З’єднання обмоток генератора - зіркою - та - трикутником

Нехай ми маємо генератор змінного струму з трьома окремими обмотками, розташованими під кутом $120^0$ відносно один одного. У цих обмотках створюється трифазний струм. Напруги на обмотках одно:

У разі, якщо даний генератор використовувати без зв'язку друг з одним, то генератор трифазного струму стає просто сукупністю окремих генераторів однофазного струму. Якщо обмотки з'єднуються певним способом, то у трифазного струму виникають спеціальні властивості, які використовують у техніці. Використовують два види з'єднань обмоток генератора:«зіркою» і«трикутником».

З'єднання «зірка»

Розглянемосхему з'єднання обмоток генератора «зіркою». У ній кінці трьох обмоток з'єднують в один вузол, а початки служать для підключення навантажень.

Схема з'єднання зіркою показано на рис.1 (а). Таке з'єднання обмоток генератора дозволяє використовувати передачі електроенергії замість шести проводів лише чотири. Точка $O$ на схемі - точка загального потенціалу (провідник, який з'єднаний з точкою $О$ - нульовий провід). Таке з'єднання подібне до з'єднання трьох джерел струму, яке показано на рис.1 (б).

Спробуй звернутися за допомогою до викладачів

єднання

При такому способі з'єднання напруга між фазою та нульовим дротом називають фазною напругою. Напруга між фазами $A-B$, $B-C$, $C-A$ називаютьлінійним. Для того, щоб визначити як співвідносяться фазне та лінійне напруження необхідно брати геометричну (векторну) різницю.

Припустимо, що генератор розімкнуто, тобто $R_1=\ R_2=R_3=\infty ,\ $знайдемо зв'язок між фазною напругою (існуючою в кожній з обмоток $О_1,\ О_2,О_3$) ілінійною напругою (між проводами $0,1,2,3$). Лінійна напруга між проводом $О$ і будь-яким іншим проводом дорівнює фазному і його амплітуда $U_m.\ $Лінійна напруга між будь-якою парою проводів $1,2$ і $3$ буде відрізнятися. Знайдемо напругу між проводами $1$ і $3$, яка дорівнює різниці потенціалів між вільними кінцями обмоток $О_1,\ О_2$:

Задай питання фахівцям і отримай відповідь вже через 15 хвилин!

З формули (2) видно, що лінійна напруга має таку саму частоту, як і фазне. Однак, амплітуда лінійної напруги в $ sqrt $ більше, ніж фазного.

Припустимо, що генератор має симетричне навантаження ($R_1=\R_2=R_3$). У такому разі амплітуда струмів у проводах $1,2,3$ однакова ($I_m$). Сила струму змінюватиметься відповідно до:

У нульовому дроті сила струму ($I$) дорівнює сумі лінійних струмів:

Ми отримали, що при симетричному навантаженні сила струму в нульовому дроті завжди дорівнює нулю. У такому разі (при симетричному навантаженні!) нульовий провід можна видалити зовсім і лінія працюватиме (проте, треба пам'ятати, що при цьому на кожну з пар навантажень діятиме лінійна напруга в $\sqrt$ разів більше фазного).

З'єднання трикутник

Обмотки трифазного генератора та трифазні навантаження можуть з'єднуватися ще одним способом. У цьому випадку кінець першої обмотки з'єднується з початком другої, кінець другої з початком третьої, кінець третьої з початком першої. При цьому вузли з'єднань є відводами. Такий спосіб з'єднання називаютьтрикутником.

Схема з'єднання трикутника зображена на рис.2(а). Для основної гармоніки при з'єднанні обмоток генератора за схемою трикутник струм замикання в обмотці дорівнює нулю. Обмотки потужних генераторів, зазвичай, за такою схемою не з'єднують. Ця схемавідповідає з'єднанню джерел напруги, яка зображена на рис. 2(б).

Якби струм був постійним, всі обмотки при такому з'єднанні були б замкнуті накоротко. Але, якщо ми маємо справу зі змінними напругами, які мають різницю фаз, то справа докорінно змінюється. Результуюча напруга в трикутнику (див. схему обчислення (4)) дорівнює:

Ми отримуємо, що якщо генератор не має навантаження, то в обмотках немає струму. З рис. 2 очевидно, що лінійні напруги дорівнюють фазним напругам. При розімкнутому генераторі амплітуда лінійних напруг дорівнює амплітуді напруги в одній обмотці $U_m.$

У з'єднанні трикутником немає нульового дроту, нерівномірність навантаження суттєвіше позначається на роботі генератора, ніж у разі з'єднання зіркою. Через цю особливість з'єднання трикутник найчастіше застосовують у силових установках, наприклад, трифазних двигунах, де можна отримати близькі за величиною навантаження фаз.

Передбачалося, що генератор та навантаження з'єднувалися однаково (зіркою або трикутником), звичайно, можливі комбінації схем. Наприклад, споживач з'єднується зіркою, генератор трикутником.

Завдання: Поясніть, що станеться у схемі, яка зображена на рис.1 (а), якщо обірваний провід $1$? Що станеться, якщо перегорів нульовий провід?

Рішення:

Припустимо, що у схемі з'єднання зірка (рис.1(а)) обірвано провід $1$. Тоді навантаження $R_1$ буде вимкнено. Навантаження $R_2\ і R_3$ будуть нормально працювати, так як на них будуть присутні фазні напруги.

Нехай перегорів нульовий провід. У цьому випадку кожна пара опорів, наприклад $R_1\ і R_2$ будуть з'єднані послідовно і потраплять під напругу в $\sqrt$ разів більше фазного. Ця напруга розподілитьсявідповідно до правил послідовного з'єднання, пропорційно опорам (в даному випадку $ R_1 \ і R_2 $). Так, якщо $ R_1 = R, \ R_2 = \ fracR $, то на гілці $ R_2 $ ми отримаємо $ 0,1 U $, а на гілці $ R_1 $ буде $ 0,9 U $, де $ U $ - повна напруга. Припустимо, що напруга в мережі (фазна) $220В$, тоді:

\[U=\sqrt\cdot 220=380\ \left(B\right)\left(1.1\right).\]

З $380В$ на опір $R_1$ доведеться $342$, тоді як на $R_2$ доведеться $38$. Тому, якщо $R_1$ буде, наприклад побутова лампочка, вона перегорить і струм в обох гілках перерветься.

Завдання: Поясніть, чому з'єднання зіркою застосовують у техніці освітлення?

Рішення:

Необхідність застосування з'єднання «зірка», яка має нульовий провід, існує в техніці освітлення, оскільки при роботі освітлювальних приладів неможливо досягти симетрії в навантаженнях. У таких мережах всі три фази і нульовий (нейтральний) провід підводять, наприклад, до житлових будинків, усередині будинку намагаються приблизно однаково навантажити кожну фазу, так щоб загальне навантаження було найбільш симетричним. При цьому до кожної квартири приходить нульовий провід та одна з фаз. На розподільчий щит, через який проходять дві або три фази, в нульовий провід запобіжник не ставлять, оскільки його перегорання веде асиметрію напруги.

Так і не знайшли відповідь на своє запитання?

Просто напиши з чим тобі потрібна допомога