عدد أسلاك الخطوط في نظام ثلاثي الطور. اتصال المراحل بنجمة. مقطع عرضي محايد للأسلاك في شبكات بأربعة أسلاك

يوضح الشكل رسمًا تخطيطيًا لتوصيل مراحل المولد بنجم. رمزهذا المخطط Y. ترتبط نهايات K لجميع المراحل الثلاث بنقطة مشتركة تسمى الصفر. إذا تمت إزالة ثلاثة أسلاك فقط من المولد A و B و C ، فإن هذا النظام يسمى نظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك. إذا تم أيضًا تحويل السلك الرابع أو المحايد أو "صفر" N (O) ، فسيطلق على النظام اسم رباعي الطور رباعي الطور. نقطة الصفر للمولد ، وبالتالي السلك المحايد ، مؤرضة بشكل موثوق.

سيظهر التيار في السلك المحايد فقط عندما يتم تحميل المراحل الثلاث بشكل غير متساو. التيار المتدفق عبر السلك المحايد يساوي المجموع الجبري للتيارات في المراحل الثلاث:

في القيمة المطلقة ، يكون دائمًا أقل من التيار في أي مرحلة ، إذا تم تضمين الحمل في جميع المراحل. لذلك ، يُفترض أن يكون المقطع العرضي للسلك المحايد أصغر من المقطع العرضي لأسلاك الطور.

أرز. 1. مخطط توصيل لفات المولد بالنجم.

فقط إذا كان الحمل متصلاً بين إحدى المراحل والسلك المحايد ، وكان الحمل غير متصل بالمراحل الأخرى ، فإن التيار في المرحلة المحملة يساوي التيار في السلك المحايد.

يتم استدعاء الجهد بين أي من المراحل والسلك المحايد جهد الطورويشار إليه Uf. إنه يساوي الجهد بين بداية كل مرحلة ونهايتها (الشكل 2).

الجهد بين أسلاك المرحلةمسمى خط الجهدويشار إليها Ul. يساوي الفرق الهندسي لاثنين الفولتية المرحلة(الشكل 2) ، أي الفولتية الخطية بين المراحل A و B و B و C و C و A

أرز. 2. نواقل الفولتية الخطية والمرحلة.

يمكن تحديد القيمة المطلقة لجهد الخط من مثلث متجهات AOB. قاعدة هذا المثلث AB تساوي جهد الخط:

أو

وهكذا ، في نظام ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك ، يتم الحصول على جهدين: جهد الخط أكبر 1.73 مرة من جهد الطور. القوة الحالية في السلك الخطي Il تساوي حجم واتجاه التيار في مرحلة لف الطور Iph.

تُقبل الفولتية التالية لشبكات الجهد المنخفض (الجدول 1).

الجدول 1 الفولتية القياسية في شبكات المستهلك

كما يتضح من الجدول 1 ، يتم دائمًا أخذ جهد مصدر إمداد الطاقة (المولد أو الجانب الثانوي من المحول) بنسبة 5 ٪ أكثر من جهد التيار الرئيسي ، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن حوالي 5 ٪ من الجهد سيكون خسر في الخط. يتم ذلك لتزويد المستهلكين بالكهرباء ذات الجهد المقنن وضمان التشغيل المرضي لهم.

في الزراعة ، النظام رباعي الأسلاك الأكثر استخدامًا 380/220 فولت ، أي نظام بجهد خط في الشبكة Ul \ u003d 380 V والمرحلة Uf \ u003d 220 فولت. ثلاث مراحل بجهد 380 يتم استخدام V بينهما لتشغيل المحركات الكهربائية وأجهزة التسخين ثلاثية الطور ، والجهد بين الطور والسلك المحايد 220 فولت يستخدم لمصادر الإضاءة والأجهزة المنزلية.

عند توصيل لفات الطور لمصدر تيار ثلاثي الطور (على سبيل المثال ، مولد) وفقًا لمخطط "النجمة بسلك محايد" ، فإن نهايات اللفات الثلاث متصلة بالعقدة المشتركة 0 ، والتي تسمى نقطة الصفر، أو مصدر محايد(الشكل 206). ريسيفرات طاقة كهربائيةيتم دمجها في ثلاث مجموعات Z A و Z B و Z c (مراحل التحميل) ، وترتبط نهاياتها أيضًا بعقدة مشتركة 0 '(نقطة الصفر ، أو تحميل محايد). ترتبط ملفات المصدر بمراحل التحميل بأربعة أسلاك. تسمى الأسلاك 1 و 2 و 3 المتصلة ببداية لفات الطور (أ ، ب ، ج) خطي. يسمى السلك 4 الذي يربط بين نقطتي الصفر 0 و 0 صفر، أو محايد. تُسمى الفولتية u A و u in و u c بين بدايات ونهايات ملفات مراحل المصدر الفردية أو مراحل التحميل Z A و Z B و Z c مرحلة. كما أنها تساوي الفولتية بين كل من الأسلاك الخطية والسلك المحايد. في حالة عدم وجود فقد الجهد في لفات المصدر (عند الخمول) ، فإن جهد الطور يساوي e المقابل. د. في هذه اللفات. تيارات الطور i A و i B و i c هي التيارات المتدفقة عبر ملفات المصدر أو مراحل الحمل Z A و Z B و Z c. الفولتية u AB ، u BC ، u CA بين الأسلاك الخطية والتيارات التي تمر عبر هذه الأسلاك تسمى الخطية.

دعونا نقبل بشروط للاتجاه الإيجابي للتيارات i A و i B و ic في مراحل المصدر - من نهاية المرحلة المقابلة إلى بدايتها ،

في مراحل الحمل - من البداية إلى النهاية ، وفي الأسلاك الخطية - من المصدر إلى المستقبل. سننظر في الفولتية الموجبة u A و u B و u C في مراحل المصدر والحمل ، إذا تم توجيهها من بداية المراحل إلى النهايات ، والجهود الخطية u AB ، u BC ، u CA - إذا كانت يتم توجيهها من المرحلة السابقة إلى المرحلة التالية.

من التين. 206 يتبع ذلك في الدائرة "النجمية" ، التيارات الخطية تساوي المرحلة، أي I l \ u003d I f ، نظرًا لعدم وجود فروع أثناء الانتقال من المصدر أو مرحلة التحميل إلى السلك الخطي. قيم الإجهاد اللحظي وفقًا لقانون كيرشوف الثاني:

u AB \ u003d u A - u B ؛ ش قبل الميلاد \ u003d ش ب - ش ج ؛ ش CA \ u003d u C - ش أ.

بالانتقال من قيم الإجهاد اللحظية إلى نواقلها ، لدينا:

؟ AB =؟ لكن - ؟ ب؛ ؟ BC =؟ ب-؟ من؛ ؟ SA =؟ من - ؟ لكن.

بالتالي، خط الجهديساوي الفرق في نواقل الفولتية المقابلة للطور. وفقًا لمعادلات المتجه التي تم الحصول عليها ، يمكنك إنشاء مخطط متجه (الشكل 207 ، أ) ، والذي يمكن تحويله إلى رسم تخطيطي (الشكل 207 ، ب). من هذا الرسم البياني يمكن ملاحظة أنه في نظام ثلاثي الطور متماثل ، متجهات الجهد الخطي؟ AB؟ الشمس، ؟ تشكل SA مثلثًا متساوي الأضلاع ABC ، ​​داخله يوجد نجم ثلاثي الحزمة متماثل لجهود الطور؟ لكن، ؟ في، ؟ ج- في المثلثات المتساوية الساقين AOB و BOS و COA ، القاعدة تساوي U l والجانبان الآخران هما U f والزاوية الحادة بين هذين الجانبين والقاعدة 30 °. بالتالي،

U l \ u003d 2U f cos 30 ° \ u003d 2U؟ 3/2 \ u003d؟ 3 U و

في هذا الطريق، في نظام ثلاثي الطور متصل وفقًا لمخطط "النجم بسلك محايد" ، يكون جهد الخط أكبر من جهد الطورفي 3 مرات. القيمة؟ Z \ u003d 1.73 هي أساس المقياس الفولتية المقدرةالتيار المتردد: 127 ، 220 ، 380 و 660 فولت. في هذه السلسلة ، تكون كل قيمة تالية للجهد أكبر 1.73 مرة من القيمة السابقة.

يمر التيار i0 في السلك المحايد ، حيث تساوي قيمته الآنية المجموع الجبري للقيم الآنية للتيارات التي تمر في المراحل الفردية: i0 = iA + iB + ic.

بالانتقال من القيم الآنية للتيارات إلى نواقلها ، لدينا:
؟ 0 =؟ أ +؟ ب +؟ ج.

النواقل الحالية؟ لكن، ؟ في و؟ C تحول بالنسبة إلى نواقل الإجهاد المقابلة؟ أ، ؟ ب، ؟ من الزوايا؟ أ، ؟ ب، ؟ ج (الشكل 208 ، أ). تعتمد قيم هذه الزوايا على النسبة بين المقاومة النشطة والمتفاعلة المتضمنة في هذه المرحلة. هل يظهر نفس الرسم البياني إضافة متجه؟ لكن، ؟ في و؟ C لتحديد المتجه الحالي؟ 0. عادة الحالية؟ 0 تيارات أقل

I A و 1 V و I C في الأسلاك الخطية ، لذلك ، يحتوي السلك المحايد على مساحة مقطع عرضي تساوي أو حتى أصغر إلى حد ما من مساحة المقطع العرضي للأسلاك الخطية.

في مخطط "النجمة ذات السلك المحايد" ، يمكن تشغيل مستقبلات الطاقة الكهربائية لجهدَين: U l الخطي (عند توصيله بسلكين خطيين) والطور U Ф (عند توصيله بالسلك المحايد وأحد الأسلاك الخطية) .

مع وجود حمل موحد أو متماثل لجميع المراحل الثلاث ، عندما يتم تضمين نفس المقاومة النشطة والمتفاعلة في جميع المراحل (RA \ u003d RB \ u003d RC و XA \ u003d XB \ u003d XC) ، تيارات الطور i A و i B و i سيكون C متساويًا في الحجم ويتم إزاحته من جهد الطور المقابل بزوايا متساوية. في هذه الحالة ، نحصل على نظام متماثل للتيارات ، حيث يتم إزاحة الطور للتيارات i A و i B و i C بالنسبة لبعضها البعض بزاوية 120 درجة والتيار i 0 في السلك المحايد عند أي زمن صفر(الشكل 208 ب).

من الواضح ، مع الحمل المنتظم ، يمكنك إزالة السلك المحايد ونقل الطاقة الكهربائية للمصدر إلى المستقبل من خلال ثلاثة أسلاك خطية 1 و 2 و 3 (الشكل 209). مثل هذا المخطط يسمى "نجمة بدون سلك محايد". مع نظام بثلاثة أسلاك لنقل الطاقة الكهربائية ، في كل لحظة ، يمر التيار عبر سلك واحد (أو سلكين) من مصدر التيار ثلاثي الطور إلى جهاز الاستقبال ، ومن خلال الاثنين الآخرين (أو واحد) يتدفق مرة أخرى من المتلقي إلى المصدر (الشكل 210). سيكون مخطط الجهد المتجه لدائرة "نجم بدون سلك محايد" مع حمل طور منتظم هو نفسه بالنسبة لدائرة "نجم بسلك محايد" (انظر الشكل 207). ستكون النسب بين التيارات والجهود الطورية والخطية هي نفسها:

أنا l \ u003d I F.و U l \ u003d؟ 3 يو ف

وتجدر الإشارة إلى أن لا يمكن تطبيق مخطط "النجمة بدون سلك محايد" إلا بحمل طور موحد.من الناحية العملية ، لا يحدث هذا إلا عندما تكون المحركات الكهربائية متصلة بمصادر تيار ثلاثية الطور ، لأن كل محرك كهربائي ثلاثي الطور مزود بثلاث لفات متطابقة تحمل جميع المراحل الثلاث بالتساوي. مع الحمل غير المتكافئ ، ستكون الفولتية في المراحل الفردية للحمل مختلفة. في بعض المراحل (مع مقاومة أقل) ، ينخفض ​​الجهد ، بينما يزداد في مراحل أخرى مقارنة بالمواصفات العادية ، وهو أمر غير مقبول.

يحدث الحمل غير المتكافئ تقريبًا للمراحل أثناء إمداد الطاقة ثلاث مراحل الحاليةالمصابيح الكهربائية ، لأنه في هذه الحالة لا يمكن ضمان توزيع التيار بين جميع الأطوار الثلاثة (يمكن تشغيل وإيقاف المصابيح الفردية بشكل فردي). من الخطورة بشكل خاص في دارة "النجم بدون سلك محايد" وجود دائرة كهربائية مفتوحة أو قصيرة في إحدى المراحل. يمكن أن تظهر من خلال بناء المقابل الرسوم البيانية المتجهاتأنه في حالة حدوث انقطاع في إحدى المراحل ، ينخفض ​​الجهد في المرحلتين الأخريين إلى نصف الجهد الخطي ، ونتيجة لذلك ستحترق المصابيح الموجودة في هذه المراحل مع التبريد المنخفض. في دائرة مقصورةفي إحدى المراحل ، يزداد الجهد في المراحل الأخرى إلى الخطي ، أي في 3 مرات ، وستحترق جميع المصابيح المضمنة في هذه المراحل. لذلك ، في مخطط "النجمة ذات السلك المحايد" ، لا يتم تثبيت الصمامات والمفاتيح فيه من أجل تجنب كسر دائرة الأسلاك المحايدة.