Несимметричные режимы треугольник звезда

Содержание
  1. Несимметричный режим трехфазных цепей
  2. 3.5. Несимметричные и аварийные режимы работы трехфазных цепей
  3. Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой
  4. Аварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником
  5. Трехфазные несимметричные цепи
  6. Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении источника и приемника звездой
  7. Определение токов
  8. Смещение нейтрали
  9. Роль нулевого провода
  10. Определение мощности
  11. Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении треугольником
  12. Соединение источника и приемника треугольником
  13. Преобразование звезды и треугольника сопротивлений в трехфазных цепях
  14. Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы
  15. Комплексы симметричных составляющих
  16. Разложение несимметричной системы на симметричные составляющие
  17. Свойства трехфазных цепей
  18. Несимметричный режим работы трехфазной цепи
  19. Мощность несимметричной трехфазной цепи
  20. 💡 Видео

Несимметричный режим трехфазных цепей

а) Назначение нулевого провода.
При несимметричной нагрузке звездой без нулевого провода (на рис. 11.19 ключ разомкнут) сопротивления всех фаз неодинаковы: Z А Несимметричные режимы треугольник звездаZ В Несимметричные режимы треугольник звездаZ С . Вследствие этого появляется напряжение смещения нейтрали U N’N , определяемое по формуле двух узлов:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Это напряжение U N, действующее между точками N и N’ (рис. 11.19), показано на рис. 11.20. При любом направлении вектора U N напряжения на фазах нагрузки будут неодинаковы.

Несимметричные режимы треугольник звезда

При включении и выключении приемников проводимости фаз Y А, Y B и Y C изменяются произвольным образом, это приводит к изменению напряжения смещения нейтрали U N, ведущее, в свою очередь, к произвольному изменению напряжений на фазах нагрузки. Подавляющее большинство электросиловых приемников функционирует только при номинальном питающем напряжении. Поэтому соединение звездой без нулевого провода для несимметричной или изменяемой нагрузки практически не используется вследствие невозможности обеспечить номинальное питающее напряжение. При большом числе приемников, статистически в «среднем» обеспечивающих примерно одинаковую нагрузку фаз, несмотря на включение и выключение отдельных потребителей, смещение нейтрали невелико. Это позволяет использовать соединение звездой без нулевого провода для мощных линий электропередач на трансформаторные подстанции напряжением до 6,3 кВ. Соединение звездой без нулевого провода используется и в устройствах, предназначенных для контроля и анализа режимов трехфазных цепей.

Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

б) Соединение звездой с нулевым проводом.
Для соединения звездой с нулевым проводом (на рис. 11.19 ключ замкнут) определим напряжение нейтрали также по формуле двух узлов:

Несимметричные режимы треугольник звезда

В реальных системах электроснабжения проводимость нулевого провода Y N много больше проводимостей фаз и практически можно считать, что сопротивление нулевого провода близко к нулю. Тогда при Y N → ∞ знаменатель в выше написанной формуле стремится к бесконечности, U N → 0 и при наличии нулевого провода с достаточно малым сопротивлением смещение потенциала нулевой точки N’ нагрузки отсутствует. На фазах нагрузки независимо от их сопротивлений поддерживаются напряжения, составляющие симметричную трехфазную систему.
Токи фаз нагрузки определяются по закону Ома:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звездаНа рис. 11.22 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Из векторной диаграммы видно, что токи фаз при несимметричной нагрузке не равны по модулю, а в общем случае смещены по фазе на углы, не равные 120°, т. е. они не представляют симметричную трехфазную систему.
Ток нейтрального провода (см. рис. 11.14) можно определить по первому закону Кирхгофа для узла N’ — рис. 11.22 (на рисунке изображен вспомогательный вектор тока, равный сумме токов I А+ I С):

Несимметричные режимы треугольник звезда

Чем больше несимметрия фаз нагрузки, тем больше «уравнительный» ток I N нулевого провода.

Соединение звездой с нулевым проводом повсеместно используется для электропитания жилых и общественных зданий, производственных приемников энергии и в других случаях с многочисленными приемниками, включаемыми и выключаемыми независимо друг от друга.

Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звездав) Соединение треугольником.
Если пренебречь сопротивлением соединительных проводов, то напряжения на фазах нагрузки равны линейным напряжениям трехфазного источника . Фазные токи при несимметричной нагрузке Z А B Несимметричные режимы треугольник звездаZ ВС Несимметричные режимы треугольник звездаZ С A определяются по закону Ома:

Несимметричные режимы треугольник звезда

На рис. 11.25 показана векторная диаграмма токов при несимметричной активной нагрузке. Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа для узлов А, В и С рис. 11.17:

Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Как видно из векторной диаграммы (рис. 11.25), линейные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°. В общем случае и фазные токи не равны по модулю и смещены по фазе на углы, не равные 120°.

Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Векторная диаграмма линейных токов показана на рис. 11.25.

г) Аварийные режимы в трехфазных цепях.
Частными случаями несимметричных режимов являются аварийные режимы в трехфазных цепях: обрывы нейтрального и линейных проводов, КЗ в фазах.
Абсолютно безопасными являются разрывы в фазах нагрузки, соединенной треугольником или звездой с нулевым проводом (отключения фаз)
Аварийными, пожароопасными являются КЗ фаз нагрузки таких соединений. Все другие случаи приводят к резкому изменению номинальных напряжений на фазах нагрузки и могут привести к аварийной ситуации. Обрыв нулевого провода несимметричной звезды был рассмотрен в примере 11.9.

Видео:Несимметричная нагрузка. Схема соединения "треугольник"Скачать

Несимметричная нагрузка. Схема соединения "треугольник"

3.5. Несимметричные и аварийные режимы работы трехфазных цепей

Для соединения трехфазной цепи в звезду возможны следующие аварийные режимы работы:

1) обрыв фазы (рис. 3.10);

2) обрыв нулевого провода (рис. 3.11);

3) короткое замыкание фазы при обрыве нуля (рис. 3.12).

4) обрыв фазы и нуля, рис. 3.12.

Несимметричные режимы треугольник звезда

Для соединения трехфазной цепи в треугольник возможны следующие аварийные режимы:

2) обрыв линейного провода.

Аварийные режимы в нагрузках соединенных звездой

1) При обрыве фазы А Несимметричные режимы треугольник звезда, работа нагрузкой Несимметричные режимы треугольник звезда не совершается, а остальные нагрузки (Несимметричные режимы треугольник звезда) свои режимы работы не изменят (рис. 3.13): Несимметричные режимы треугольник звезда.

Несимметричные режимы треугольник звездаЕсли нагрузки связаны и является одним целым, то этот режим будет аварийным. Так, если эта нагрузка – асинхронный двигатель, то он будет в аварийном режиме и нулевой провод будет нагружен дополнительно (рис. 3.13):

Несимметричные режимы треугольник звезда

2) Обрыв нулевого провода не всегда вызывает аварию в трехфазных цепях. Если нагрузка симметрична, то обрыв нулевого провода не изменит токов нагрузок, так как для симметричной нагрузки

Несимметричные режимы треугольник звезда.

Для несимметричных нагрузок Несимметричные режимы треугольник звезда, и поэтому такой режим может вызвать аварию.

Для того чтобы показать это, используем метод двух узлов:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звезда

Напряжение Несимметричные режимы треугольник звезда (рис. 3.14) не равно нулю, если нагрузки несимметричны. Фазные токи также будут неодинаковыми.

3) При коротком замыкании фазы А и обрыве нуля напряжение этой фазы равно нулю:Несимметричные режимы треугольник звезда, (рис. 3.15).

Нагрузка фазы В увеличится в Несимметричные режимы треугольник звезда раз:

Несимметричные режимы треугольник звезда.

Аналогично и в фазе С:

Несимметричные режимы треугольник звезда;

Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звезда будет увеличен по отношению к исходному в Несимметричные режимы треугольник звезда раз.

4) Обрыв фазы и нулевого провода дает:

Несимметричные режимы треугольник звезда.

В оставшихся фазах токи будут одинаковыми, а напряжения на них будут зависеть от сопротивлений нагрузок (рис. 3.16).

Несимметричные режимы треугольник звездаАварийные режимы в нагрузках соединенных треугольником

1) Обрыв фазы.

Ключ к1 замкнут, ключ к2 разомкнут (рис. 3.17). В этом режиме ток в фазе Несимметричные режимы треугольник звездаотсутствует, а остальные нагрузки работают как обычно (рис. 3.18). В таком аварийном режиме линейные токи фаз А и В соответствуют фазным токам, а линейный ток фазы С остается таким, каким был прежде.

2) Несимметричные режимы треугольник звезда

Обрыв линейного провода. Ключ к1 разомкнут и ключ к2 замкнут (рис. 3.19). Фаза нагрузки с Несимметричные режимы треугольник звездасвоего режима не изменит, а фазы Несимметричные режимы треугольник звездастановятся последовательно соединенными и параллельно подключеннымик линейному напряжению фаз В, С (см. рис. 3.17), то есть цепь становитсяоднофазной. Топографическая и векторная диаграммы в этом случае могут иметьвид, как показано на рис.3.19.

Видео:Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник. Преобразование мостовой схемыСкачать

Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник. Преобразование мостовой схемы

Трехфазные несимметричные цепи

Содержание:

Трехфазные несимметричные цепи:

Трехфазная цепь несимметрична, если комплексы сопротивлений ее фаз неодинаковы.

Несимметричной может быть действующая в цепи система э. д. с. (не равны модули э. д. с. или фазовые сдвиги между каждой парой э. д. с.). .
Для расчета несимметричной цепи применяются различные методы в зависимости от ее схемы и вида несимметрии.

Видео:Этому не учат, а стоило бы. Чем отличается звезда от треугольника? #звезда #треугольник #двигательСкачать

Этому не учат, а стоило бы. Чем отличается звезда от треугольника? #звезда #треугольник #двигатель

Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении источника и приемника звездой

На схеме (см. рис. 20.4) видно, что при соединении звездой трехфазная система представляет собой электрическую цепь с двумя узлами — нейтральными точками N и N’. Наиболее удобным методом расчета в данном случае является метод узлового напряжения.

Определение токов

Рассмотрим сначала общий случай расчета цепи с нулевым проводом, сопротивление которого ZN. При этом сделаем некоторые упрощения: сопротивления линейных проводов и фаз источников будем полагать равными нулю. Если указанные сопротивления нельзя считать равными нулю, их можно отнести к приемнику, прибавив к сопротивлениям последнего по правилам сложения комплексов.
При таком упрощении потенциалы линейных зажимов источника и приемника (например, точек А и А’) можно считать одинаковыми.
Напряжение между нулевыми точками N и N’, или узловое напряжение
Несимметричные режимы треугольник звезда

Смещение нейтрали

На рис. 21.1 изображена топографическая диаграмма цепи рис. 20.4, а при несимметричной нагрузке.

При наличии сопротивления в нулевом проводе (Несимметричные режимы треугольник звезда) нулевая точка приемника на топографической диаграмме не совпадает с нулевой точкой источника. Поэтому напряжение UN называют напряжением смещения нейтрали. Вследствие смещения нейтрали напряжения на фазах приемника оказываются неодинаковыми, несмотря на симметрию фазных напряжений источника (см. решение задачи 21.3).

Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.1. Топографическая диаграмма при несимметричной нагрузке (соединение звездой)

Из формулы (21.1) видно, что симметрия фазных напряжений на нагрузке, когда UN = 0, достигается в двух частных случаях.
1. При симметричной нагрузке, когда комплексы проводимостей фаз равны: Несимметричные режимы треугольник звезда. В этом случае в числителе проводимость Несимметричные режимы треугольник звездаможно вынести за скобку, внутри которой складывается три вектора э. д. с. источника, равных по величине и сдвинутых по фазе на 120°; эта сумма равна нулю (см. рис. 20.8, б) и UN = 0. Поэтому ток в нулевом проводе равен нулю [см. формулу (21.4)] и необходимость в этом проводе отпадает, а электроснабжение симметричных приемников осуществляется по трехпроводной системе.
2. В четырехпроводной системе, когда сопротивление нулевого провода равно нулю (YN = ∞.)

Роль нулевого провода

Нулевой провод является уравнительным. Потенциалы нейтрали источника и приемника с помощью этого провода принудительно уравнены, а поэтому звезда векторов фазных напряжений приемника точно совпадает со звездой фазных напряжений источника.

Четырехпроводная система применяется в электрических сетях с напряжением 380/220 В при электроснабжении от общего источника силовой (электродвигатели) и осветительной (электролампы) нагрузки.
При несимметричной нагрузке обрыв нулевого провода (Несимметричные режимы треугольник звезда) вызывает значительное изменение токов и фазных напряжений, что в большинстве случаев недопустимо. Поэтому в нулевой провод предохранители не устанавливаются.

Определение мощности

При несимметричной нагрузке нужно определить мощность каждой фазы. Например, для фазы А:
Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Аналогично определяются мощности других фаз.
Активная мощность всей трехфазной цепи равна сумме мощностей фаз:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Реактивная мощность цепи равна алгебраической сумме реактивных мощностей фаз:
Несимметричные режимы треугольник звезда
В этой сумме реактивная мощность катушки считается положительной, а реактивная мощность конденсатора — отрицательной.

Задача 21.1.

При соединении звездой с нулевым проводом определить фазные напряжения и токи в приемнике энергии, сопротивления которого заданы комплексами:
Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда

Действующая величина симметричной трехфазной системы э. д. с. 220 В. Сопротивление нулевого провода Несимметричные режимы треугольник звезда
Построить векторную диаграмму.
Сопротивлениями линейных проводов и внутренними сопротивлениями источника э. д. с. пренебречь.
Решение. Схема, соответствующая условию задачи, показана на рис. 21.2, а.
Проводимости ветвей между узловыми точками NN’:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.2. К задаче 21.1

Комплексы э. д. с. источника:
Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Узловое напряжение
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Фазные напряжения приемника:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Токи в фазах и нулевом проводе:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Векторная диаграмма напряжений и токов показана на рис. 21.2, б.

Задача 21.3.

Электрические лампы включены звездой в трехфазную сеть с линейным напряжением 380 В. В каждую фазу включены по 50 ламп с номинальной мощностью 60 Вт каждая, номинальным напряжением 220 В. Как изменяются фазные напряжения и токи при изменении нагрузки одной фазы от холостого хода до короткого замыкания при обрыве нулевого провода?
В каждом выбранном случае нагрузки построить векторную диаграмму, определить мощность всей трехфазной цепи.
Решение. Условию задачи соответствует схема рис. 21.3, а, на которой группа ламп в каждой фазе условно показана двумя лампами.
Оставляя постоянным число ламп в фазах В и С, будем менять его в фазе А. Подсчеты по условию задачи выполним для таких нагрузок в фазе А: 50, 25, 100 ламп, короткое замыкание, холостой ход.
1. При включении в каждую фазу по 50 одинаковых ламп нагрузка симметрична. Поэтому фазные напряжения на нагрузке равны фазным напряжениям в сети:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Напряжение на лампах равно номинальному. В этом случае лампы работают с номинальной мощностью.
Это даёт право определить фазные токи по заданной мощности ламп:
Несимметричные режимы треугольник звезда
При соединении звездой IФ = IЛ, поэтому Iл = 13,6 А. Общая мощность трехфазной цепи
Р = ЗРФ = 3 • 60 • 50 = 9000 Вт.
2. В фазе А включено 25 ламп.
При несимметричной нагрузке напряжения на лампах отличаются от фазных напряжений в сети. Поэтому определить токи по заданной мощности ламп нельзя, так как действительная мощность ламп и фазные напряжения их неизвестны. При решении задачи будем считать, что сопротивление ламп в накаленном состоянии нити практически не меняется при некотором изменении их мощности.
Сопротивление лампы в номинальном режиме
Несимметричные режимы треугольник звезда
Сопротивление фаз В и С при включении 50 ламп
Несимметричные режимы треугольник звезда
Сопротивление фазы А
Несимметричные режимы треугольник звезда
Комплексы фазных напряжений в сети:
Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Проводимости ветвей:
Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Смещение нейтрали
Несимметричные режимы треугольник звезда
Напряжения фаз:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Токи в фазах:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Мощность всех ламп в фазах:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Мощность одной лампы:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Общая мощность в трехфазной системе
Несимметричные режимы треугольник звезда
Векторная диаграмма напряжений для различной нагрузки фазы А показана на рис. 21.3, д.

Положение нулевой точки на диаграмме соответствует такой нагрузке фазы А: 1 — симметричная нагрузка (во всех фазах по 50 ламп); 2 — в фазе А 25 ламп; 3 — фаза А разомкнута (холостой ход); 4 — в фазе А 100 ламп; 5 — в фазе А короткое замыкание.

Выполните расчет трехфазной цепи для случаев нагрузки 3, 4, 5 подобно приведенному расчету для случая нагрузки 2, проверьте соответствие результатов расчета векторной диаграмме рис. 21.3, д.
Как видно, нулевая точка нагрузки при изменении проводимости фазы А перемещается на прямой АD, которая является перпендикуляром, опущенным из точки А к вектору линейного напряжения UBC. При холостом ходе фазы А (обрыв линейного провода в этой фазе) нулевая точка перемещается в точку D и напряжения на двух других фазах UB и UC по величине оказываются равными половине линейного напряжения UBC (рис. 21.3, б).

Несимметричные режимы треугольник звезда

Рис. 21.3. К задаче 21.3

То же следует из схемы рис. 21.3, в. В рассматриваемом случае сопротивления фаз В и С оказываются включенными последовательно на линейное напряжение UBC.

Сопротивления эти равны, поэтому линейное напряжение делится между двумя фазами поровну.

При коротком замыкании фазы А линейный провод этой фазы подводится непосредственно к нулевой точке нагрузки (рис. 21.3, г). Поэтому лампы, включенные в фазы В и С, оказываются под линейным напряжением.

Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении треугольником

Трехфазная цепь при соединении приемника треугольником и любой схеме соединения фаз источника имеет разветвленную многоконтурную схему (см., например, рис. 20.8, а; 21.5).

Расчет такой цепи выполняется одним из известных методов с учетом состава ее элементов и схемы соединения.

Соединение источника и приемника треугольником

Расчет сложной цепи (см. рис. 20.8, а) значительно упрощается, если не принимать во внимание сопротивление проводов. В этом случае напряжения на фазах приемника равны соответствующим напряжениям источника и, как правило, представляют собой симметричную систему.
Если трехфазная система напряжений, приложенных к приемнику, известна, то фазные токи Несимметричные режимы треугольник звезда
где Несимметричные режимы треугольник звезда— полные сопротивления фаз.
Линейные токи можно определить графически, как показано на рис. 21.4. Если задача решается в комплексной форме, линейные токи находят по формулам (20.7).

Мощность в несимметричной трехфазной цепи при соединении треугольником определяют по тем же формулам, что и при соединении звездой (21.6), (21.7).

Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.4. Векторная диаграмма токов при несимметричной нагрузке (соединение треугольником)

Несимметричные режимы треугольник звезда

Рис. 21.5. К вопросу о преобразовании треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду в трехфазной цепи

Преобразование звезды и треугольника сопротивлений в трехфазных цепях

Расчет трехфазных цепей при смешанном соединении (звездой и треугольником), с учетом сопротивлений проводов линии представляет значительные трудности.

В этих случаях упрощения достигаются благодаря применению метода взаимного преобразования звезды и треугольника.
На рис. 21.5 приемник энергии соединен треугольником. С учетом сопротивлений проводов линии (Несимметричные режимы треугольник звезда) расчет такой цепи удобно выполнить, заменив треугольник сопротивлений эквивалентной звездой. Общее сопротивление фазы определяется сложением сопротивлений проводов линии и эквивалентной звезды приемника.

Если в ходе расчета схемы со смешанным соединением приемников — звездой и треугольником (рис. 21.6) — необходимо определить общее сопротивление фазы, это делается преобразованием звезды в треугольник или треугольника в звезду.
При симметричной нагрузке можно преобразовать треугольник в звезду, а затем две звезды заменить одной. Последняя операция возможна только при симметричной нагрузке, когда фазные напряжения у этих «звезд» одинаковы (смещение нейтрали отсутствует). При несимметричной нагрузке звезду следует преобразовать в эквивалентный треугольник, а затем сложением соответствующих проводимостей определить общую проводимость каждой фазы.
Несимметричные режимы треугольник звезда

Рис. 21.6. к расчету трехфазной цепи при соединении приемников звездой и треугольником

Если в последнем случае требуется учесть сопротивление проводов, то общий треугольник еще раз приходится преобразовать в звезду и к сопротивлениям звезды прибавить сопротивления проводов линии.

Задача 21.4.

Сопротивления фаз приемника Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаподключены треугольником к трехфазному генератору, обмотки которого также соединены треугольником. Действующие значения симметричной системы э. д. с. генератора 220 В. Пренебрегая сопротивлениями линейных проводов и обмоток генератора, определить фазные и линейные токи, активную, реактивную и полную мощности каждой фазы и всей цепи. Построить векторную диаграмму.
Решение. Схема рис. 20.8, а соответствует условию задачи. Если сопротивления линейных проводов и обмоток генератора считать равными нулю, то фазные напряжения приемника равны соответствующим э. д. с.:
Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Фазные токи в приемнике:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Линейные токи:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Сумма линейных токов
Несимметричные режимы треугольник звезда
Равенство нулю суммы линейных токов является общим свойством трехфазных трехпроводных цепей при соединении звездой и треугольником при симметричной и несимметричной нагрузках.
Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.7. К задаче 21.4

Несимметричные режимы треугольник звезда

Рис. 21.8. К задаче 21.5

Мощности фаз:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Общая мощность системы:
активная
Несимметричные режимы треугольник звезда
реактивная
Несимметричные режимы треугольник звезда
Векторная диаграмма построена на рис. 21.7.

Задача 21.5.

Приемник электрической энергии, соединенный треугольником, включен в сеть с линейным напряжением 120 В. Сопротивления фаз: Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда(инд.); Несимметричные режимы треугольник звезда(емк.).
Начертить схему по условию задачи. Определить фазные и линейные токи, активную, реактивную и полную мощности в каждой фазе и всей цени. Построить векторную диаграмму.
Решение. Схема цепи изображена на рис. 21.8, а.
Решим задачу без применения комплексных чисел. Токи в фазах:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Линейные токи определим графически с помощью векторной диаграммы. Для этого найдем активные и реактивные токи фаз.
В фазе АВ включено активное сопротивление, поэтому
Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
В фазе ВС последовательно соединены R и ХL, поэтому
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
В фазе CA включено емкостное сопротивление, следовательно,
Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Векторная диаграмма цепи показана на рис. 21.8, б. Для определения линейных токов постройте векторную диаграмму на листе миллиметровой бумаги в масштабах: Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Линейные токи: Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Мощности фаз:
активные
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

реактивные
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
полные
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Мощность всей цепи:
активная
Несимметричные режимы треугольник звезда
реактивная
Несимметричные режимы треугольник звезда
Знак минус указывает на емкостный характер реактивной мощности цепи.

Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы

Несимметричную трехфазную систему токов (напряжений или других синусоидальных величин) можно представить в виде суммы трех симметричных систем.

Разложение несимметричной системы векторов на симметричные составляющие применяется для расчета и анализа несимметричных режимов в трехфазных цепях: при симметричной нагрузке, но несимметричной системе э. д. с., при однофазных и двухфазных коротких замыканиях, при обрыве линейных проводов в цепях с симметричной системой э. д. с.

Комплексы симметричных составляющих

Первая симметричная система имеет прямую последовательность фаз ( Несимметричные режимы треугольник звездарис. 21.9, а), вторая — обратную ( Несимметричные режимы треугольник звездарис. 21.9, б). Третья система, называемая системой нулевой последовательности, состоит из трех равных величин, совпадающих по фазе ( Несимметричные режимы треугольник звездарис. 21.9, в).

Несимметричные режимы треугольник звезда

Рис. 21.9. Симметричные составляющие несимметричной системы

Система величин:
прямой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
обратной последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
нулевой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Умножение на Несимметричные режимы треугольник звездаозначает поворот вектора на 120″ против движения часовой стрелки. Обозначим Несимметричные режимы треугольник звездачерез а и будем называть это выражение поворотным множителем.
Поворот вектора против часовой стрелки на 240° можно выразить умножением его на а 2 .
Умножение вектора на а 3 не меняет его положения:
Несимметричные режимы треугольник звезда
С помощью поворотного множителя а системы прямой и обратной последовательности можно записать так:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Сумма синусоидальных величин симметричной системы равна нулю, поэтому
Несимметричные режимы треугольник звезда

Разложение несимметричной системы на симметричные составляющие

Выразим комплексы несимметричной системы через симметричные составляющие:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Если из этой системы уравнений можно однозначно определить симметричные составляющие через известные величины Несимметричные режимы треугольник звезданесимметричной системы, то этим будет доказана возможность разложения несимметричной системы на три симметричные — прямой, обратной и нулевой последовательности.
Используя выражения (21.10), запишем систему уравнений (21.12) в таком виде:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Решение системы уравнений (21.13) позволяет найти симметричные составляющие Несимметричные режимы треугольник звезда
Сложим уравнения:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Учитывая формулу (21.11), найдем
Несимметричные режимы треугольник звезда
Умножим второе уравнение в системе (21.13) на Несимметричные режимы треугольник звезда, а третье — на Несимметричные режимы треугольник звездаи сложим все уравнения:
Несимметричные режимы треугольник звезда
откуда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Умножим второе уравнение в системе (21.13) на Несимметричные режимы треугольник звезда, а третье на Несимметричные режимы треугольник звездаи сложим все уравнения:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звезда= Несимметричные режимы треугольник звезда Несимметричные режимы треугольник звезда+ Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда + Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда+ Несимметричные режимы треугольник звезда+ Несимметричные режимы треугольник звезда= Несимметричные режимы треугольник звезда(1 + Несимметричные режимы треугольник звезда+ Несимметричные режимы треугольник звезда) + Несимметричные режимы треугольник звезда• 3 + Несимметричные режимы треугольник звезда(1 + Несимметричные режимы треугольник звезда+ Несимметричные режимы треугольник звезда)
откуда
Несимметричные режимы треугольник звезда= Несимметричные режимы треугольник звезда(21.16)

Свойства трехфазных цепей

Отметим некоторые свойства трехфазных цепей в отношении симметричных составляющих токов и напряжений.

Степень несимметрии линейных напряжений оценивается коэффициентом несимметрии, т.е. отношением составляющей обратной последовательности напряжений к составляющей прямой последовательности.
ε = 100 • Uоп/Uпп.
Отсюда следует, что ток в нулевом проводе можно найти, если утроить величину составляющей тока нулевой последовательности.
В трехпроводной системе сумма линейных токов равна нулю. Из формулы (21.14) следует, что линейные токи в этом случае не содержат составляющей нулевой последовательности. Это справедливо и для линейных напряжений трехфазной системы, сумма которых тоже равна нулю.
Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.10. Симметричные составляющие токов трехфазной цепи при разомкнутых двух фазах

Отсутствие тока в одной или двух фазах при несимметричном режиме означает, что сумма трех симметричных составляющих токов в этих фазах равна нулю.
Например, на схеме рис. 21.10, а фазы В и С разомкнуты. Поэтому Несимметричные режимы треугольник звезда
Согласно формулам (21.14) — (21.16), симметричные составляющие токов имеют следующие выражения:
прямой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
обратной последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
нулевой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
На рис. 21.10, б показаны симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности и их геометрическое сложение; в результате сложения получаем:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Задача 21.8.

В результате неправильной маркировки концов обмоток трехфазного трансформатора (начало фазы А вторичной обмотки помечено как конец) система линейных напряжений несимметрична. Определить симметричные составляющие линейных напряжений при соединении звездой, если фазные напряжения во вторичной обмотке 220 В.
Решение. Запишем комплексы фазных напряжений во вторичной обмотке:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Вектор напряжения Несимметричные режимы треугольник звездав соответствии с условием задачи повернут на 180°.
Комплексы линейных напряжений:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Составляющие:
нулевой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
прямой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
обратной последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.11. К задаче 21.8

На рис. 21.11, а, б показаны векторы систем прямой и обратной последовательности и их сумма — система трех исходных векторов линейных напряжений.

Задача 21.9.

Трехфазный электродвигатель, включенный в сеть с линейным напряжением 380 В при соединении звездой, имеет мощность на валу Р2 = 14 кВт; соsφ = 0,8; к. п. д. η = 0,85.
Определить симметричные составляющие токов в обмотке двигателя при обрыве линейного провода в фазе В.
Решение. При нормальной работе ток в фазе двигателя
Несимметричные режимы треугольник звезда
При симметричной системе напряжений токи в фазах двигателя образуют симметричную систему (рис. 21.12, а). При обрыве линейного провода В векторная диаграмма фазных напряжений и токов показана на рис. 21.12, б.
Ток в фазах В равен нулю (IB = 0).
Токи в фазах А и С равны по величине, но находятся в противофазе: IА = IC.
Для определения величины токов IА и IC найдем расчетное сопротивление фазы двигателя при нормальном режиме, которое будем считать неизменным:
Несимметричные режимы треугольник звезда
При обрыве линейного провода фазы В обмотки двух других фаз двигателя с одинаковым сопротивлением включены последовательно на линейное напряжение UCA. Поэтому ток в фазах А и С
Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричные режимы треугольник звезда
Рис. 21.12. к задаче 21.9

Выразим токи в комплексной форме, полагая ток IA совпадающим с положительным направлением действительной оси:
Несимметричные режимы треугольник звезда
Токи:
нулевой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
прямой последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда
обратной последовательности
Несимметричные режимы треугольник звезда
Несимметричные режимы треугольник звезда

На рис. 21.12, в изображены симметричные составляющие токов в двигателе при обрыве фазы.

Несимметричный режим работы трехфазной цепи

Несимметрия в трехфазной цепи может быть вызвана различными причинами: 1) неодинаковым сопротивлением фаз (несимметричная нагрузка); 2) несимметричным коротким замыканием (например, между двумя фазами или фазой и нейтралью); 3) размыканием фазы; 4) неравенством э. д. с. и т. п.

Расчет токов и напряжений в трехфазной цепи при несимметричном режиме может производиться теми же

методами, которые применяются для расчета однофазных цепей.

Рассмотрим несколько простейших вариантов (без взаимной индукции между фазами).

1. Несимметричная трехфазная цепь, соединенная звездой, с нейтральным проводом (рис. 12-13).

Несимметричные режимы треугольник звезда

Несимметричная трехфазная цепь, показанная на рис. 12-13, может рассматриваться как трехконтурная цепь с тремя э. д. с. Такая цепь может быть рассчитана методами контурных токов, узловых напряжений и другими. Поскольку в схеме имеются только два узла, наиболее целесообразно в данном случае определить узловое напряжение (напряжение смещения) между нейтральными точками N’ и N по формуле,Несимметричные режимы треугольник звезда

где Несимметричные режимы треугольник звезда— проводимости соответствующих ветвей.

После этого найдем токи:

Несимметричные режимы треугольник звезда

В симметричной трехфазной цепи Несимметричные режимы треугольник звездаи поэтому при Несимметричные режимы треугольник звездаузловое напряжение равно нулю.

Стучаю размыкания какой-либо фазы или нейтрального провода соответствует равенство нулю проводимости данной фазы или нейтрального провода. j

При отсутствии нейтрального провода, полагая в (12-1)Несимметричные режимы треугольник звезда, имеем:
Несимметричные режимы треугольник звезда
2. Несимметричная трехфазная нагрузка, соединенная звездой (без нейтрального провода), с заданными линейными напряжениями на выводах (рис. 12-14).

Если заданы линейные напряженияНесимметричные режимы треугольник звездана выводах нагрузки, соединенной звездой, то токи в фазах звезды определяются следующим образом.

Несимметричные режимы треугольник звезда

Обозначив фазные напряжения на выводах нагрузки черезНесимметричные режимы треугольник звезда(рис. 12-14), получим

Несимметричные режимы треугольник звезда
где Несимметричные режимы треугольник звезда— проводимости фаз нагрузки.

Равенство нулю суммы токов трех фаз записывается в виде:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Фазные напряжения Несимметричные режимы треугольник звездамогут быть выражены через Несимметричные режимы треугольник звездаи заданные линейные напряжения:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Подстановка (12-3) в (12-2) дает:

Несимметричные режимы треугольник звезда
Круговой заменой индексов (с порядком следования АВСА и т. д.) находятся:
Несимметричные режимы треугольник звезда
По фазным напряжениям нагрузки находятся фазные токи.

В Случае симметричной нагрузки Несимметричные режимы треугольник звездавектор фазного напряжения равен одной трети диагонали параллелограмма, построенного на соответствующих линейных напряжениях. Фазные напряжения в этом случае определяются векторами, соединяющими центр тяжести треугольника напряжений (точка пересечения медиан) с вершинами треугольника.

Несимметричные режимы треугольник звезда

На рис. 12-15 построение сделано для фазы А по формуле (12-4)1

Несимметричные режимы треугольник звезда

В качестве примера рассмотрим схему фазоуказателя, используемую для определения чередования фаз по времени, состоящую из конденсатора и двух одинаковых электрических ламп, соединенных звездойНесимметричные режимы треугольник звезда.

Положим, что конденсатор присоединен к фазе А, лампы — к фазам В и С; емкостное сопротивление конденсатора берется равным по модулю сопротивлению лампы, т. е. Несимметричные режимы треугольник звездапричем Несимметричные режимы треугольник звезда

Неравенство напряжений на лампах проявится в том, что накал ламп будет разным.

1 Для определения чередования фаз на практике обычно пользуются специальным прибором, в котором создается вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой диск в ту или другую сторону.

Отношение напряжений согласно выведенным выше выражениям (12-4) равно при симметрии линейных напряжений:
Несимметричные режимы треугольник звезда

Следовательно, лампа, присоединенная к фазе В (т. е. к фазе, опережающей ту, к которой присоединена вторая лампа), будет светить ярко, а лампа, присоединенная к отстающей фазе, — тускло.

Вместо конденсатора можно применить индуктивную катушку, подобрав ее индуктивное сопротивление приблизительно равным по модулю сопротивлению лампы. В этом случае ярче будет светить лампа, присоединенная к отстающей фазе. Эти соотношения также могут быть получены непосредственно из векторной диаграммы.

Несимметричные режимы треугольник звезда

3. Несимметричная трехфазная нагрузка, соединенная треугольником, с заданными напряжениями на выводах Рис. 12-16. Несимметричная (рис. 12-16). Если на выводах несимметричной трехфазной нагрузки, соединенной треугольником, заданы линейные напряжения Несимметричные режимы треугольник звезда(рис. 12-16), то токи в сопротивлениях нагрузки равны:

Несимметричные режимы треугольник звезда
Токи в линии определяются как разности соответствующих токов нагрузки, например: Несимметричные режимы треугольник звездаи т. д.

Если на выводах несимметричной трехфазной нагрузки, соединенной треугольником, заданы фазные напряжения Несимметричные режимы треугольник звездаисточника, соединенного в звезду, то линейные напряжения на выводах нагрузки находятся как разности соответствующих фазных напряжений, в результате чего задача сводится к только что рассмотренному случаю(рис. 12-16).
Пример 12-2. Сопротивления фаз нагрузки, соединенной звездной
Несимметричные режимы треугольник звездаНесимметричные режимы треугольник звезда

Сопротивление нейтрального провода

Несимметричные режимы треугольник звезда

Напряжения на цепи представляют собой симметричную звезду: Несимметричные режимы треугольник звезда

Требуется определить фазные напряжения нагрузки.

Проводимости фаз нагрузки и нейтрального провода

Несимметричные режимы треугольник звезда

На основании формулы (12-1)

Несимметричные режимы треугольник звезда

Искомые фазные напряжения нагрузки:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Мощность несимметричной трехфазной цепи

Пользуясь комплексной формой записи мощности, можно написать общее выражение для мощности трехфазной цепи:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Действительная часть этого выражения представляет собой активную мощность

Несимметричные режимы треугольник звезда

Суммарная активная мощность, потребляемая несимметричной трехфазной цепью, может быть в соответствии с этим измерена при помощи трех ваттметров, включенных на подведенные к данной цепи фазные напряжения относительно нейтрали и одноименные с ними токи. Активная мощность равна сумме показаний трех ваттметров. Такой метод измерения применяется при наличии нейтрального провода (рис. 12-17) или искусственно созданной нейтральной точки.

В случае отсутствия нейтрального провода измерение может быть произведено с помощью двух ваттметров
Несимметричные режимы треугольник звезда

(рис. 12-18). В этом случае выражение (12-5) преобразуется следующим образом: исключая ток Несимметричные режимы треугольник звездас помощью условияНесимметричные режимы треугольник звезда
получаем:Несимметричные режимы треугольник звезда

или
Несимметричные режимы треугольник звезда

В соответствии с (12-6) при измерении активной мощности двумя ваттметрами к одному из них подводятся напряжение Несимметричные режимы треугольник звездаи ток Несимметричные режимы треугольник звездаа ко второму — напряжение Несимметричные режимы треугольник звездаи ток Несимметричные режимы треугольник звезда(рис. 12-18, а). Показания ваттметров складываются алгебраически.

Круговой заменой А, В. и С в выражении (12-6) можно получить выражения для других равноценных вариантов включения двух ваттметров.

Следует иметь в виду’, что если стрелка одного ваттметра отклоняется по шкале в обратную сторону, то, изменив направление напряжения или тока, подводимого к данному ваттметру, записывают полученное показание со знаком минус. При симметричном режиме работы трехфазной цепи такое положение имеет место при

Несимметричные режимы треугольник звезда

что видно непосредственно из векторной диаграммы (рис. 12-18, б).

При симметричном режиме показания двух ваттметров в схеме рис. 12-18, б будут следующие:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Сумма и разность показаний ваттметров соответственно равны:

Несимметричные режимы треугольник звезда

Следовательно, при симметричном режиме работы трехфазной цепи тангенс угла сдвига фаз может быть вычислен по формуле

Несимметричные режимы треугольник звезда

Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Электротехника
  2. Основы теории цепей
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Вращающееся магнитное поле
  • Электрические цепи синусоидального тока
  • Электрические цепи несинусоидального тока
  • Несинусоидальный ток
  • Метод симметричных составляющих
  • Цепи периодического несинусоидального тока
  • Резонанс токов
  • Трехфазные симметричные цепи

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

💡 Видео

Трехфазные цепи. Схема соединения "ЗВЕЗДА"Скачать

Трехфазные цепи. Схема соединения "ЗВЕЗДА"

Мощность трехфазного напряжении при подключении нагрузки звездой и треугольникомСкачать

Мощность трехфазного напряжении при подключении нагрузки звездой и треугольником

Соединение звезда и треугольник. Различие между нимиСкачать

Соединение звезда и треугольник. Различие между ними

Соединение трехфазных цепей звездой и треугольникомСкачать

Соединение трехфазных цепей звездой и треугольником

Трёхфазный переменный ток. Соединение "звезда" и "треугольник"Скачать

Трёхфазный переменный ток. Соединение "звезда" и "треугольник"

Лекция 25. Преобразование звезды в треугольник.Скачать

Лекция 25. Преобразование звезды в треугольник.

Соединение треугольникомСкачать

Соединение треугольником

Трехфазная система. Анимация электрических процессовСкачать

Трехфазная система. Анимация электрических процессов

#012. Режим переключения "Звезда"-"Треугольник". Часть 1.Скачать

#012. Режим переключения  "Звезда"-"Треугольник". Часть 1.

Симметричная нагрузка в трехфазной цепиСкачать

Симметричная нагрузка в трехфазной цепи

Что такое звезда и треугольник в трансформаторе?Скачать

Что такое звезда и треугольник в трансформаторе?

Треугольник в звезду и наоборот.Скачать

Треугольник в звезду и наоборот.

Звезда,треугольник соединение сопротивленийСкачать

Звезда,треугольник  соединение сопротивлений

Для чего нужен ноль? Почему у трехфазного двигателя нет нуля и куда девается ток?Скачать

Для чего нужен ноль? Почему у трехфазного двигателя нет нуля и куда девается ток?

#001."Звезда" или "Треугольник"?Скачать

#001."Звезда" или "Треугольник"?

Электрика для начинающих#10 Автоматика "Звезда-Треугольник". Принцип работы. Детальный разбор схемы.Скачать

Электрика для начинающих#10 Автоматика "Звезда-Треугольник". Принцип работы. Детальный разбор схемы.
Поделиться или сохранить к себе: