Лабораторная работа 11 (LR11)
ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Опытная проверка соотношений, связывающих напряжения и токи трёхфазных цепей при соединении приёмников звездой и треугольником.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ
СХЕМЫСОЕДИНЕНИЯ ФАЗ ИСТОЧНИКА И ПРИЕМНИКА
Трехфазная цепь - это совокупность трёхфазной системы ЭДС, трёхфазной нагрузки и соединительных проводов.
Трёхфазную систему ЭДС (напряжений) получают с помощью синхронного трёхфазного генератора, в обмотках которого при вращении ротора индуктируются три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120°:
eA = 
E A = 
= Eф;
, 
;
,
.
Обмотки статора генератора соединяют по схеме звезда (рис. 11.1, а, слева) или треугольник (рис. 11.1, б, слева). Фазы трёхфазного приёмника (нагрузки) также соединяют по схеме звезда или треугольник (рис. 11.1, а и б, справа).
СОЕДИНЕНИЕ ФАЗ ПРИЕМНИКА ЗВЕЗДОЙ
На рис. 11.2, а изображена трёхфазная цепь, у которой источник и приёмник соединены звездой с нейтральным (нулевым) проводом (четырёхпроводная система). Фазные напряжения приёмника в схеме звезда-звезда с нулём равны фазным напряжениям источника:
U a = U A; U b = U B и U c = U C,
а так называемое напряжение смещения нейтрали между точками n и N при нулевом сопротивлении нейтрального провода равно нулю (
В четырёхпроводной системе обеспечивается независимый режим работы фаз приёмника (кроме короткого замыкания в фазе, которое недопустимо): в случае изменения сопротивления одной фазы (в т. ч. при её обрыве) напряжения и токи двух других фаз не изменяются.
При этом соблюдается соотношение между линейными и фазными напряжениями: 
, т. е. фазные напряжения в 
раза меньше линейных. В осветительных системах линейное напряжение Uл = 380 В, а фазное Uф = Uл / = 220 B (реже Uл = 220 В, а Uф = Uл / = 127 B).
 |
При неравномерной нагрузке (Z a
Z b Z c, например, Z a = -jXa, Z b = = Rb - jXb и Z c = Rc - jXc), фазные и линейные токи (для каждой фазы): 
а ток в нейтральном проводе (рис. 11.2, б) I N = I a + I b + I c.
В случае равномерной нагрузки (
) модули фазных токов одинаковы и равны соответствующим линейным токам Iф = Iл = Uф /Zф. На векторной диаграмме векторы токов составляют симметричную звёзду (как и векторы фазных напряжений), поэтому сумма комплексов фазных токов I N = I a + I b + I c = 0, т. е. ток в нейтральном проводе равен нулю и его можно отключить. В результате получим трёхпроводную систему включения приёмника с генератором по схеме звезда-звезда (Y-Y).
При неравномерной нагрузке и в случае отсутствия нейтрального провода (трёхпроводная система Y-Y без нуля) имеет место зависимый режим работы фаз приёмника - при изменении сопротивления одной фазы изменяются все фазные напряжения.Между точками n и N (см. рис. 11.2, а) появится напряжение смещения нейтрали
,
где Y a = 1 / Z a; Y b = 1 / Z b; Y c = 1 / Z c - проводимости фаз нагрузки.
Напряжения фаз приёмника находят из соотношений:
U a = U A - U nN; U b = U B - U nN и U c = U C - U nN .
В результате получается несимметричная звезда фазных напряжений приёмника (“перекос” фаз), причем в одной фазе, например, в фазе а, напряжение U a может возрасти и значительно превыситьфазное напряжения U A генератора (что в большинстве случаев недопустимо), а в других фазах - уменьшиться. Возможен вариант повышения напряжения во всех фазах при разных по характеру сопротивлениях нагрузки, например,
Za = RА , Z b = jXL и Z с = - jXС.
По этой причине в осветительных системах запрещается устанавливать предохранители и выключатели в нейтральном проводе.
Комплексы токов фаз приёмника:
I а = U а / Z а; I b = U b / Z b; I c = U c / Z c,
а их сумма равна нулю (I a + I b + I c = 0).