При соединении фазных обмоток трехфазного генератора в треугольник (рис. 1) начало H’ одной фазы соединяется с концом K’ второй фазы, начало второй H’ соединяется с концом третьей K’, а начало третьей H’ фазы соединяется с концом первой H’.
Треугольное подключение фаз
При соединении фазных обмоток трехфазного генератора в треугольник (рис. 1) соедините начало Н’ одной фазы с концом К’ другой фазы, начало второй Н’ с концом третьей К’, а начало третьей Н’ фазы с концом первой Н’.
Фазные обмотки генератора образуют замкнутый контур с низким внутренним сопротивлением. Однако при симметричных выходах (равных по величине и одинаково смещенных) в фазах и при отключенной внешней цепи ток в этой цепи равен нулю, поскольку сумма трех симметричных выходов равна нулю в любой момент времени. При таком подключении напряжения между линейными проводами равны напряжениям на фазных обмотках:
Если все три фазы генератора нагружены совершенно одинаково, в проводах линии протекают равные токи. Каждый из этих линейных токов равен геометрической разности токов в двух соседних фазах. Таким образом, вектор линейного тока I c равен геометрической сумме векторов в фазах I c и I c b (рис. 2, a). Векторы фазных токов смещены друг относительно друга на угол 120° (рис. 2, б).
Рис. 1. Треугольное соединение обмоток генератора.
Из рис. 2, б следует, что абсолютное значение тока линии
Аналогично обмотке генератора, трехфазная нагрузка может быть соединена в звезду и треугольник.
Рисунок 2: Векторная диаграмма токов.
Например, трехфазные электродвигатели подключаются либо звездой, либо треугольником в зависимости от напряжения сети Δ.
Если в сети нет нейтрального провода, а потребитель имеет в наличии три линейных напряжения, он может искусственно создать фазные напряжения. Для этого три одинаковых резистора (нагрузки) соединяются в звезду. Каждая из этих нагрузок будет подключена к фазному напряжению (рис. 3):
Соединение обмоток генератора треугольником в основном используется в небольших мобильных электростанциях с ограниченной распределительной сетью (генераторы и т.д.).
В четырехпроводной трехфазной системе нейтральный проводник надежно заземлен на подстанции, на ответвлениях линии и на определенных расстояниях вдоль линии. Этот проводник используется для заземления металлических корпусов токоприемников потребителя.
Рисунок 3: Подключение трех одинаковых токоприемников в звезду с тремя линейными проводниками.
Рисунок 4. Схема трехфазного четырехпроводного подключения осветительной (220 В) и силовой (380 В) нагрузок.
На рисунке 4 показана схема подключения осветительных и силовых нагрузок в трехфазной четырехпроводной сети. Осветительная нагрузка подключена к фазному напряжению 220 В. Цель – равномерно загрузить все три фазы однофазными нагрузками. Для этого на одной улице жилого массива для освещения используется одна фаза с нейтральным проводником, на другой – вторая фаза и нейтральный проводник, на третьей – третья фаза и нейтральный проводник и т.д. Силовые нагрузки (электродвигатели, сварочные трансформаторы), а также трехфазное нагревательное оборудование большой мощности подключаются к сетевому напряжению.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в своих социальных сетях. Это поможет развитию нашего сайта!
Асинхронный электродвигатель питается от трехфазной сети переменного тока. Такой двигатель с простой электрической схемой имеет три обмотки, расположенные на статоре. Каждая из обмоток смещена относительно друг друга на 120 градусов. Это угловое смещение призвано создать вращающееся магнитное поле.
Различия между звездой и дельтой
Исходя из теоретических и практических знаний в области электротехники, соединение звездой делает работу двигателя более плавной и ровной. Однако это не позволяет двигателю достичь полной номинальной мощности, указанной в технических характеристиках.
Соединив фазные обмотки в треугольник, двигатель может быстро достичь максимальной рабочей мощности. Это позволяет использовать весь КПД двигателя, указанный в техническом паспорте. Однако у этого способа подключения есть недостаток: высокие пусковые токи. Реостат используется для уменьшения пусковых токов, что позволяет двигателю запускаться более плавно.
До сих пор мы изучали переменный ток, производимый одним электрическим током. Такой ток называется однофазным переменным током. Система из трех однофазных токов, порожденных тремя ЭДС одинаковой частоты, но сдвинутых относительно друг друга на одну треть периода (120°), называется трехфазный ток..
Трехфазный ток. Соединение “звезда” и “треугольник
До сих пор мы имели дело только с переменными токами, которые производятся однофазным током. Систему из трех однофазных токов, порожденных тремя ЭДС одинаковой частоты, но смещенных друг относительно друга на одну треть периода (120°), мы называем трехфазный ток..
Трехфазные токи генерируются трехфазными генераторами. На рисунке 1 показан трехфазный генератор переменного тока со стационарным блоком, называемым статором статорОн состоит из трех отдельных обмоток.
Движущаяся часть генератора переменного тока, называемая ротором роторДвижущаяся часть генератора, называемая ротором, представляет собой электромагнит. Когда ротор вращается, обмотки статора индуцируют электрический ток в катушках.
Поскольку обмотки смещены друг относительно друга на 120°, они индуцируются с амплитудами, также сдвинутыми по фазе на 120°, т.е. три обмотки индуцируются с фазовым углом f = 120° (каждая обмотка обычно называется фазой).
Начала обмоток обозначаются буквами A, B и C, а концы – x, y и z соответственно.
Концы обмотки электромагнита соединены с кольцами 1 и 2. Щетки 3, 4 используются для ввода постоянного тока.
На рисунке 2 показаны схемы трех обмоток трехфазного генератора переменного тока.
Трехфазный генератор – это как три однофазных генератора переменного тока с общей магнитной системой. Предположим, что к нагрузке подключен трехфазный генератор переменного тока, как показано на рис. 3.
По A1, А2, А3 это обмотки (фазы) генератора, а A1 , , А2 , , А3 Это фазы приемников (электрических ламп).
Три провода B1 – B1 , ; B2 – B2 , ; B3 – B3 могут быть соединены вместе, образуя один провод (рис. 4) длиной O , называемый нулевой или нейтральный.
Поскольку алгебраическая сумма трех равных синусоидальных токов, сдвинутых на 120°, равна нулю в любой момент времени, этот проводник не нужен, когда фазы одинаково нагружены, поскольку ток в нем тогда равен нулю. Точка O, в которой соединены все три фазы обмотки машины и нейтральный проводник, называется нейтральный или нейтральная точка..
Соединение между фазами трехфазного генератора переменного тока, показанное на рис. 4, называется соединение звездой. Подобное соединение цепей нагрузки называется соединением нагрузки звездой.
Напряжение между началом и концом фазы называется фазное напряжение и обозначается как Uf.
Напряжение между концами фаз или проводников линии называется напряжение сети и обозначается как Ul. Поэтому величина тока называется фазным (If) или линейным (Il). Очевидно, что при соединении звездой Il = If , так как фаза генератора и соответствующая линия соединены последовательно.
Величина линейного напряжения в соединении “звезда” составляет
Это можно легко проверить, измерив напряжение между двумя фазными проводами и сравнив его с напряжением между нейтральным и линейным проводами.
Другими соединениями между фазами трехфазного генератора переменного тока и его потребителями являются треугольное соединение – В треугольнике фазы соединены последовательно: конец одной соединен с началом другой, и так далее, а сумма выходов трех фаз в любой момент времени равна нулю. Поэтому при отключении внешней цепи ток в фазах будет равен нулю. При соединении треугольником фазное напряжение равно линейному напряжению Uf = Ul, а линейный ток при равномерной нагрузке фаз равен
Фазные и линейные токи связаны между собой следующим образом
Дельта-соединение
При соединении треугольником конец одной обмотки соединен с началом другой. Это создает замкнутый контур.
При таком подключении каждая фаза находится под линейным напряжением, т.е. линейное и фазное напряжения равны.
Фазные токи и токи линии обратно пропорциональны как
Аналогичный вывод мы делаем и для соединения треугольником: в симметричной трехфазной цепи, когда фазы соединены в треугольник, токи отличаются в 1,72 раза, а напряжения между фазами равны.
УРОК 9. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. СОЕДИНЕНИЕ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА И ПОТРЕБИТЕЛЯ В ЗВЕЗДУ И ТРЕУГОЛЬНИК
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами переменного тока.
Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой каркас из проводников, помещенный между полюсами магнита, концы которого соединены с изолированными полукольцами, называемыми коллекторами. Положительная и отрицательная щетки прикреплены к полукольцам (коллектору), которые замыкаются внешней цепью с помощью лампочки. Чтобы запустить генератор, поверните раму кондуктора вместе с коллектором. Согласно правилу правой руки, при вращении рамки проводник-коллектор в ней будет индуктироваться электрический ток, меняющий свое направление каждые пол-оборота, поскольку линии магнитного поля с каждой стороны рамки будут пересекаться в одном направлении, а затем в другом. В то же время контакт концов проводников каркаса и полуколец коллектора со щетками генератора будет меняться каждые пол-оборота. Ток будет течь в одном направлении во внешней цепи, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Чтобы сделать электрический ток постоянным не только по направлению, но и по величине (приблизительно постоянным по величине), коллектор изготавливается из многих (36 или более) пластин, а проводник из многих каркасов или секций, выполненных в виде обмоток якоря.
Рисунок 1: Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 – полукольцо или пластина коллектора; I – каркас проводника; 3 – щетка генератора переменного тока
Основная конструкция простейшего генератора переменного тока показана на рис. 2. В этом генераторе концы каркаса проводников прикреплены к собственному кольцу, а щетки генератора прижаты к кольцам. Щетки замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Когда рамка с кольцами вращается в магнитном поле, генератор вырабатывает переменный ток, меняющий величину и направление каждые пол-оборота. Такой переменный ток называется однофазным. Трехфазные генераторы переменного тока используются в технике и по многим причинам являются наиболее удобными в использовании. Простейший трехфазный генератор переменного тока имеет три каркаса (обмотки) проводов, смещенных друг относительно друга на 120°. Трехфазный ток меняет свою величину и направление каждые 120° вращения. Время, необходимое для совершения одного колебания, называется периодом, а количество периодов в секунду – частотой переменного электрического тока.
Рисунок 2: Схема простого генератора переменного тока:
1 – полюс электромагнита; 2 – катушка возбуждения; 3 – контактное кольцо; 4 – щетка генератора; S – внешняя цепь; 6 – каркас проводника; 7 – источник постоянного тока
Основные свойства треугольника:
Краткая сравнительная таблица
Оба используются в электрической области. Это проверенные системы намотки, которые экономят энергию и снижают износ.
Лучше сравнивать системы, использующие одни и те же функции – тогда становится понятнее, почему стоит выбрать ту или иную.
| Критерий | Звезда | Треугольник |
| Напряжение | 330 В | 220 или 380 В |
| Количество питающих проводов | 3 | 6 |
Фазные токи Δ A , Í B , Í C связаны с собственными напряжениями; в нашем случае через условие φ = 0, и токи совпадают по фазе с напряжениями. Ток в нейтральном проводнике Δ N = Í A + Í B + Í C . Построив (в масштабе) на величине Í N = 2,5 А.
Лекция на тему “СВЯЗЬ ЗВЕЗД И ДЕРЕВЬЕВ”. ПРИНЦИП СОЕДИНЕНИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФУНКЦИИ”.
До сих пор мы изучали переменные токи, которые создаются одним электрическим током. Такой ток называется однофазным переменным током. Систему из трех однофазных токов, порожденных тремя ЭДС одинаковой частоты, но смещенных друг относительно друга на одну треть периода (120°), мы называем трёхфазный ток .
Нагрузка в трехфазной электрической цепи делится на Симметричные и несимметричные .
При симметричной нагрузке Фазные сопротивления идентичны как по величине, так и по характеру.
Нагрузка описывается как Асимметричный , Когда сопротивление хотя бы одной фазы не равно сопротивлениям других фаз.
Для того чтобы увеличить передаваемую мощность без увеличения напряжения в линии, уменьшить пульсации напряжения в питающем оборудовании, сократить количество проводов при подключении нагрузки к сети, используются различные схемы соединения обмоток источников и потребителей электроэнергии (“звезда” и “треугольник”).
Обмотки генераторов и нагрузки в 3-фазных сетях могут быть соединены по двум схемам: звезда и треугольник. Эти схемы имеют несколько различий между собой, а также отличаются по допустимому току. По этой причине перед подключением электрических машин важно объяснить различия между двумя схемами “звезда” и “треугольник”.
Звездная цепь.
Различные обмотки в соединении звездой соединяются в одной точке, которая называется нейтральный Нейтральная точка обозначается на схемах как “O” или x, y, z. Нейтральная точка может быть подключена к нейтральной точке электросети, но это не всегда так. Если такое соединение есть, система называется 4-проводной. а если такого соединения нет, то это трехпроводное соединение.
Дельта-соединение.
В этой схеме концы обмоток не соединены в одной точке, а подключены к другой обмотке. Итак, у нас есть схема, которая выглядит как треугольник, а обмотки соединены последовательно.
Обратите внимание, что в треугольной схеме система является только трехпроводной, поскольку нет общей точки.
В треугольной цепи, когда нагрузка выключена и ЭДС симметрична, она равна 0.
Количество фаз и линий.
В трехфазной сети существует два типа токов и напряжений – фазные и линейные.
Фазное напряжение – это его величина между концом и началом потребительской фазы.
Фазный ток протекает в одной фазе нагрузки.
В системе “звезда” фазные напряжения равны U a , U b, U c ,
а фазные токи I a , I b , I c .
При использовании схемы “треугольник” для обмоток нагрузки или генератора, фазные напряжения – U av , U bc , U sa , фазные токи – I ac , I bc , I sa .
Линейные значения напряжения измеряются между пусками фаз или между линейными проводами. Ток в линии протекает в проводниках между фидером и нагрузкой.
В системе “звезда” линейные токи равны фазным токам, а линейные напряжения равны U ab , U bc, U .
При треугольном расположении верно обратное – фазные и линейные напряжения равны, а линейные токи равны. I a , I b , I c .
При анализе и расчете 3-фазных цепей большое значение придается направлению напряжений и токов ЭДС, так как это направление влияет на соотношения между векторами в схеме.
Особенности схемы.
Между этими диаграммами есть существенная разница. Давайте выясним, почему в различных электроустановках используются разные цепи и в чем их особенности.
При запуске электродвигателя пусковой ток имеет высокое значение, которое в несколько раз превышает номинальное значение. Если это устройство с низким энергопотреблением, защита может не сработать. Если включается тяжелый электродвигатель, защита обязательно сработает, отключая питание и вызывая кратковременное падение напряжения, перегорание предохранителей или срабатывание автоматических выключателей. Двигатель будет работать на низкой скорости, которая меньше номинальной.
Вы можете видеть, что существует множество проблем, возникающих из-за высокого пускового тока. Необходимо каким-то образом снизить его стоимость.
Для этого можно использовать несколько методов:
Подключите реостат, дроссель или трансформатор для запуска двигателя.
Измените подключение обмотки ротора двигателя.
В промышленности чаще всего используется второй метод, поскольку он самый простой и эффективный. Здесь работает принцип переключения обмоток двигателя в цепь “звезда” и “треугольник”. Это означает, что при запуске двигателя обмотки соединены звездой, а при увеличении скорости вращения схема соединения меняется на треугольник. В промышленных условиях этот процесс переключения автоматизирован.
Практически, в электродвигателях одновременно используются две схемы – звезда и треугольник. Нейтраль питания должна быть подключена к нейтральной точке, поскольку при использовании таких схем возрастает вероятность перекоса амплитуд фаз. Нейтраль источника компенсирует эту асимметрию, которая возникает из-за различных индуктивных сопротивлений обмоток статора.
Построение векторных диаграмм (см. видео по ссылке:
Преимущества схемы.
Соединение звездой имеет значительные преимущества:
Плавный запуск электродвигателя.
Позволяет электродвигателю работать в соответствии с заявленным номиналом.
Двигатель будет нормально работать в широком диапазоне условий, от больших кратковременных перегрузок до небольших длительных перегрузок.
Корпус двигателя не перегревается во время работы.
Основным преимуществом треугольной системы является получение максимально возможной рабочей мощности двигателя. Разумно поддерживать режимы работы в соответствии с техническими характеристиками двигателя. При исследовании электродвигателей со схемой “треугольник” было обнаружено, что их мощность увеличивается в 3 раза по сравнению со схемой “звезда”.
Если рассматривать генераторы, то схемы “звезда” и “треугольник” схожи по характеристикам, когда речь идет о функционировании электродвигателей. Выходное напряжение генератора будет выше в схеме “треугольник”, чем в схеме “звезда”. Однако при увеличении напряжения ток уменьшается, поскольку, согласно закону Ома, эти параметры обратно пропорциональны друг другу.
Поэтому можно сделать вывод, что при различных соединениях концов обмотки генератора можно получить два различных номинальных напряжения. В современных мощных электродвигателях цепи “звезда” и “треугольник” автоматически переключаются при запуске, так как это снижает токовую нагрузку, возникающую при запуске двигателя.
Процессы, связанные с изменением схем “звезда” и “треугольник”, различны.
В этом случае модификация схемы относится к переключению электрического щита и клеммных коробок при наличии обмоточных проводов.
Обмотки генераторов и трансформаторов.
При переключении со звезды на треугольник напряжение падает с 380 до 220 В, мощность остается прежней, поскольку фазные напряжения не меняются, но токи в сети увеличиваются в 1,73 раза.
При обратной коммутации происходит обратное: напряжение сети увеличивается с 220 до 380 В, фазные токи остаются прежними, но токи линии уменьшаются в 1,73 раза. Таким образом, можно сделать вывод, что если вывести все концы обмоток, то вторичные обмотки трансформатора и генератора можно использовать для двух напряжений, отличающихся в 1,73 раза.
Лампы освещения.
При переключении со звезды на треугольник лампы перегорают. Если повернуть выключатель в противоположном направлении, то пока лампы нормально горели треугольником, они будут перегорать тусклым светом. Без нейтрального провода лампы могут быть подключены звездой, если их мощность равна и равномерно распределена между фазами. Это соединение используется в театральных люстрах.
Давайте рассмотрим некоторые примеры решений.
Освещение здания питается от четырехпроводной трехфазной сети напряжением U Л = 380 В. Первый этаж питается от фазы “А” и потребляет 1760 Вт, второй от фазы “В” и потребляет 2200 Вт, третий от фазы “С” потребляет 2640 Вт. Нарисуйте схему цепи, рассчитайте токи, потребляемые каждой фазой, и ток в нейтральном проводнике, а также рассчитайте активную мощность всей нагрузки. Нарисуйте векторную диаграмму.
Анализ и решение проблемы 1
Принципиальная схема показана на рисунке 1.
Лампочки соединяются в звезду с нейтральным проводником.
Рис. 1
Расчет фазных напряжений и токов. При соединении звездой U Л = U Ф следовательно U Ф = U Л / = 380 / = 220 В. Осветительная нагрузка имеет коэффициент мощности cos φ = 1, поэтому P Ф = U Ф – I Ф и фазные токи будут равны:
I А = P А / U Ф = 1760 / 220 = 8A; I B = P B / U Ф = 2200 / 220 = 10A; I C = P C / U Ф = 2640 / 220 = 12 А.
Построение векторной диаграммы и определение тока в нейтральном проводнике.
Векторная диаграмма показана на рис. 6.27. Она начинается с равностороннего треугольника линейных напряжений Ú AB , Ú БК , Ú CA и симметричная звезда фазных напряжений Ú a , Ú b , Ú c . При таком построении напряжение между любыми точками диаграммы может быть найдено как вектор, соединяющий соответствующие точки диаграммы, поэтому диаграмма называется топографической.
Фазные токи Δ A , Í B , Í C связаны с собственными напряжениями; в нашем случае через условие φ = 0, и токи совпадают по фазе с напряжениями. Ток в нейтральном проводнике Δ N = Í A + Í B + Í C . Построив (в масштабе) на величине Í N = 2,5 А.
Расчет активной мощности в цепи.
Активная мощность цепи равна сумме мощностей ее фаз:
P = P A + P B + P C = 1760 + 2200 + 2640 = 6600 ватт.
Домашнее задание:
2. ответьте на вопросы самооценки:
Вопросы для самооценки:
1. что такое симметричная трехфазная система напряжения? В чем разница между системами прямого и обратного секвенирования? Показать на векторных диаграммах.
2. Как обозначаются начало и конец фазы в трехфазных источниках и приемниках? Как они образуют соединения типа “звезда” и “треугольник”?
3. Дайте определение фазным и линейным напряжениям. Каково соотношение между линейным и фазным напряжением на клеммах генератора переменного тока, соединенного звездой?
4. Дайте определение фазным и линейным токам. Каково соотношение между этими токами, когда нагрузка сочленена?
5.Какая нагрузка называется симметричной?
6.Как рассчитать фазные токи нагрузки, соединенной звездой, если известны напряжения источника сети и фазные сопротивления нагрузки?
7. когда используется четырехпроводная система питания? Какое значение имеет нейтральный провод?
Как рассчитать ток в нейтральном проводнике?
9. каково соотношение между линейным и фазным напряжениями, когда фазы источника или нагрузки соединены в треугольник?
10. как рассчитать фазные и линейные токи нагрузки, соединенной треугольником, если известны линейное напряжение источника и сопротивление фазы нагрузки?
11. каково соотношение между линейным и фазным токами симметричного треугольно подключенного приемника?
12. может ли ток в нейтральном проводнике быть нулевым?
13. Как изменится работа схемы, если к одной из фаз вместо лампы подключить двигатель?
Читайте далее:- Как найти начало и конец обмотки электродвигателя – ООО "СЗЭМО Электродвигатель".
- Трехфазные электрические цепи; Студопедия.
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
- ГОСТ 21888-82 (IEC 276-68, IEC 560-77) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения (с изменениями N 1) от 30 марта 1982 года.
- Звезда или треугольник – Советы электрикам – Electro Genius.
- Трехфазные цепи (общая информация).
- Машина постоянного тока – принцип работы.