تعداد سیم های خط در یک سیستم سه فاز. اتصال ستاره ای فازها. سطح مقطع سیم خنثی در شبکه های چهار سیمه

شکل یک نمودار اتصال ستاره ای از فازهای ژنراتور را نشان می دهد. سمبلاین طرح Y. انتهای K هر سه فاز به نقطه مشترکی به نام صفر متصل می شوند. اگر فقط سه سیم از ژنراتور A، B، C گرفته شود، چنین سیستمی سیستم سه سیمه سه فاز نامیده می شود. اگر سیم چهارم، خنثی یا "صفر" N (O) نیز حذف شود، سیستم چهار سیمه سه فاز نامیده می شود. نقطه صفر ژنراتور و در نتیجه سیم خنثی به طور قابل اعتمادی زمین است.

جریان در سیم خنثی تنها زمانی ظاهر می شود که سه فاز به طور ناهموار بارگذاری شوند. جریانی که از سیم خنثی می گذرد برابر است با مجموع جبری جریان های سه فاز:

در قدر مطلق، اگر بار در تمام فازها لحاظ شود، در همیشه کمتر از جریان در هر یک از فازها است. بنابراین، سطح مقطع سیم خنثی کوچکتر از سطح مقطع سیم های فاز در نظر گرفته می شود.

برنج. 1. طرح اتصال سیم پیچ ژنراتور در یک ستاره.

فقط در صورتی که بار بین یکی از فازها و سیم نول وصل شده باشد و بار به فازهای دیگر متصل نباشد، جریان در فاز بارگذاری شده برابر با جریان سیم نول است.

ولتاژ بین هر یک از فازها و سیم نول نامیده می شود ولتاژ فازو Uf نامگذاری شده است. برابر است با ولتاژ بین ابتدای هر فاز و انتهای آن (شکل 2).

ولتاژ بین سیم های فازتماس گرفت ولتاژ خطو با Ul نشان داده می شود. برابر است با اختلاف هندسی دو ولتاژهای فاز(شکل 2)، یعنی ولتاژهای خطی بین فازهای A و B، B و C، C و A

برنج. 2. بردارهای ولتاژ خطی و فازی.

قدر مطلق ولتاژ خط را می توان از مثلث بردارهای AOB تعیین کرد. پایه این مثلث AB برابر با ولتاژ خطی است:

یا

بدین ترتیب در یک سیستم چهار سیمه سه فاز دو ولتاژ به دست می آید: . ولتاژ خط 1.73 برابر بیشتر از ولتاژ فاز است. قدرت جریان در سیم خطی Il برابر با بزرگی و جهت جریان در سیم پیچ فاز Iph است.

ولتاژهای زیر برای شبکه های فشار ضعیف پذیرفته شده است (جدول 1).

جدول 1 ولتاژهای استاندارد در شبکه های مصرف کننده

همانطور که از جدول 1 مشاهده می شود، ولتاژ منبع تغذیه (ژنراتور یا سمت ثانویه ترانسفورماتور) همیشه 5٪ بیشتر از ولتاژ نامی گرفته می شود. ولتاژ شبکهبا در نظر گرفتن این واقعیت که حدود 5 درصد ولتاژ در خط از بین می رود. این امر به منظور تامین برق ولتاژ نامی مصرف کنندگان و اطمینان از عملکرد رضایت بخش آنها انجام می شود.

که در کشاورزیپرکاربردترین سیستم چهار سیم سه فاز 380/220 ولت است، یعنی سیستمی با ولتاژ خطی در شبکه Ul = 380 ولت و فاز Uph = 220 ولت. سه فاز با ولتاژ بین آنها 380 ولت است. برای تغذیه موتورهای الکتریکی و دستگاه های گرمایش سه فاز و ولتاژ بین سیم فاز و نول 220 ولت برای تامین انرژی منابع نور و لوازم برقی خانگی استفاده می شود.

هنگام اتصال سیم پیچ های فاز یک منبع جریان سه فاز (مثلاً یک ژنراتور) طبق مدار "ستاره با سیم خنثی"، انتهای سه سیم پیچ آن به یک گره مشترک 0 متصل می شود که به آن گره گفته می شود. نقطه صفر، یا منبع خنثی(شکل 206). گیرنده ها انرژی الکتریکیدر سه گروه Z A، Z B و Z c (فازهای بار) ترکیب می شوند که انتهای آن ها نیز به یک گره مشترک 0' (نقطه صفر یا خنثی بار) متصل می شوند. سیم پیچ های منبع با چهار سیم به فازهای بار متصل می شوند. سیم های 1، 2 و 3 متصل به ابتدای سیم پیچ های فاز (A, B, C) نامیده می شوند. خطی. سیم 4 که نقاط صفر 0 و 0 را به هم متصل می کند نامیده می شود صفر، یا خنثی. ولتاژهای u A، u B و u C بین ابتدا و انتهای سیم‌پیچ‌های فازهای منبع منفرد یا فازهای بار Z A، Z B و Z c نامیده می‌شوند. فاز. آنها همچنین برابر با ولتاژ بین هر یک از سیم های خطی و سیم خنثی هستند. در صورت عدم تلفات ولتاژ در سیم پیچ منبع (بدون بار)، ولتاژهای فاز برابر با e مربوطه است. d.s. در این سیم پیچ ها جریان های فاز i A, i B, ic جریان هایی هستند که از سیم پیچ های منبع یا فازهای بار Z A, Z B و Z c می گذرند. ولتاژهای u AB، u BC، u CA بین سیم های خطی و جریان های عبوری از این سیم ها را خطی می گویند.

اجازه دهید به طور معمول جهت مثبت جریان های i A، i B و i c را در فازهای منبع - از انتهای فاز مربوطه تا ابتدای آن، بگیریم.

در فازهای بار - از ابتدا تا انتها، و در سیم های خطی - از منبع تا گیرنده. ولتاژهای u A, u B و u C را در فازهای منبع و بار مثبت در نظر می گیریم اگر از ابتدای فازها به انتها هدایت شوند و ولتاژهای خطی u AB, u BC, u CA - در صورت مثبت بودن. از مرحله قبل به مرحله بعد هدایت می شود.

از شکل 206 نتیجه می شود که در مدار ستاره ای، جریان خطی برابر با جریان فاز است، یعنی I l = I f، زیرا هنگام انتقال از منبع یا فاز بار به سیم خطی هیچ شاخه ای وجود ندارد. مقادیر استرس لحظه ای طبق قانون دوم کیرشهوف:

u AB = u A – u B; u BC = u B – u C; u CA = u C – u A.

با حرکت از مقادیر ولتاژ لحظه ای به بردارهای آنها، داریم:

? AB =؟ آ - ؟ ب ? قبل از میلاد = ? ب –؟ با؛ ? SA =؟ با - ؟ آ.

از این رو، ولتاژ خطبرابر با اختلاف بین بردارهای ولتاژ فاز مربوطه است. با استفاده از معادلات برداری به دست آمده، می توانید یک نمودار برداری بسازید (شکل 207، a)، که می تواند به یک نمودار تبدیل شود (شکل 207، ب). از این نمودار می توان دریافت که در یک سیستم سه فاز متقارن، بردارهای ولتاژ خطی؟ AB، ? آفتاب، ؟ CA یک مثلث متساوی الاضلاع ABC را تشکیل می دهد که در داخل آن یک ستاره سه پر متقارن از ولتاژهای فاز قرار دارد؟ آ، ؟ که در، ؟ ج- در مثلث های متساوی الساقین AOB، BOC و COA، قاعده برابر با U l، اضلاع دیگر U f و زاویه تند بین این اضلاع و قاعده 30 درجه است. از این رو،

U l = 2U f cos 30° = 2U ?3 / 2 = ?3 U f

بدین ترتیب، در یک سیستم سه فاز متصل به مدار "ستاره با سیم خنثی"، ولتاژ خطی بیشتر از ولتاژ فاز است.سه بار. مقدار?З = 1.73 اساس مقیاس است ولتاژهای نامی AC: 127، 220، 380 و 660 V. در این سری، هر مقدار ولتاژ بعدی 1.73 برابر بیشتر از مقدار قبلی است.

یک جریان i0 از سیم خنثی عبور می کند که مقدار لحظه ای آن برابر است با مجموع جبری مقادیر لحظه ای جریان های عبوری در فازهای جداگانه: i0 = iA+iB+ic.

با عبور از مقادیر لحظه ای جریان ها به بردارهای آنها، داریم:
? 0 =؟ A+؟ B+؟ سی.

بردارهای فعلی؟ آ، ؟ در و؟ آیا C نسبت به بردارهای ولتاژ مربوطه جابجا شده است؟ آ، ؟ ب،؟ از گوشه و کنار؟ آ، ؟ ب،؟ ج (شکل 208، الف). مقادیر این زاویه ها به رابطه بین فعال و راکتانس موجود در یک فاز معین بستگی دارد. آیا همین نمودار جمع بردار را نشان می دهد؟ آ، ؟ در و؟ C برای تعیین بردار فعلی؟ 0 . معمولا جاری؟ 0 جریان کمتر

I A، 1 V و I C در سیم های خط، بنابراین سیم خنثی دارای سطح مقطعی برابر یا حتی کمی کوچکتر از سطح مقطع سیم های خط است.

در مدار "ستاره با سیم خنثی"، گیرنده های انرژی الکتریکی را می توان به دو ولتاژ متصل کرد: خطی U l (در صورت اتصال به دو سیم خطی) و فاز U F (در صورت اتصال به نول و یکی از سیم های خطی).

با بار یکنواخت یا متقارن هر سه فاز، زمانی که مقاومت‌های فعال و راکتیو یکسان در تمام فازها لحاظ شود (R A = R B = R C و X A = X B = X C)، جریان‌های فاز i A، i B و i C خواهد بود. از نظر مقدار برابر هستند و از ولتاژهای فاز مربوطه در زوایای مساوی جابجا می شوند. در این حالت، ما یک سیستم متقارن از جریان ها را به دست می آوریم که در آن جریان های i A, i B, i C نسبت به یکدیگر با زاویه 120 درجه تغییر فاز می دهند و جریان i 0 در سیم خنثی در هر زمان زمان برابر با صفر(شکل 208، ب).

بدیهی است که با یک بار یکنواخت می توانید سیم خنثی را جدا کرده و انرژی الکتریکی منبع را از طریق سه سیم خطی 1، 2 و 3 به گیرنده منتقل کنید (شکل 209). این طرح نامیده می شود "ستاره بدون سیم خنثی". با یک سیستم سه سیم برای انتقال انرژی الکتریکی، در هر لحظه جریان از طریق یک (یا دو) سیم از منبع جریان سه فاز به گیرنده می رسد و از طریق دو (یا یک) دیگر از گیرنده باز می گردد. به منبع (شکل 210). نمودار ولتاژ برداری برای مدار "ستاره بدون سیم خنثی" با بار فاز یکنواخت مانند مدار "ستاره با سیم خنثی" خواهد بود (شکل 207 را ببینید). روابط بین فاز و جریان های خطیو ولتاژها:

I l = I Fو U l = ?3 U F

لازم به ذکر است که مدار "ستاره بدون سیم خنثی" را فقط می توان با یک بار فاز یکنواخت استفاده کرد.در عمل، این تنها در هنگام اتصال موتورهای الکتریکی به منابع جریان سه فاز رخ می دهد، زیرا هر موتور الکتریکی سه فاز مجهز به سه سیم پیچ یکسان است که هر سه فاز را به طور مساوی بارگذاری می کند. با یک بار ناهموار، ولتاژها در فازهای بار جداگانه متفاوت خواهد بود. در برخی فازها (با مقاومت کمتر) ولتاژ کاهش می یابد و در برخی دیگر نسبت به حالت عادی افزایش می یابد که غیر قابل قبول است.

بار فاز تقریباً ناهموار در هنگام منبع تغذیه رخ می دهد جریان سه فازلامپ های الکتریکی، زیرا در این مورد توزیع جریان بین هر سه فاز نمی تواند تضمین شود (لامپ های جداگانه می توانند به صورت جداگانه روشن و خاموش شوند). به ویژه خطرناک در مدار "ستاره بدون سیم خنثی" قطع یا اتصال کوتاه در یکی از فازها است. می توان با ساخت مربوطه نشان داد نمودارهای برداریکه در صورت قطعی در یکی از فازها، ولتاژ در دو فاز دیگر به نصف ولتاژ خطی کاهش می یابد که در نتیجه لامپ های موجود در این فازها با توان ناکافی می سوزند. در مدار کوتاهدر یکی از فازها ولتاژ فازهای دیگر به خطی یعنی 3 برابر افزایش می یابد و تمام لامپ های روشن در این فازها می سوزند. بنابراین در مدار "ستاره با سیم خنثی" برای جلوگیری از شکستن مدار سیم خنثی، فیوز و کلید در آن تعبیه نمی شود.