U фазне. Фазні та лінійні струми та напруги. Чисельні співвідношення між фазними та лінійними величинами

Трифазна ланцюг складається з трьох основних елементів: трифазного генератора, лінії передачі з усім необхідним обладнанням, приймачів (споживачів). Напруга між лінійним проводом та нейтраллю (Ua, Ub, Uc) називається фазним. Напруга між двома лінійними проводами (UAB, UBC, UCA) називається лінійним. Для з'єднання обмоток зіркою, при симетричному навантаженні, справедливе співвідношення між лінійними та фазними струмами та напругами:

13. Симетричний та несиметричний приймачі у трифазних ланцюгах, векторні діаграми.

.

Векторна діаграма при з'єднанні приймача зіркою у випадку симетричного навантаження .

14. Струм у нейтральному дроті у трифазних ланцюгах. Нейтральний (нульовий робочий) провід- Провід, що з'єднує між собою нейтралі електроустановок у трифазних електричних мережах. При з'єднанні обмоток генератора і приймача електроенергії за схемою «зірка» фазна напруга залежить від навантаження, що підключається до кожної фази. У разі підключення, наприклад, трифазного двигуна, навантаження буде симетричним, і напруга між нейтральними точками генератора і двигуна дорівнюватиме нулю. Однак, якщо до кожної фази підключається різне навантаження, в системі виникне так зване напруга усунення нейтралі, що викликає несиметрію напруги навантаження. Насправді це може призвести до того, що частина споживачів матиме знижену напругу, а частину підвищену. Знижена напруга призводить до некоректної роботи підключених електроустановок, а підвищена може, крім цього, призвести до пошкодження електрообладнання або виникнення пожежі. З'єднання нейтральних точок генератора та приймача електроенергії нейтральним дротом дозволяє знизити напругу зміщення нейтралі практично до нуля та вирівняти фазні напруги на приймачі електроенергії. Невелика напруга буде обумовлена ​​лише опором нульового дроту.

Трифазні ланцюги з нейтральним дротом називають чотирипровідними ланцюгами.

Зазвичай опором проводів не враховується.

напр. приймача дорівнюють фазн. напругою генератора. .

У тому що комплексні опори рівні , то струми визначаються

Відповідно до 1 зак. Кіргофа струм у нейтр. проводі

При симмет. напр.

При несемо. напр.

Нейтр провід вирівнює фазну напругу.

15І16 Режими роботи трифазного премника.

Розрізняють два види з'єднань: у зірку та у трикутник. У свою чергу, при з'єднанні в зірку система може бути три- і чотирипровідною.

З'єднання у зірку

На рис. 6 наведена трифазна система при з'єднанні фаз генератора та навантаження в зірку. Тут дроти АА', ВВ' та СС' – лінійні дроти.

Лінійнимназивається провід, що з'єднує початку фаз обмотки генератора та приймача. Крапка, у якій кінці фаз з'єднуються у загальний вузол, називається нейтральною(на рис. 6 N і N' – відповідно нейтральні точки генератора та навантаження).

Провід, що з'єднує нейтральні точки генератора та приймача, називається нейтральним(На рис. 6 показаний пунктиром). Трифазна система при з'єднанні в зірку без нейтрального дроту називається трипровідний,з нейтральним дротом – чотирипровідний.

Всі величини, що відносяться до фаз, звуться фазних змінних,до лінії - лінійних.Як видно із схеми на рис. 6, при з'єднанні в зірку лінійні струмиірівні відповідним фазним струмам. За наявності нейтрального дроту струм у нейтральному дроті . Якщо система фазних струмівсиметрична, то. Отже, якби симетрія струмів була гарантована, то нейтральний провід був би не потрібен. Як буде показано далі, нейтральний провідзабезпечує підтримання симетрії напруги на навантаженні при несиметрії самого навантаження.

Оскільки напруга на джерелі протилежна напрямку його ЕРС, фазні напруги генератора (див. рис. 6) діють від точок А, В і З до нейтральної точки N; - фазні напруження навантаження.

Лінійні напруги діють між лінійними дроти. Відповідно до другого закону Кірхгофа для лінійних напруг можна записати

Зазначимо, що завжди - як сума напруги по замкнутому контуру.

На рис. 7 представлена ​​векторна діаграма для симетричної системи напруги. Як показує її аналіз (промені фазної напруги утворюють сторони рівнобедрених трикутників з кутами при осн. ванні, рівними 300), в цьому випадку

Зазвичай при розрахунках приймається . Тоді для випадку прямого чергування фаз , (при зворотному чергуванні фазфазові зрушення у називаються місцями). З огляду на це на підставі співвідношень (1) ... (3) можуть бути визначені комплекси лінійних напруг. Однак при симетрії напруги ці величини легко визначаються безпосередньо з векторної діаграми на рис. 7. Направляючи речовинну вісь системи координат по вектору (його початкова фаза дорівнює нулю), відраховуємо фазові зрушення лінійних напруг стосовно цієї осі, які модулі визначаємо відповідно до (4). Так для лінійних напруги отримуємо: ;.

З'єднання у трикутник

У зв'язку з тим, що значна частина приймачів, що включаються до трифазних ланцюгів, буває несиметричною, дуже важливо на практиці, наприклад, у схемах з освітлювальними приладами, забезпечувати незалежність режимів роботи окремих фаз Крім чотирипровідної, подібні властивості мають і трипровідні ланцюги при з'єднанні фаз приймача в трикутник. Але в трикутник можна з'єднати і фази генератора (див. рис. 8).

Для симетричної системи ЕРС маємо

.

Таким чином, за відсутності навантаження у фазах генератора у схемі на рис. 8 струми дорівнюватимуть нулю. Однак, якщо поміняти місцями початок і кінець будь-якої фази, то і в трикутнику буде протікати струм короткого замикання. Отже, для трикутника потрібно суворо дотримуватись порядку з'єднання фаз: початок однієї фази з'єднується з кінцем іншої.

Схема з'єднання фаз генератора та приймача в трикутник представлена ​​на рис. 9.

Очевидно, що при з'єднанні в трикутник лінійні напруги дорівнюють відповідним фазним. За першим законом Кірхгофа зв'язок між лінійними та фазними струмами приймача визначається співвідношеннями

Аналогічно можна виразити лінійні струми через фазні струмигенератори.

На рис. 10 представлена ​​векторна діаграма симетричної системи лінійних та фазних струмів. Її аналіз показує, що з симетрії струмів

На закінчення відзначимо, що крім розглянутих з'єднань «зірка – зірка» та «трикутник – трикутник» на практиці також застосовуються схеми «зірка – трикутник» та «трикутник – зірка».

У кожній галузі техніки завжди можна знайти своєрідне відлуння давніх часів, саме назви, відбивають свого роду історію розвитку цього напрями. І мало хто знає, що те чи інше технічне поняттямає довгий шлях становлення, звикання, а на початку свого народження знаменувало черговий, часто дуже значний, крок технічного прогресу. Так, наприклад, серед електричних термінів дуже часто можна чути вирази "трифазна напруга", "лінійна напруга", "постійна" або "змінна напруга" та безліч інших найменувань зі словом "напруга".

Найбільшого поширення в електротехніці набули мережі змінної напругисинусоїдальної форми. Максимальне значення напруги за його коливання називається амплітудою Ua. Для такої напруги застосовують додаткові одиниці виміру – частота F та фаза ψ. Частота визначається кількістю коливань в одиницю часу, а фаза - це тимчасове зрушення однакових точок коливання. Так вже склалося історично, що терміном «фаза» стали називати і змінної напруги, якщо вона є частиною системи багатьох фаз - зазвичай трьох. були черговим досягненням електротехніки і мають так багато переваг, що пройти повз просто неможливо. І найголовніше з них - це можливість вкрай просто, фактично без будь-яких зусиль, отримувати магнітне поле, що обертається - основний принцип роботи будь-якого електродвигуна. У розрізняють фазну і лінійну напругу, а її особливість полягає в тому, що кожна з фаз має зсув по відношенню до решти двох +/- 120 град. напруги має вихідні обмотки, у яких конструктивно заданий зсув фаз. Кожна з обмоток має кінець і початок Н1-К1, Н2-К2, Н3-К3. У трифазній системі можливі два варіанти з'єднання фаз – «зірка» та «трикутник».

При з'єднанні «зірка» всі кінці з'єднуються в одну точку - «висновок 0», а початки служать вивідними кінцями для генератора та вхідними для запитаного ним пристрою. У такій системі лінійна напруга - це величина, виміряна між будь-якою парою вихідних кінців Н1, Н2, Н3 і його позначають Ulin. Є ще одна характеристика трифазної мережі- фазна напруга. Його позначають Uf і вимірюють між точками «виведення 0» і будь-яким із вихідних кінців К1, К2 і К3. Опускаючи подробиці, слід зазначити, що, виходячи з векторної діаграми для трифазної мережі, співвідношення між цими напругами Ulin = 33 * Uf. При з'єднанні «трикутник» кінці обмоток з'єднують по кільцю: К1-Н1-К2-Н2-К3-Н3-К1. Кожне з'єднання «кінець - початок» є висновком, і при цьому лінійна напруга не відрізняється від фазного, тобто. Ulin = Uf. Цікаво порівняти між собою постійна напруга Udir та амплітуду змінної напруги Ua, наприклад, виходячи з однакової енергії, що виділяється у навантаженні. Для цього випадку Udir = V2 * Ua.

Ось так протягом десятиліть накопичувалися знання про сутність та природу електрики, і непомітно просте поняття «напруга» обросло спорідненими термінами, що розширюють наші можливості у використанні природних явищ для потреб людини.

В електричних ланцюгах бувають різні типинапруги. Лінійна напруга можна спостерігати в трифазній мережі, де воно виникає між двома фазовими дроти. Найчастіше його рівень сягає 380 Вольт.

Відмінність лінійної від фазної напруги

Якщо уявити трифазний ланцюг, то чітко зрозуміло, що в ньому є певна напруга між фазними контактами та фазним та нульовим дротом. Це відбувається через те, що в цій схемі використовується чотирипровідний трифазний ланцюг. Основні її показники – напруга і частота. Напруга, що виникає в ланцюзі між двома фазними проводами – це лінійне, а те, що з'являється між фазним та нульовим – фазним.

Примітною особливістю лінійної напруги є те, що саме по ньому розраховуються струми та інші параметри трифазного кола. Крім того, до такої схеми можна підключати не лише стандартні трифазні контакти, але й однофазні (це різні побутові прилади, приймачі). Номінальне дорівнює 380 вольт, при цьому воно може змінюватись в залежності від стрибків або інших змін у локальній мережі.

Існує кілька варіантів такого з'єднання, скажімо, система із нейтраллю під заземленням є найпопулярнішою. Вона характеризується тим, що підключення до неї провадиться за особливою схемою:

1. Однофазні відводи підключаються до фазних дротів;
2. Трифазні – до трифазних відповідно.

Лінійна напруга має дуже широке використання завдяки своїй безпеці та зручності розгалуження мережі. Електричні прилади підключаються тільки до одному-фазномудроту, небезпеку представляє він один. Розрахунок системи дуже простий, у ньому керуються стандартними формулами із фізики. При цьому, щоб виміряти цей параметр мережі, достатньо скористатися простим мультиметром, для того, щоб виміряти характеристики фазового підключення, потрібно кілька спеціальних пристроїв (датчики струму, вольтметри та інші).

Деякі особливості мережі:

1. При розведенні такої проводки не потрібно використовувати професійні прилади; всі вимірювання проводяться викрутками з індикаторами;
2. При з'єднанні провідників немає необхідності підключати нульовий провід, т. К. Завдяки вільній нейтралі, ризик ураження струмом вкрай малий;
3. Електротехніка використовує таку схему підключення для різних електродвигунів та інших пристроїв, що потребують високої потужності для роботи. Справа в тому, що використовуючи цей тип напруги є можливість підвищити ККД на третину, що є дуже корисною властивістю, Особливо, для асинхронного двигуна;
4. Схема використовується як для змінного струму, і для постійного;
5. Потрібно пам'ятати, що однофазне з'єднання можна підключити до трифазної мережі, але не навпаки;
6. Але такий ланцюг має й певні недоліки. В лінійному з'єднанніпровідників дуже складно виявити ушкодження. Це сприяє підвищеній пожежній небезпеці.

Відповідно, основна різниця між фазовим та лінійною напругоюполягає в різниці приєднаних проводів обмоток.

Для контролю та вирівнювання цього параметра часто використовується спеціальний прилад – лінійний стабілізаторнапруги. Він дозволяє підтримувати показник на певному рівні, при цьому нормалізуючи завищене. Ще одне визначення – імпульсний стабілізатор. Пристрій може підключатися до розетки, контактів електричних приладів тощо.

З'єднання

Лінійна та фазна напруга часто використовується для запуску генератора. Розглянемо, які бувають з'єднання дротів з прикладу трифазного генератора. Він складається з первинних та вторинних обмоток. Їх можна з'єднати зіркою чи трикутником.

З'єднуючи провідники в «трикутник», початок другої фази з'єднується з кінцем першої. Крім цього, до кожного фазного провідника підключаються лінійні дроти джерела. Це вирівнює струми, виходячи з чого, фазова напруга стає рівною лінійному. Аналогічна схема для підключення трансформатора і двигуна.

Таке з'єднання також дозволяє забезпечити нульову електричну рушійну силу та постійну частоту. Струми обмоток зсуваються на 120 градусів, завдяки чому в загальній схемі це з'єднання має вигляд трьох окремих струмів, які відносно один одного зсунуті на 2/3 періоду. Це співвідношення може змінюватися в залежності від типу пристрою, що підключається, і характеристик мережі.

Аналогічно можна приєднати трифазний асинхронний двигун, стабілізатор або підсилювач у мережу 220 вольт "зіркою". Ця схема передбачає підключення початку обмоток до мережі. Тоді від входу почне рухатися струм із характеристиками мережі. Контакти виходу (кінці обмоток) з'єднаються з початком за допомогою спеціальних перемичок. Таким чином, міжфазна напруга протікатиме через усі активні контакти.

В ізольованої мережівикористовуються різноманітні пускові конденсатори для запуску системи. Аналогічно з'єднуються клеми на обмотках. Це підключення часто використовується для понижуючих трансформаторів та різних двигунів, призначених для роботи в однофазної мережі.

∑ Ik = 0;, яка говорить про те, що у будь-якому вузлі ланцюга сила струму дорівнює нулю.

І закон Ома:

I = U/R. Знаючи ці закони, можна без проблем розрахувати будь-яку характеристику певного контакту або мережі.

При розгалуженні системи може знадобитися обчислити напругу між фазовим проводом та нейтральним:

I L = I F – ці параметри можуть змінюватись в залежності від підключення. Звідси слідує що лінійні параметридорівнюють фазовим.

Але, у певних ситуаціях, необхідно розрахувати, що дорівнює співвідношення напруги між фазовим і лінійним провідниками.

Для цього використовується формула: Uл=Uф∙√3, де:

Uл - лінійне, Uф - фазове. Формула справедлива лише якщо I L = I F .

При включенні до мережі додаткових відводів, потрібно окремо обчислювати фазову напругу кожного з підключень. Тоді замість Uф підставляються дані цього відведення.

При роботі з промисловими установками може знадобитися розрахунок реактивної трифазної потужності. Він виготовляється за формулою:

Q = Qа + Qb + Qс

Аналогічний вигляд має активну формулу.

Електричні ланцюги трифазного змінного струму

Трифазний електричний струм

Трифазний ланцюгявляє собою сукупність електричних ланцюгів, в яких діють три синусоїдальні е.д.с. однакової частоти, що відрізняються по фазі одна від іншої (φ = 120 про) і створювані загальним джерелом енергії. Кожну частину багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, прийнято називати фазою. Таким чином, слово фаза в електротехніці має два значення - кут і частина багатофазної системи (окремий фазний провід).

основні переваги трифазної системи : можливість простого отримання кругового магнітного поля, що обертається (це дозволило створити електродвигуни змінного струму), економічність і ефективність (потужність можна передати по трьох фазних проводах без застосування четвертого загального проводу -нейтралі), а також можливість використання двох різних експлуатаційних напруг в одній установці (фазного і лінійного, які зазвичай становлять 220 і 380, відповідно).

Історія появи трифазних електричних ланцюгів пов'язані з ім'ям М.С. Доливо-Добровольського Петербурзького вченого, який у 1886 р., довівши, що багатофазні струми здатні створювати магнітне поле, що обертається, запропонував (запатентував) конструкцію трифазного електродвигуна.

Трифазний струм є найпростішою системоюбагатофазних струмів, здатних створювати магнітне поле, що обертається. Цей принцип покладено основою роботи трифазних електродвигунів.

Запропонувавши конструкцію електродвигуна змінного струму, М.С. Доливо-Добровольський розробив і всі основні елементи трифазної електричного ланцюга. Трифазний ланцюг складається з трифазного генератора, трифазної лінії електропередач та трифазних приймачів.

В результаті запропонованої трифазної системи електричного струму стало можливим ефективно перетворювати електричний струм на механічну енергію.

Електричну енергію трифазного струмуотримують у синхронних трифазних генераторах(Рис. 27). Три обмотки 2 статора зміщені 1 між собою в просторі на кут 120°. Їх початку позначені літерами А, В, З, а кінці – x, y, z. Ротор 3 виконаний у вигляді постійного електромагніту, магнітне поле якого збуджує постійний струм I, що протікає по обмотці збудження 4. Ротор примусово обертається від стороннього двигуна. При обертанні магнітне поле ротора послідовно перетинає обмотки статора та індукує в них ЕРС, зрушені (але вже в часі) між собою на кут 120 °.

Трифазний синхронний генератор

Для симетричної системи ЕРС (рис. 28) справедливо

Хвильова та векторна діаграми симетричної системи ЕРС

На діаграмі зображено пряму послідовність чергування фаз (перетин ротором обмоток у порядку А, В, З). При зміні напрямку обертання чергування фаз змінюється на зворотне - А, З, В. Від цього залежить напрямок обертання трифазних електродвигунів.

Існує два способи з'єднання обмоток (фаз) генератора трифазного приймача: «зірка» та «трикутник».

У генераторах трифазного струму електрична енергія генерується у трьох однакових обмотках, з'єднаних за схемою зірка. Щоб заощадити на дротах лінії передачі електроенергії від генератора до споживача, тягнуться лише три дроти. Провід від загальної точки з'єднання обмоток не тягнеться, т.к. при однакових опорах навантаження (при симетричноюнавантаженні) струм у ньому дорівнює нулю.

Схема заміщення трифазної системи, сполученої "зіркою"

Відповідно до першого закону Кірхгофа можна записати I O = I А + I В + I С.

При рівності ЕРС у фазних обмотках генератора та при рівності опорів навантаження (тобто при рівності значень струмів I А, I В, I С) у представленій на малюнку системі, за допомогою векторні діаграмиможна показати, що результуючий струм I O в центральному провіднику дорівнюватиме нулю. Таким чином, виходить, що в симетричних системах (коли опори навантажень однакові), центральний провід може бути відсутнім і лінія передачі системи трифазного струму може складатися лише з трьох проводів.

У розподільних низьковольтних мережах, у яких є багато однофазних споживачів, Забезпечення рівномірного навантаження кожної фази стає не можливим, такі мережі робляться чотирипровідними.

Для забезпечення електробезпеки прийнято низьковольтні споживчі мережі (мережі<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.

Напруга між фазними проводами в лінії прийнято називати лінійною напругою,а напруга, виміряна між фазним проводом (фазою) та центральним – фазною напругою.

У системах електропостачання, зокрема у генераторах та трансформаторах підстанцій використовується переважно з'єднання зіркою.

Для низьковольтних мереж (з напругою менше 1000В) основним стандартним лінійним (між фазними проводами) напругою приймається напруга 380, при цьому фазна напруга (між фазним проводом і центральним) буде становити 220 В.

Низьковольтні мережі є споживчими мережами різного призначення, які не обов'язково живлять трифазні двигуни. У таких мережах для живлення різних споживачів можуть бути використані різні фази окремо. В результаті навантаження різних фаз виявиться неоднаковим. Крім того, з метою техніки безпеки, ПУЕ (правилами пристрою електроустановок) встановлюється, що низьковольтні трифазні електричні мережі повинні влаштовуватися чотирипровідними, з глухозаземленою нейтраллю.Для цього схема понижуючого трансформатора (знижуючої підстанції) зазвичай виглядає так.

(Висока напруга

Тобто. центральний, званий при цьому "нульовим", провід на вторинній обмотці трифазного трансформатора підключається до заземлювального пристрою і підводиться до споживачів поряд з фазними проводами.

Кожна частина багатофазної системи, що має однакову характеристику струму, називається фазою.
Фазна напруга– виникає між початком та кінцем якоїсь фази. Інакше його ще визначають, як напруга між одним із фазних проводів та нульовим проводом.

Лінійне- яке визначають ще як міжфазне або між фазне – що виникає між двома проводами чи однаковими висновками різних фаз. Показник фазної напруги становить приблизно 58% від лінійних параметрів. Таким чином, за нормальних умов експлуатації показники лінійних однакові і перевищують фазні у 1,73 рази. У трифазній мережі напругу, як правило, оцінюють за даними лінійної напруги. Для трифазних ліній, що відходять від підстанції, встановлюється лінійна напруга номіналом 380 вольт. Це відповідає фазному 220 вольт.

Так, струми, які у кожної фазі, називають фазними і умовно позначають IА, IB, IC чи щодо Iф. Струми у гілках навантаження називають лінійними. Їхня величина обумовлюється величиною фазної напруги, типом навантаження. При суто активному навантаженні струми ідентичні з напругами по фазі, а при індуктивному або ємнісному навантаженні струми можуть випереджати або відставати від напруги.

У традиційних електромережах має місце 2 методи з'єднання:

Трикутник;

При з'єднанні гілок схеми трикутником кінець однієї обмотки підключається на початок іншої, тобто. виходить замкнутий контур. До кожного вузла схеми виконується баланс – сума вхідних струмів дорівнює сумі вихідних. При такому підключенні та симетричному навантаженні виконується співвідношення:

При з'єднанні гілок елементів схеми зіркою всі закінчення обмоток фаз підключають в один вузол 0. З огляду на те, що фази генератора з'єднуються послідовно з фазами електроприймачів (навантаження), то лінійні струми за величиною дорівнюють фазним:

21. З'єднання споживачів трифазного струму за схемою "зірка". Симетричний та несиметричний режими.

При з'єднанні фаз обмотки генератора (або трансформатора) зіркою їх кінці X, Yі Zз'єднують в одну спільну точку N, що називається нейтральною точкою (або нейтраллю) (рис. 3.6). Кінці фаз приймачів ( Z a, Z b, Z c) також з'єднують в одну точку n. Таке з'єднання називається з'єднання зірка.

Провід A−a, B−bі C−c, що з'єднують початку фаз генератора та приймача, називаються лінійними, N−n, що з'єднує точку Nгенератора з точкою nприймача, - нейтральним.

Трифазний ланцюг з нейтральним дротом буде чотирипровідним, без нейтрального дроту – трипровідним.