Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой
.
Фазное напряжение
– возникает между началом и концом какой-либо фазы. По другому его еще определяют, как напряжение между одним из фазных проводов и нулевым проводом.
Линейное - которое определяют еще как межфазное или между фазное – возникающее между двумя проводами или одинаковыми выводами разных фаз. Показатель фазного напряжения составляет примерно 58% от параметров линейного. Таким образом, при нормальных условиях эксплуатации показатели линейных одинаковы и превышают фазные в 1,73 раза. В трехфазной сети напряжение, как правило, оценивают по данным линейного напряжения. Для трехфазных линий, которые отходят от подстанции, устанавливается линейное напряжение номиналом 380 вольт. Это соответствует фазному в 220 вольт.
Измерение линейных напряжений - самый общий случай
Линейное напряжение представляет собой векторную сумму линии к нейтральному напряжению. Следующая фазовая диаграмма поможет визуализировать математическую формулу, необходимую для преобразования от линейных напряжений к линейному напряжению. Линейные расчетные фазоры.
Как было описано выше, линейное напряжение представляет собой фазовую сумму линейно-нейтральных напряжений, поэтому. Номинально каждая фаза в трехфазной системе разнесена ровно на 120 градусов друг от друга. Однако, поскольку мы намерены выполнять измерения в системе, мы не можем считать ее идеальной.
Так, токи, протекающие в каждой фазе, именуют фазными и условно обозначают IА, IB, IC либо условно Iф. Токи в ветвях нагрузки именуют линейными. Их величина обуславливается величиной фазных напряжений, типом нагрузки. При сугубо активной нагрузке токи идентичны с напряжениями по фазе, а при индуктивной либо емкостной нагрузке, токи могут опережать или отставать от напряжения.
Измерение линейных напряжений, когда линейное разделение составляет 120 градусов
Из прямоугольных компонентов мы можем рассчитать величину линии к линейному напряжению. Если мы можем гарантировать, что линия «линия-линия» составляет ровно 120 градусов, то приведенные выше уравнения могут быть несколько упрощены. Это может иметь место, когда источником питания является генератор с тремя витками ротора, физически 120 градусов друг от друга.
Это устраняет необходимость вычисления функций синуса и косинуса, хотя операции с квадратным корнем и арктангенсом по-прежнему необходимы. На приведенной ниже диаграмме диаграммы показаны зависимости величины и фазы между всеми линиями-нейтралью и линейным напряжением в системе.
В традиционных электросетях имеет место 2 метода соединения:
Треугольник;
При соединении ветвей схемы треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой, т.е. получается замкнутый контур. Для каждого узла схемы выполняется баланс – сумма входящих токов равна сумме исходящих. При таком подключении и симметричной нагрузке выполняется соотношение:
Величина и отношение фаз всех напряжений в системе. Сегодня трехфазные системы используются для производства и распределения электрической энергии. Это имеет ряд преимуществ. Первым и, возможно, самым значительным преимуществом является экономия, получаемая при распределении электрической энергии в трехфазной системе. В трехфазной системе мы имеем два разных типа напряжений, фазных напряжений и линейных напряжений.
Некоторые особенности сети
Линейные напряжения - это те напряжения, которые существуют между разными фазами. Как вы можете себе представить, существуют различия между фазными напряжениями и линейными напряжениями. Напряжения на линии обычно на √3 выше фазных напряжений. Все будет зависеть от того, как подключен генератор. Он может быть подключен в виде звезды или треугольника. С двумя разными напряжениями мы можем выделить самые высокие для отрасли и самые низкие для жилых районов или домов. Кроме того, в промышленности мы используем электрические машины, такие как трансформаторы, трехфазные двигатели и т.д.
При соединении ветвей элементов схемы звездой все окончания обмоток фаз подключают в один узел 0. Ввиду того, что фазы генератора соединяются последовательно с фазами электроприемников (нагрузки), то линейные токи по величине равны фазным:
21. Соединение потребителей трехфазного тока по схеме "звезда". Симметричный и несимметричный режимы.
Понятия, связанные с трехфазной системой
В трехфазной системе мы должны четко понимать некоторые понятия и, кроме того, каждое понятие должно интерпретироваться в соответствии с его контекстом. Когда мы находим выражение этого стиля, это означает, что не существует 120 ° смещения между различными фазовыми синусоидальными сигналами, и это может быть серьезной проблемой, потому что мы будем нагружать одну фазу больше, чем другой трансформатор фазового сдвига. Это электрическая машина или машина, способная перемещать фазы. Он управляется по принципу трансформатора.
При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X , Y и Z соединяют в одну общую точку N , называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников (Z a , Z b , Z c ) также соединяют в одну точку n . Такое соединение называется соединение звезда.
Провода A −a , B −b и C −c , соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N −n , соединяющий точкуN генератора с точкой n приемника, – нейтральным.
Последовательность фаз. Мы ссылаемся на порядок, в котором расположены этапы. Важно знать последовательность фаз, потому что она будет зависеть, например, от направления вращения двигателя. Общая точка называется нейтральной. Поскольку схема должна быть симметричной и сбалансированной, можно в принципе вывести, что потенциал обоих равен, и поэтому между ними нет тока. Таким образом, соединение нейтральных точек теоретически не нужно.
В трехфазных схемах общие обозначения. Предельные или фазовые токи являются напряжением между выводами элементов или токами, которые циркулируют через них. Напряжения или линейные токи являются напряжением между проводниками межсоединений или токами, которые циркулируют через них.
Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.
Для уменьшения количества проводов между генератором и потребителем фазные обмотки должны быть соединены между собой определённым образом, как в генераторе, так и у потребителя. Обмотки генератора обозначаются: U
Трехфазный электрический ток
Вышеуказанные напряжения, конечно, являются напряжениями, приложенными к соответствующим импедансам нагрузки. Однако это отношение применимо только к эффективным или пиковым значениям. На рисунке 02 показаны графические суммы для предыдущих результатов. Линейные напряжения смещаются на 30 ° относительно фазы. Расположение схемы позволяет сделать вывод о том, что линейные токи совпадают с соответствующими фазовыми токами.
Отличие линейного от фазного напряжения
Нейтральный ток можно рассчитать по формуле. Но сумма между скобками - это сумма напряжений источников, которая равна нулю, как показано на предыдущей странице. Мы можем интерпретировать сложную передачу напряжения по модульной и аргументальной, соответственно амплитудной и фазовой характеристике. Амплитудная характеристика выражает зависимость модуля переноса двухбронов от частоты. Фазовая характеристика представляет собой зависимость фазового сдвига двойной полосы от частоты. Графическое представление этих характеристик в данном частотном диапазоне хорошо подходит для описания двухсторонних свойств.
V 1 – V 2 , W 1 – W 2 (фазы A, B, C). Индексом 1 обозначается начало обмотки, индексом 2 – конец.
В практике используют 2 различные соединения: соединение звездой и треугольником.
Соединение звездой.
Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через её начало и входит в неё через её конец. Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам подсоединить провода, идущие к приёмникам электрической энергии, у которых концы также соединены в одной точке О´, то получим соединение звездой .
И16 Режимы работы трехфазного премника
Возможное фазовое смещение и модуль, соответственно, фазовые и амплитудные характеристики очень многочисленны. Всесторонняя передача мощности описывает свойства двухпортового. Двустороннее - это общее электронное устройство с входным и выходным воротами.
Если мы построим входной вентиль с двойным затвором с гармоническим сигналом, и все временные задержки будут решены, мы можем определить сложную передачу напряжения такого двойного блока как выход выходного и входного напряжений. Мы можем разделить это сложное выражение на реальную и мнимую компоненту, соответственно на модуль и аргумент. Комплексный модуль передачи напряжения обеспечивается выходным и входным напряжениями.
По общему обратному проводу будет протекать ток:
I N = I 1 + I 2 + I 3 . Общий провод называется нейтральным (или нулевым) проводом.
Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120˚:
i 1 = I 1 ∙sinωt,
i 2 = I 2 ∙sin(ωt – 120˚),
Сложный аргумент напряжения передачи делится на аргументы выходного и входного напряжения. Мы называем этот аргумент фазовым сдвигом. Как комплексные, так и модули передающего преобразователя часто зависят от большинства общих линейных биполярных систем. Таким образом, модуль и спектр подходят для интерпретации как функция частоты. Частотную зависимость комплексного модуля передачи напряжения, мы называем характеристикой модуля. Частотная зависимость аргумента передачи комплексного напряжения называется характеристикой аргумента.
i 3 = I 3 ∙sin(ωt + 120˚).
Сложим токи с помощью векторной диаграммы.
Суммарный ток, т.е. ток в общем проводе равен нулю, поэтому провод ОО´ называется нулевым. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приёмником электроэнергии, называются линейными. Система трёхфазного тока с нулевым проводом (или нейтралью) называется четырёхпроводной.
Чтобы описать большинство методов сложных методов управления передачей, описанных выше, обычно можно использовать следующую упрощенную блок-схему сложного процесса двойной трансмиссии. Генератор гармонических сигналов с переменными выходными частотами подключен к входному затвору. С помощью двух альтернативных вольтметров измеряется амплитуда напряжений на входных и выходных выходах и измеряется фазовый сдвиг напряжений между входным и выходным вентилями.
Большинство «простых» методов относятся к измерению амплитудных и фазовых характеристик отдельно и «по точкам» и относятся к приведенной выше общей модели, показанной на рисунке. Измерение этими методами происходит в одной точке, поэтому всегда для одного значения частоты. Для управления амплитудными и фазовыми характеристиками необходимо выполнить достаточное количество измерений для отдельных значений частоты во всем исследуемом диапазоне частот.
В цепях трёхфазного тока различают два типа напряжений: линейные и фазные . То же относится и к токам. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным проводом и нейтралью – фазным. Соответственно, токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в фазных – фазными.
Линейные напряжения обозначаем двойными индексами, а фазные – одинарными. При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным. Построим диаграмму линейных и фазных напряжений при соединении звездой.
Из рис.5.5 видим, что
U 12 = U 1 – U 2
U 23 = U 2 – U 3
U 31 = U 3 – U 1
Мы видим, что линейные напряжения также образуют трёхлучевую звезду, повёрнутую относительно звезды фазных напряжений на угол 30˚ против часовой стрелки. Рассмотрим соотношение между модулями линейных и фазных напряжений. Из треугольника U 12 U 1 N получим U 12 /2 = U 1 ∙ cos30˚ = U 1 ∙√3/2,
U 12 = √3∙ U 1 , т.е. в трёхфазной системе при соединении звездой U л = √3U ф (5.5). Если линейное напряжение 220В, то фазное – 220/√3 = 127В.
Если фазное напряжение равно 220В, то линейное – 380В. Если нагрузка становится неравномерной, то можно считать, что соотношение (5.5) соблюдается, только в этом случае в нейтральном проводе течёт ток.
Соединение звездой без нулевого провода применяется при подключении трёхфазных двигателей (здесь нагрузка симметричная), а соединение с нулевым проводом – при электрификации жилых домов. К дому подводят три фазы и нейтральный провод, а внутри дома стремятся равномерно нагрузить каждую из фаз, чтобы общая нагрузка была симметричной.
Различные примеры соединения потребителя звездой.
Найти токи потребителей и в нейтральном проводе, если U л = 400В.
U 1 = U 2 = U 3 =U л /√3 = 400/√3 = 230В.
Токи потребителей:
I 1 = U 1 /R 1 = 2,3А;
I 2 = U 2 /R 2 = 230/230 = 1А;
I 3 = U 3 /R 3 = 230/57,3 = 4А.
Для получения геометрической суммы токов используем векторную диаграмму.
Масштаб возьмём
I 1 + I 2 + I 3 = I N
Из векторной диаграммы определяем, что I N = 2,5А.
Рассмотрим особый случай, когда несимметричность получается в результате повреждения одной из фаз (например, сгорел предохранитель).
Если нейтральный проводник целый, то повреждённая фаза останется без питания. В остальных фазах нормальная работа продолжится. I 2 = U 2 /R 2 и I 3 = U 3 /R 3 .
Ток в нейтральном проводе будет равен геометрической сумме I 2 + I 3 .
В нейтральный провод нельзя ставить предохранители, выключатели и другие устройства, которые могут привести к его размыканию. В случае обрыва нейтрали фазовое напряжение может превысить обусловленное значение .
Если в системе нет нейтрального провода, то обрыв фазы приведёт к положению, как в однофазной сети.
Потребители во второй и третьей фазах будут соединены последовательно и
I 2 = I 3 = U 23 /(R 2 +R 3).
Ещё раз о соединении обмоток генератора или трансформатора. Важно учитывать, чтобы обмотки трансформатора или генератора были соединены правильно. Это значит, что начала обмоток соединяются с линейным проводом, а концы между собой. Если одна из обмоток подсоединена неправильно, то возникает несимметричная линейная система, что показано на рисунке, где мы видим, что представляют собой линейные и фазные напряжения, если обмотка V 1 – V 2 соединена неправильно. U 12 , U 23 и U 31 теперь не равны и образуют несимметричную систему.
Соединение треугольником
При соединении треугольником соединяют конец первой фазовой обмотки U 2 с началом второй фазовой обмотки V 1 , её конец соединяют с началом третьей обмотки W 1 , а конец третьей обмотки соединяют с началом первой обмотки U 1 .
Три обмотки генератора образуют теперь замкнутую цепь с очень маленьким сопротивлением. Но короткого замыкания там не получится, т.к. сумма ЭДС будет равна нулю.
Линейные напряжения в случае соединения треугольником равны фазовым напряжениям: U 1 = U 12 , U 2 = U 23 , U 3 = U 31 соответственно, т.е.U ф =U л.
Главное, что надо иметь в виду, чтобы обмотки генератора или трансформатора были соединены правильно. Если одна из фазовых обмоток соединена наоборот, тогда сумма ЭДС в цепи не будет равна нулю, а сравняется с двукратным фазным напряжением.
7.4. Соединение потребителя треугольником
Потребители соединяются треугольником, если их рабочее напряжение равно линейному напряжению. Существуют два вида изображений на схемах: потребители расположены под углом 120˚ или параллельно друг другу.
При соединении в треугольник линейные напряжения равны фазному напряжению U л = U ф . Токи в фазах: I 12 = U 12 /R 12 , I 23 = U 23 /R 23 , I 31 = U 31 /R 31 .
Векторные диаграммы при соединении треугольником можно тоже рисовать по-разному. Можно рисовать векторы, исходящими из одной начальной точки, а можно векторы напряжений изобразить треугольником (рис.130). При симметричной нагрузке векторы фазовых токов равны, и векторная диаграмма симметрична. Если нагрузка не симметрична, то этого не будет.
В трёхфазной сети с напряжением 400В объединены в треугольник потребители с разным сопротивлением нагрузки.
Найдём фазовые и линейные токи в этой цепи.
Фазовые токи:
I 12 = U 12 / R 12 = 4A;
I 23 = U 23 /R 23 = 8A;
I 31 = U 31 /R 31 = 2A.
Линейные токи можно найти из векторной диаграммы, учитывая следующие соотношения: I 1 + I 31 = I 12 , I 2 + I 12 = I 23 , I 3 + I 23 = I 31 . Здесь в масштабе построены вычисленные фазовые токи и геометрическим сложением определены линейные токи.
Особый случай несимметричной нагрузки получается при обрыве одного из проводов. Посмотрим, что получится при обрыве L1.
Схема в этом случае приобретёт следующий вид:
R 23 будет работать в нормальном режиме: I 23 = U 23 /R 23 . Потребители R 12 и R 31 будут подсоединены неправильно и их ток: I 12 = I 31 = U 23 /(R 12 + R 31). Линейный ток I 2 будет равен геометрической сумме токов I 23 и I 12 .