4.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом

У источника энергии, выполненного по схеме «звезда» концы фаз-ных обмоток Z,Y,X генератора соединяются в общий узел в N (рису- нок 4.2). AACCBBAEUUUEEBCNZXYzzzANbbcaaBCaIIIUUUIbznyxcяc

Рисунок 4.2 – Схема электрической цепи при соединении источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом

Аналогичный узел образует соединение концов nz,y,x трех фаз приемника, а точки N и соединяет нейтральный провод, в результате чего потенциалы этих точек равны. Остальные три провода, соединяющие выводы генератора nС,В,А с выводами приемника называются ли-нейными. с,b,а

Таким образом, вместо шести проводов (в случае раздельного пита-ния фаз приемника однофазными источниками) трехфазная система, вы-полненная по схеме «звезда» с нулевым проводом содержит четыре прово-да.

Следовательно, трехфазная электрическая цепь обеспечивает пере-дачу электрической энергии с меньшими потерями и с меньшим расходом материала проводов при передаче одинаковой мощности. В этом следую-щее преимущество трехфазных электрических цепей перед однофазными.

120

Линейные токи в линиях (проводах) CBAI,I,I&&&cC,bB,aA−−− оп-ределяются по закону Ома в комплексной форме: AAAZUI&&=; BBBZUI&&=; CCCZUI&&=.

(4.4)

Ток в нейтральном проводе связан с линейными токами законом Кирхгофа в комплексной форме: NI&

CBANIIII&&&&++=.

(4.5)

Очевидно, что в схеме (рисунок 4.2) линейные токи явля-ются одновременно и фазными, т.е. они протекают одновременно в фазах источника и приемника и в соединяющих их проводах (линиях). CBAI,I,I&&&

Приемник с одинаковыми сопротивлениями всех трех фаз (ϕjфcbaeZZZZ⋅===) называется симметричным.

Из уравнений (4.4) следует, что при симметричном приемнике дей-ствующие значения линейных токов и токов всех фаз приемника равны: лIфI

CBAфлIIIII====.

(4.6)

Равны также сдвиги фаз ϕ этих токов относительно соответствую-щих фазных напряжений.

Таким образом, токи представляют симметричную систему токов, в связи с чем их векторная сумма равна нулю и ток в нейтральном проводе согласно (4.5) также равен нулю. CBAI,I,I&&&NI&

Векторная диаграмма напряжений и токов при емкостном характере симметричного приемника (ток опережает напряжение по фазе на угол ϕ) изображена на рисунке 4.3,а.

Векторная диаграмма напряжений на рисунке 4.3,а повторяет век-торную диаграмму напряжений источника электрической энергии (рису-нок 4.1), т.к. система фазных и линейных напряжений в рассматриваемой электрической цепи задается источником и не зависит от нагрузки. В этом достоинство электрической цепи с нулевым проводом.

Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура ANBA (рисунок 4.2):

ABBAUUU&&&=−,

(4.7)

где U – комплекс линейного напряжения. AB&

121

ААВВСС+1+1++=a)б)CACCCCNNBBBBAAAAABBCUUUUIII< 0IIIIIIIIUU

Рисунок 4.3 – Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной электрической цепи при соединении симметричного приемника и источника по схеме «звезда» при емко-стном характере приемника (а), при несимметричном приемнике (б)

На векторной диаграмме вектор U направлен в т.AB&A так, чтобы вы-полнялось условие (4.7)

Физически это направление вектора указывает, что условно потенци-ал т.A выше потенциала т.В.

Из векторной диаграммы следует, что при симметричном приемнике, соединенном в «звезду», и при наличии нулевого (нейтрального) провода, симметричной системе напряжений (4.3) соответствует симметричная система токов:

()()()







−+=−+=+=00240120ϕωϕωϕωtsinIitsinIitsinIimCmBmA

(4.8)

Однако, если приемник несимметричный, токи в схеме (рисунок 4.2) не будут представлять симметричную систему и в нулевом проводе в соот-ветствии с (4.5) появится ток . NI&

На рисунке 4.3,б приведена векторная диаграмма токов для случая несимметричного приемника емкостного характера.