а магнитное поле созданное постоянным магнитом (электромагнитом) ротора. Обмотка находится в пазах статора. Внутри пазы равномерно распределены по окружности статора. Магнитные оси отдельных катушек сдвинуты в пространстве на угол , где р – число пар полюсов

Обмотки соединяют в звезду или треугольник (рис. 10.4).

При включении обмоток генератора в треугольник ток в них в режиме холостого хода равен нулю, так как равна нулю сумма ЭДС.

Однако добиться идеальной симметрии ЭДС обмоток генератора трудно, поэтому чаще обмотки включают в звезду.

Совокупность трёхфазной симметричной системы ЭДС, трёхфазной нагрузки и соединительных проводов, называется трёхфазной цепью.

Симметричный режим работы трёхфазной цепи выполненной по схеме звезда – звезда с нулём.

Под фазой трёхфазной цепи понимают участок цепи, по которому течёт одинаковый ток. При этом разделяют понятия фаза генератора и фаза нагрузки.

Для обозначения величины применительно к генератору используют большие буквы, для нагрузки – маленькие (схема на рис. 10.5).

ОА – фаза А генератора

ОВ – фаза В генератора

ОС – фаза С генератора

а – фаза а нагрузки

в – фаза в нагрузки

с – фаза с нагрузки

Точка, в которой объединены концы трёх фаз нагрузки, называют нулевой точкой нагрузки.

Провод, соединяющий нулевые точки генератора и нагрузки, называют нулевым (нейтральным).

Провода, соединяющие генератор с нагрузкой, называются линейными.

Симметричный режим работы (симметричная трёхфазная цепь) будет в том случае, если при симметричном генераторе нагрузка во всех фазах одинакова(равномерная или симметричная нагрузка).

– фазные напряжения генератора

– фазные напряжения нагрузки

Так как в рассматриваемой схеме сопротивление линейных проводов (и нулевого) равно нулю, то

Напряжения между линейными проводами называется линейными напряжениями. Линейные напряжения образуют симметричную систему (рис. 10.6)

Линейное напряжение в раз больше фазного и опережает его на угол .

Токи, текущие по линейным проводам, называют линейными токами. Токи, текущие по фазам генератора, называют фазными токами. В схеме звезда – звезда линейные токи равны фазным. Они так же образуют симметричную систему.

Нулевой провод цепи звезда – звезда необходим для симметрирования фазных напряжений нагрузки независимо от величин самих нагрузок. Поскольку ток в нулевом проводе больше фазных (линейных) токов, то сам нулевой провод должен выполняться с большим сечением.

В симметричном режиме работы ток в нулевом проводе отсутствует, и этот провод может быть изъят из цепи без изменения режима её работы.

Эта схема эквивалентна первой (рис. 10.7)

Симметричный режим работы трёхфазной цепи, включённой по схеме звезда – треугольник ( рис. 10.8)

Фазы напряжения нагрузки равны соответствующим линейным напряжениям.

Фазные токи нагрузки образуют симметричную систему (рис. 10.9).

Линейные токи больше фазных в раз и отстают от них на угол

Контрольные вопросы

1. Почему в большинстве случаев в цепях электроснабжения используется трехфазный ток?

2. Что такое трехфазная симметричная система Э.Д.С.?

3. С помощью чего получают симметричную трехфазную систему Э.Д.С.?

4. На какой угол сдвинуты магнитные оси обмоток находящихся в пазах статора синхронного генератора?

5. Какие схемы соединения генератора и нагрузки существуют?

6. Что понимают под фазой трехфазной цепи?

7. Что такое нулевая точка?

8. Как называются провода, соединяющие генератор с нагрузкой?

9. Какой режим работы трехфазных цепей называется симметричным?

10. Для чего необходим нулевой провод цепи звезда – звезда.

Упражнения и задачи

1. Что покажет вольтметр электродинамической системы, включенный в разрыв обмотки трехфазного генератора, соеди­ненного треугольником? В фазах генерируется симметричная система синусоидальных ЭДС.

2. Напряжение фазы А симметричной трехфазной системой ЭДС . Записать выражение для напряжений фаз В и С.

3. Ток фазы А симметричной системы ЭДС . Записать выражения для токов в фазах В и С.

4. Чему равно действующее значение тока в нулевом проводе при симметричной нагрузке?

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Студопедия рекомендует:

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от интенсивности света.
Классификация юридических лиц Юридические лица классифицируются по различным основаниям – критериям.
Административно-правовые акты: понятие, признаки, юридическое значение, виды Административно-правовой акт — это юридический акт, регулирующий определенные общественные отношения или разрешающий конкретное.
Медицинская этика и деонтология Медицинская этика – это совокупность нравственных норм профессиональной деятельности медицинских работников.
Основные черты информационного общества. Информационное общество — общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и.

Схемы соединений трехфазных цепей в электрических сетях

Достоинства трехфазных сетей, обеспечивающие повсеместное их распространение, очевидны:

энергия передается по трем проводам на большие расстояния экономически выгоднее чем если бы фаз было меньше;

синхронные генераторы, асинхронные двигатели, трехфазные трансформаторы — просты в производстве, они экономичны и надежны в эксплуатации;

наконец, трехфазная система переменного тока обладает способностью обеспечить (и принять на себя) неизменную мгновенную мощность на период синусоидального тока если трехфазная нагрузка на генератор одинакова во всех фазах.

Давайте же рассмотрим, какие основные схемы соединений трехфазных цепей в электрических сетях существуют.

Схемы соединений трехфазных цепей в электрических сетях

Обмотки трехфазного генератора переменного тока в принципе можно соединить с нагрузками по-разному. Так, наименее экономичным способом было бы напрямую присоединить к каждой фазе генератора по отдельной нагрузке, протянув по два провода на каждую нагрузку. Но при таком подходе понадобилось бы шесть проводов для соединения.

Это очень расточительно в плане расхода материалов и не удобно. Чтобы достичь экономии материалов, обмотки трехфазного генератора попросту объединяют в схему «звезда» или «треугольник». При таком решении проводов получается максимум 4 («звезда с нулевой точкой» или «треугольник») либо минимум 3.

Изображают трехфазный генератор на схемах в виде трех обмоток, расположенных под углами в 120° друг к другу. Если соединение обмоток генератора выполнено по схеме «звезда», то одноименные выводы обмоток соединяются друг с другом в одной точке (в так называемой «нулевой точке» генератора). Нулевая точка обозначается буквой «О», а свободные выводы (клеммы фаз) обмоток обозначаются буквами «А», «В» и «С».

Если обмотки генератора соединены между собой в схему «треугольник», тогда конец первой обмотки присоединен к началу второй обмотки, конец второй обмотки — к началу третьей, конец третьей — к началу первой — треугольник замкнулся. Геометрически сумма ЭДС в таком треугольнике будет равна нулю. И если к выводам «А», «В» и «С» нагрузку вообще не присоединять, то и ток по обмоткам генератора не потечет.

В итоге получаем пять основных схем соединения трехфазного генератора с трехфазной нагрузкой (см.рисунки). Всего на трех из этих рисунков можно видеть трехфазную нагрузку, соединенную звездой, где три конца нагрузки объединены в одной точке. Эта точка в центре звезды нагрузки называется «нулевой точкой нагрузки», она обозначается «О’».

звезда-звезда с нулевым проводом

звезда — звезда

звезда-треугольник

треугольник-треугольник

треугольник-звезда

Провод, соединяющий нулевые точки нагрузки и генератора, называется в таких цепях нулевым проводом. Ток нулевого провода обозначается «Iо». За положительное направление тока принимают обычно направление от нагрузки к генератору, то есть из точки «О’» к точке «О».

Провода, соединяющие точки «А», «В» и «С» выводов генератора с нагрузкой называются линейными проводами, а схемы, соответственно: звезда-звезда с нулевым проводом, звезда — звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник, треугольник-звезда — всего пять основных схем соединения трехфазных цепей в электрических сетях.

Токи, текущие по линейным проводам, называют линейными токами и обозначают их Ia, Ib, Ic. За положительное направление линейного тока принимают обычно направление от генератора — к нагрузке. Величины модулей линейных токов обозначают Iл, как правило без дополнительных индексов, ведь часто бывает так, что все линейные токи цепи равны по модулю. Напряжение между двумя линейными проводниками — это линейное напряжение, его обозначают Uab, Ubc, Uca или, если речь идет о модуле, то пишут просто Uл.

Каждая из обмоток генератора называется фазой генератора, а каждая из трех частей трехфазной нагрузки — фазой нагрузки. Токи фаз генератора и, соответственно, нагрузок, — называются фазными токами, обозначаются Iф. Собственные напряжения фаз генератора и фаз нагрузки называются фазными напряжениями, они обозначаются Uф.

Если обмотки генератора соединены в «звезду», то линейные напряжения в корень из 3 раз (в 1,73 раза) превосходят по модулю фазные. Так происходит потому, что линейные напряжения геометрически станут основаниями равнобедренных треугольников с острыми углами при основании по 30°, где бедра — это и есть фазные напряжения. Обратите внимание, что ряд низких трехфазных напряжений: 127, 220, 380, 660 — как раз и формируется путем умножения предыдущего значения на 1,73.

Линейное и фазное напряжение

При соединении обмоток генератора в «звезду», очевидно, линейный ток равен току фазовому. Но что произойдет с напряжениями, когда обмотки генератора соединены в «треугольник»? В этом случае линейное напряжение будет равно фазовому напряжению для каждой фазы и для каждой части нагрузки: Uл=Uф. При подключении нагрузки «звездой» ток линейный будет равен току фазному: Iл=Iф.

Когда нагрузка подключена по схеме «треугольник», за положительное направление токов выбирают направление обхода треугольника по часовой стрелке. Обозначение делается соответствующими индексами: от какой точки течет ток и к какой точке он притекает, например Iab – это обозначение тока от точки «А» к точке «В».

Если трехфазная нагрузка соединена треугольником, то линейные токи и фазовые токи не будут равны между собой. Линейные токи находятся тогда через фазовые токи в соответствии с первым законом Кирхгофа: Ia=Iab-Ica, Ib=Ibc-Iab, Ic=Ica-Ibc.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Соединение обмоток генератора "звездой " и "треугольником"

Пусть, мы имеем генератор переменного тока с тремя отдельными обмотками, расположенными под углом $120^0$ относительно друг друга. В этих обмотках создается трехфазный ток. Напряжения на обмотках равно:

В том случае, если данный генератор использовать без связи друг с другом, то генератор трехфазного тока становится просто совокупностью отдельных генераторов однофазного тока. В том случае, если обмотки соединяются определенным способом, то у трехфазного тока возникают специальные свойства, которые используют в технике. Используют два вида соединений обмоток генератора: «звездой» и «треугольником».

Соединение «звезда»

Рассмотрим схему соединения обмоток генератора «звездой». В ней концы трех обмоток соединяют в один узел, а начала служат для подключения нагрузок.

Схема соединения звездой показана на рис.1 (а). Такое соединение обмоток генератора позволяет использовать для передачи электроэнергии вместо шести проводов только четыре. Точка $O$ на схеме — точка общего потенциала (проводник, который соединен с точкой $О$ — нулевой провод). Такое соединение подобно соединению трех источников тока, которое показано на рис.1 (б).

При таком способе соединения напряжение между фазой и нулевым проводом называют фазным напряжением. Напряжение между фазами $A-B$, $B-C$, $C-A$ называют линейным. Для того, чтобы определить как соотносятся фазное и линейное напряжения необходимо брать геометрическую (векторную) разность.

Допустим, что генератор разомкнут, то есть $R_1=\ R_2=R_3=\infty ,\ $найдем связь между фазным напряжением (существующим в каждой из обмоток $О_1,\ О_2,О_3$) и линейными напряжениями (между проводами $0,1,2,3$). Линейное напряжение между проводом $О$ и любым другим проводом равно фазному и его амплитуда $U_m.\ $Линейное напряжение между любой парой проводов $1,2$ и $3$ будет отличаться. Найдем напряжение между проводами $1$ и $3$, которое равно разности потенциалов между свободными концами обмоток $О_1,\ О_2$:

Из формулы (2) видно, что линейное напряжение имеет такую же частоту, что и фазное. Однако, амплитуда линейного напряжения в $\sqrt<3>$ больше, чем фазного.

Допустим, что генератор имеет симметричную нагрузку ($R_1=\ R_2=R_3$). В таком случае амплитуда токов в проводах $1,2,3$ одинакова ($I_m$). Сила тока будет изменяться в соответствии с:

В нулевом проводе сила тока ($I$) равна сумме линейных токов:

Мы получили, что при симметричной нагрузке сила тока в нулевом проводе всегда равна нулю. В таком случае (при симметричной нагрузке!) нулевой провод можно удалить совсем и линия будет работать (однако, надо помнить, что при этом на каждую из пар нагрузок будет действовать линейное напряжение в $\sqrt<3>$ раз больше фазного).

Соединение треугольник

Обмотки трехфазного генератора и трехфазные нагрузки могут соединяться еще одним способом. В этом случае конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей, конец третьей с началом первой. При этом узлы соединений служат отводами. Такой способ соединения называют треугольником.

Схема соединения треугольник изображена на рис.2(а). Для основной гармоники при соединении обмоток генератора по схеме треугольник ток замыкания в обмотке равен нулю. Обмотки мощных генераторов обычно по такой схеме не соединяют. Эта схема соответствует соединению источников напряжения, которая изображена на рис. 2 (б).

Если бы ток был постоянным, то все обмотки при таком соединении были бы замкнуты накоротко. Но, если мы имеем дело с переменными напряжениями, которые имеют разность фаз, то дело коренным образом изменяется. Результирующее напряжение в треугольнике (см. схему вычисления (4)) равно:

Мы получаем, что если генератор не имеет нагрузки, то в обмотках нет тока. Из рис. 2 очевидно, что линейные напряжения равны фазным напряжениям. При разомкнутом генераторе амплитуда линейных напряжений равна амплитуде напряжения в одной обмотке $U_m.$

В соединении треугольником нет нулевого провода, неравномерность нагрузки существеннее сказывается на работе генератора, чем в случае соединения звездой. Из-за этой особенности соединение треугольник чаще всего применяют в силовых установках, например, трехфазных двигателях, где можно получить близкие по величине нагрузки фаз.

Предполагалось, что генератор и нагрузки соединялись одинаково (звездой или треугольником), конечно, возможны комбинации схем. Например, потребитель соединяется звездой, генератор треугольником.

Задание: Объясните, что произойдет в схеме, которая изображена на рис.1 (а), если оборван провод $1$? Что случится, если перегорел нулевой провод?

Решение:

Допустим, что в схеме соединения звезда (рис.1(а)) оборван провод $1$. Тогда нагрузка $R_1$ , будет выключена. Нагрузки $R_2\ и\ R_3$ будут нормально работать, так как на них будут присутствовать фазные напряжения.

Пусть перегорел нулевой провод. В этом случае каждая пара сопротивлений, например $R_1\ и\ R_2$ будут соединены последовательно и попадут под напряжение в $\sqrt<3>$ раз больше фазного. Это напряжение распределится в соответствии с правилами последовательного соединения, пропорционально сопротивлениям (в данном случае $R_1\ и\ R_2$). Так, если $R_1=R,\ R_2=\frac<1><10>R$, то на ветке $R_2$ мы получим $0,1U$, а на ветке $R_1$ будет $0,9 U$, где $U$- полное напряжение. Допустим, что напряжение в сети (фазное) $220В$, тогда:

\[U=\sqrt<3>\cdot 220=380\ \left(B\right)\left(1.1\right).\]

Из $380В$ на сопротивление $R_1$ придется $342 В$, тогда как на $R_2$ придется $38В$. Поэтому, если в качестве $R_1$ будет, например бытовая лампочка, она перегорит и ток в обеих ветвях прервётся.

Задание: Объясните, почему соединение звездой применяют в технике освещения?

Решение:

Необходимость применения соединения «звезда», которая имеет нулевой провод, существует в технике освещения, так как при работе осветительных приборов невозможно добиться симметрии в нагрузках. В таких сетях все три фазы и нулевой (нейтральный) провод подводят, например, к жилым домам, внутри дома пытаются примерно одинаково нагрузить каждую фазу, так чтобы общая нагрузка была наиболее симметричной. При этом к каждой квартире приходит нулевой провод и одна из фаз. На распределительный щит, через который проходят две или три фазы, в нулевой провод предохранитель не ставят, так как его перегорание ведет асимметрии напряжений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *