Соединение трехфазной цепи звездой

При соединении звездой концы всех трех обмоток генератора объединяют в одну общую точку, которая называется нейтральной точкой генератора или нейтралью. Также поступают и с приемниками, которые образуют нейтральную точку (нейтраль) трехфазного приемника. При этом три обратных провода отдельных фаз объединяются в один, и система из шестипроводной становится четырехпроводной, как это показано на рис. 4.2.

Провода, идущие от генератора к приемникам, называются линейными, а провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется

нейтральным. Показанные на этом рисунке направления действия ЭДС, токов и напряжений соответствуют направлениям, принятым в большинстве учебников по теории цепей.

Трехфазная цепь, связанная звездой, имеет ряд особенностей.

· 1. Токи линейных проводов, не разветвляясь, попадают в фазы приемников, поэтому фазные токи равны токам в линейных проводах: = / ,.

· 2. Ток в нейтральном проводе I_N равен алгебраической сумме комплексных токов всех трех фаз. В соответствии с 1-м законом Кирхгофа для нейтральной точки приемника ( 0') имеем

При отсутствии или обрыве нейтрального провода получаем

В этом случае, зная два линейных тока, можно легко найти третий ток.

Рис. 4. 2. Трехфазная цепь, связанная звездой

3. Если генератор вырабатывает симметричную систему фазных ЭДС

(рис. 4.1,6) и, кроме того, комплексные сопротивления всех трех фаз цепи одинаковы то комплексные токи, определяемые в

соответствии с формулой закона Ома (/_ф = U_ф /Z _ф ), имеют одинаковые действующие значения и сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120° (как это показано на рис. 4.2,6). Они образуют симметричную систему фазных токов и при этих условиях 1₄ + I_в + 1_С = 0. Следовательно, ток в нейтральном проводе отсутствует и этот провод фактически не нужен.

Рассмотренный выше режим работы трехфазной цепи называется симметричным. В этом режиме работают все трехфазные приемники (например, трехфазные двигатели, нагревательные печи). Они имеют три одинаковые обмотки и не нуждаются в нейтральном проводе. Такие трехфазные приемники называют симметричными. Однофазные же приемники (лампы освещения, бытовые приборы) при соединении их звездой требуют наличия нейтрального провода для поддержания одинакового напряжения на всех трех фазах цепи.

· 4. Трехфазные цепи, связанные звездой, широко используются в электроэнергетике для передачи электромагнитной энергии на большие расстояния. Возможная несимметрия в ЛЭП компенсируется нейтральным проводом, в качестве которого используется земля (система с заземленной нейтралью).

· 5. При связывании звездой (рис. 4.2) различают фазные и линейные напряжения. Фазные напряжения (0 ₄,U_B,U_C) действуют между началом и концом каждой фазы. Их направление принято в соответствии с направлением фазных токов цепи — от начала фазы к ее концу (к нейтральной точке 0'). Линейные напряжения (О _AB,U_BC,U_CA) действуют между линейными проводами. Их направление принято по часовой стрелке.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа для каждого из трех контуров, образованных одним линейным и двумя фазными напряжениями, имеем

Для построения, например, вектора линейного напряжения U_АВ надо сложить в соответствии с формулами (4.4) вектор фазного напряжения U ₄ с вектором U_в, взятым с обратным знаком: U_АВ = U ₄ + (~0_В). Если полученный таким образом вектор U_АВ перенести параллельно самому себе так, чтобы его конец совпал с концом вектора U _л, то его начало совпадет с концом вектора

U _в.

Рис. 4.3. Векторная диаграмма симметричной цепи, соединенной звездой

Аналогичным образом следует поступить и при построении векторов 0_вс и U_CA: 0_вс =0_в + (-U_с); U_СА =U_C + (-U_А), как это показано на векторной диаграмме рис. 4.3. Перенеся эти векторы параллельно самим себе аналогично предыдущему, получим, что вектор линейного напряжения U_вс расположится между концами векторов фазных напряжений U_в и 0_С, а вектор линейного напряжения U_СА — между концами векторов фазных напряжений

й_съй_А.

В частном случае, если система векторов фазных напряжений симметрична, то система векторов линейных напряжений также симметрична и образует равносторонний треугольник, из геометрии которого следует, что действующие значения (длины векторов) линейных напряжений в V3 раз больше действующих значений фазных напряжений.