Общая электротехника с основами электроники
Общая электротехника с основами электроники
ОглавлениеПредисловиеВведение Часть первая. Общая электротехника 1-1.  Основные понятия1-3. Электропроводность 1-4. Электрическая емкость. Конденсаторы 1-5. Соединение конденсаторов 1-6. Энергия электрического поля 1-8. Электроизоляционные материалы Глава вторая. Электрические цепи постоянного тока 2-1. Электрический ток 2-2. Электрическая цепь и ее элементы 2-3. Закон Ома 2-4. Электрические сопротивление и проводимость 2-5. Зависимость сопротивления от температуры 2-6. Проводниковые материалы 2-7. Работа и мощность 2-8. Преобразование электрической энергии в тепловую 2-9. Электрическая нагрузка проводов и защита их от перегрузки 2-10. Потеря напряжения в проводах 2-11. Первый закон Кирхгофа 2-12. Последовательное соединение сопротивлений — приемников энергии 2-13. Параллельное соединение сопротивлений — приемников энергии 2-14. Смешенное соединение сопротивлений 2-15. Два режима работы источника питания 2-16. Второй закон Кирхгофа 2-17.  Расчет сложных цепей2-18. Химические источники питания 2-19. Соединение химических источников питания 2-20. Нелинейные электрические цепи 2-21. Лабораторная работа. Потеря напряжения в линии Глава третья. Электромагнетизм 3-1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Магнитный поток 3-2. Электромагнитная сила 3-3. Взаимодействие параллельных проводов с токами 3-4. Магнитная проницаемость 3-5. Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение 3-6. Закон полного тока 3-7. Магнитное поле катушки с током 3-8. Ферромагнетики, их намагничивание и перемагничивание 3-9. Ферромагнитные материалы 3-10. Магнитная цепь и ее расчет 3-11. Электромагниты 3-12. Электромагнитная индукция 3-13. Принцип работы электрического генератора 3-14. Принцип работы электродвигателя 3-15. Вихревые токи 3-17. Энергия магнитного поля 3-18. Взаимная индуктивность Глава четвертая.  Электрические машины постоянного тока4-1. Назначение машин постоянного тока 4-2. Устройство машины постоянного тока 4-3. Принцип работы машины постоянного тока 4-4. Устройство обмотки якоря 4-5. Электродвижущая сила обмотки якоря 4-6. Электромагнитный момент на валу машины 4-7. Механическая мощность машины постоянного тока 4-8. Реакция якоря машины постоянного тока 4-9. Коммутация тока 4-10. Понятие о номинальных данных и характеристиках электрических машин 4-11. Генератор с независимым возбуждением 4-12. Генератор с параллельным возбуждением 4-13. Генератор со смешанным возбуждением 4-14. Электродвигатели постоянного тока 4-15. Электродвигатель с параллельным возбуждением 4-16. Электродвигатель с независимым возбуждением 4-17. Электродвигатели с. последовательным и со смешанным возбуждением 4-18. Потери и коэффициент полезного действия 4-19. Лабораторная работа. Электродвигатель с параллельным возбуждением 4-20.  Лабораторная работа. Генератор с параллельным возбуждениемГлаве пятая. Основные понятия, относящиеся к переменным токам 5-1. Переменный ток 5-2. Получение синусоидальной э. д. с. 5-3. Сдвиг фаз 5-4. Действующие значения тока и напряжения 5-5. Векторная диаграмма Глава шестая. Цепи переменного тока 6-1. Особенности цепей переменного тока 6-2. Цепь с сопротивлением 6-3. Цепь с индуктивностью 6-4. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью 6-5. Неразветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями 6-6. Разветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями 6-8. Колебательный контур 6-9. Резонанс напряжений 6-10. Резонанс токов 6-11. Коэффициент мощности 6-12. Активная и реактивная энергия 6-13. Лабораторная работа. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью 6-14. Лабораторная работа. Параллельное соединение катушки и конденсатора Глава седьмая.  Трехфазные цепи7-1. Трехфазные системы 7-2. Соединение обмоток генератора звездой 7-3. Соединение обмоток генератора треугольником 7-4. Соединение приемников энергии звездой 7-5. Соединение приемников энергии треугольником 7-6. Лабораторная работа. Трехфазные цепи Глава восьмая. Электротехнические измерения и приборы 8-1. Основные понятия 8-2. Классификация электроизмерительных приборов 8-3. Измерительные механизмы приборов 8-4. Измерение тока и напряжения 8-5. Измерение мощности 8-6. Измерение электрической энергии 8-7. Измерение сопротивлений 8-8. Измерение неэлектрических величин электрическими методами 8-9. Лабораторная работа. Измерение сопротивлений 8-10. Лабораторная работа. Поверка индукционного счетчика 8-11. Лабораторная работа. Измерение мощности в трехфазной цепи Глава девятая. Трансформаторы 9-1. Назначение трансформаторов 9-2. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора 9-3.  Холостой ход однофазного трансформатора9-4. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил (м. д. с.) 9-5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке 9-6. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора 9-7. Трехфазный трансформатор 9-8. Регулирование напряжения трансформаторов 9-10. Трансформаторы для дуговой электросварки 9-11. Измерительные трансформаторы 9-12. Коэффициент полезного действия трансформатора 9-13. Нагрев и охлаждение трансформаторов 9-14. Лабораторная работа. Однофазный трансформатор Глава десятая. Электрические машины переменного тока 10-1. Назначение машин переменного тока. Асинхронные электродвигатели 10-2. Получение вращающегося магнитного поля 10-3. Обмотка статора асинхронного электродвигателя 10-4. Обмотка ротора асинхронного двигателя 10-5. Принцип действия асинхронного двигателя 10-6. Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора 10-7.  Сопротивления обмотки ротора10-8. Токи в обмотке ротора 10-9. Вращающий момент двигателя 10-10. Пуск в ход асинхронных двигателей 10-11. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя 10-12. Однофазный асинхронный двигатель 10-13. Потери и к. п. д. асинхронного двигателя 10-14. Синхронные машины 10-15. Универсальный коллекторный двигатель 10-16. Лабораторная работа. Трехфазный асинхронный электродвигатель Глава одиннадцатая. Электропривод и аппаратура управления 11-1. Система электропривода 11-2. Нагрев и охлаждение электрических машин 11-3. Выбор мощности двигателя при продолжительном режиме 11-4. Выбор мощности двигателя при кратковременном режиме 11-5. Выбор мощности двигателя при повторно-кратковременном режиме 11-6. Рубильники 11-7. Пакетные выключатели 11-8. Реостаты для пуска и регулирования электродвигателей 11-9. Контроллеры 11-10. Плавкие предохранители 11-11. Автоматические воздушные выключатели 11-12.  Контакторы11-13. Реле 11-15. Схема включения двухскоростного асинхронного двигателя 11-16. Автоматический пуск асинхронного двигателя с кольцами 11-17. Автоматический пуск двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением 11-18. Лабораторная работа. Сборка и проверка работы схемы релейноконтакторного управления трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором Глава двенадцатая. Передача и распределение электрической энергии 12-1. Схемы электроснабжения промышленных предприятий. 12-2. Трансформаторные подстанции и распределительные устройства промышленных предприятий 12-3. Электрические сети промышленных предприятий 12-4. Защитное заземление Часть вторая. Основы промышленной электроники 13-1. Классификация и применение электронных приборов 13-2. Движение электронов в электрическом поле 13-3. Движение электронов в магнитном поле 13-4.  Электронная эмиссия13-5. Катоды электровакуумных приборов 13-6. Двухэлектродные электронные лампы — диоды 13-7. Применение двухэлектродных ламп Глава четырнадцатая. Трехэлектродные лампы. Четырех- и пятиэлектродные лампы. Усилители 14-1. Устройство и принцип работы триода 14-2. Статические характеристики триода 14-3. Параметры триода 14-4. Простейший каскад усиления 14-5. Характеристики и параметры простейшего каскада усиления 14-6. Типы триодов 14-7. Четырехэлектродные лампы — тетроды 14-8. Пятиэлектродные лампы — пентоды 14-9. Комбинированные и многосеточные лампы. Типы ламп 14-10. Общие понятия, относящиеся к усилителям 14-11. Режимы работы усилителей 14-12. Многокаскадные ламповые усилители 14-13. Обратная связь в усилителях 14-14. Лабораторная работа. Снятие анодных и анодно-сеточных характеристик триода и определение по ним статических параметров Глава пятнадцатая.  Газоразрядные приборы и их применение15-1. Виды газового разряда и его вольт-амперная характеристика 15-2. Ионные приборы с несамостоятельным дуговым разрядом 15-3. Приборы с тлеющим разрядом 15-4. Ионные приборы с самостоятельным дуговым разрядом 15-5. Обозначения газоразрядных приборов 15-6. Лабораторная работа. Снятие анодносеточных и пусковых характеристик тиратрона Глава шестнадцатая. Электронные генераторы. Осциллографы 16-1. Генераторы синусоидальных напряжений 16-2. Зарядка и разряд конденсатора 16-3. Релаксационные генераторы (генераторы пилообразного напряжения) 16-4. Мультивибраторы 16-5. Электроннолучевые трубки 16-6. Электроннолучевой осциллограф 16-7. Обозначения электроннолучевых трубок 16-8. Лабораторная работа. Экспериментальное, определение кривых напряжений в схемах выпрямителей Глава семнадцатая. Полупроводниковые приборы и их применение 17-1. Собственная электропроводность полупроводников 17-2.  Примесная электропроводность полупроводников17-3. Полупроводниковый вентиль 17-4. Германиевые и кремниевые диоды 17-5. Меднозакисные и селеновые диоды 17-6. Применение полупроводниковых вентилей и схемы выпрямителей 17-7. Обозначения полупроводниковых диодов 17-8. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды) 17-9. Транзисторы 17-10. Применение транзисторов для усиления колебаний 17-11. Схемы включения и характеристики транзисторов 17-12. Обозначения полупроводниковых триодов 17-13. Лабораторная работа. Снятие характеристик транзистора Глава восемнадцатая. Фотоэлектронные приборы и электронные реле 18-1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом 18-2. Фоторезисторы 18-3. Полупроводниковые фотоэлементы 18-4. Электронные и ионные реле 18-5. Лабораторная работа. Электронное реле — триггер |
Соединение фаз генератора и потребителя звездой
Для уменьшения количества проводов между генератором и потребителем фазные обмотки должны быть соединены между собой определённым образом, как в генераторе, так и у потребителя.
Обмотки генератора обозначаются: U1 – U2,
V1 – V2, W1 – W2 (фазы A, B, C). Индексом 1 обозначается начало обмотки, индексом 2 – конец.
Соединения обмоток генератора
На рис. 68 показана схема генератора, у которого имеются три независимые взаимно изолированные однофазные цепи. Э. д. с. в этих цепях одинаковы, имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на 1/3 периода. К каждой паре зажимов обмотки статора генератора можно подключить провода, подводящие ток к нагрузке. Эти три фазы выгоднее объединить в одну общую трехфазную систему. Для этого обмотки генератора соединяют между собой звездой или треугольником.
При соединении обмоток генератора звездой (рис. 69) концы всех трех фаз X, Y и Z (или началаA, В и С) соединяются между собой, а от начал (или концов) выводятся провода, отводящие энергию в сеть. Полученные таким образом три провода называются линейными, а напряжения между любыми двумя линейными проводами — линейными напряжениями Uл. От общей точки соединения концов (или начал) трех фаз (от нулевой точки звезды) может быть отведен четвертый провод, называемый нулевым.
Напряжение между любым из трех линейных проводов и нулевым проводом равно напряжению между началом и концом одной фазы, т. е. фазному напряжению Uф. Обычно все фазы обмотки генератора выполняют одинаковыми так, что действующие значения э. д. с. в фазах равны, т. е. ЕА = ЕB = ЕC . Если в цепь каждой фазы генератора включить нагрузку, то по этим цепям будут протекать токи. В случае одинакового по величине и характеру сопротивления всех трех фаз приемника, т. е. симметричной (равномерной) нагрузке, токи в фазах будут равны по силе и сдвинуты по фазе относительно своих фазных напряжений на один и тот же угол φ. Как максимальные, так и действующие значения фазных напряжений при равномерной нагрузке равны, т. е. UА = UB = Uc. Эти напряжения сдвинуты по фазе на 120°, как показано на векторной диаграмме (рис. 70).
Напряжение между любыми точками схемы (см. рис. 69) соответствует векторам (см. рис. 70) между теми же точками. Так, например, напряжение между точками А и O схемы (фазное напряжение UA) изображается вектором АО диаграммы, а напряжение между линейными проводами A и B схемы — вектором линейного напряжения АВ диаграммы.
По векторной диаграмме легко установить соотношение между линейным и фазным напряжениями. Из треугольника АОа можно записать следующее соотношение:
откуда
(81)
т. е. при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение в раза больше фазного (при равномерной нагрузке). Из схемы (см. рис. 69) видно, что при соединении обмоток генератора звездой ток в линейном проводе равен току в фазе генератора, т. е. Iл = Iф. На основании первого закона Кирхгофа можно записать, что ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов в фазах генератора, т. е.
(82)
При равномерной нагрузке токи в фазах генератора равны между собой по величине, но сдвинуты по фазе один относительно другого на 1/3 периода. Геометрическая сумма токов трех фаз в этом случае равна нулю, т. е. в нулевом проводе тока не будет. Поэтому при симметричной нагрузке нулевой провод может отсутствовать. Так как ток в нулевом проводе возникает лишь вследствие несимметрии нагрузки, а обычно эта несимметрия мала, то в большинстве случаев нулевой провод имеет меньшее поперечное сечение, чем линейные.
Соединение звездой
Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 1 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0’). Обе точки 0 и 0’ соединены проводом, который называется нулевым, или нейтральным проводом. Остальные три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называетсячетырехпроводной системой трехфазного тока.
Сравнивая несвязанную и четырехпроводную системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором – один нулевой провод.
По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме токов: IA, IB и IC, т. е. Ī0= ĪA + ĪB + ĪC. Напряжения, измеренные между началами фаз генератора (или потребителя) и нулевой точкой (или нулевым проводом), называются фазными напряжениями и обозначаются UA, UB и UC, или в общем виде Uф. Часто задаются величины э.д.с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются ЕA, ЕB и ЕC, или Еф. Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать: ЕA= UA, ЕВ= UВ, ЕC= UС. Напряжения, измеренные между началами двух фаз: А и В, В и С, С и А – генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются UАВ, UВС, UСА, или в общем виде Uл. На рис. 1 стрелки показывают выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе – от потребителя к генератору.
Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение UАВ. Так как положительные направления фазных напряжений UA, UB и UC выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения UАВ будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений UA и UB: ŪAВ=ŪA— ŪВ.
Аналогично можно записать: ŪВС=ŪВ— ŪС; ŪСА=ŪС— ŪА. Иначе можно сказать, что мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. На рис. 2 вычитание векторов заменено сложением векторов: UA и — UB; UВ и — UС; UС и — UА. Из векторной диаграммы видно, что векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.
Зависимость между линейным и фазным напряжениями: UBС=2UBcos30o, так как cos30o=√3/2, то UBС=√3UB, или в общем виде Uл=√3Uф. Следовательно, при соединении звездой линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения.
Ток, протекающий по фазной обмотке генератора или потребителя, называется фазным током и обозначается в общем виде Iф. Ток, протекающий по линейному проводу, называется линейным током и обозначается в общем виде Iл. На рис. 1 видно, что при соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е. Iл=Iф.
Рассмотрим случай, когда нагрузка в фазах потребителя одинакова как по величине, так и по характеру.
Такая нагрузка называется равномерной, или симметричной. Это условие выражается равенством z1= z2= z3. Нагрузка не будет равномерной, если, например, z1= r1=0,5ом; z2=ωL2=0,5ом и z3=1/ωC3=0,5ом, так как здесь выполнено лишь одно условие – равенство сопротивлений фаз потребителя по величине, в то время как характер сопротивлений различен (r1 — активное сопротивление, ωL2 — индуктивное сопротивление, 1/ωC3 — емкостное сопротивление).
При симметричной нагрузке IА=UА/zА; IВ=UВ/zВ; IС=UС/zС; IА=IВ=IС. Фазные коэффициенты мощности вследствие равенства сопротивлений и одинаковости их характера будут одинаковы: cosφ1=rА/zА; cosφ2=rB/zB; cosφ3=rC/zC; cosφ1=cosφ2=cosφ3. В нулевом проводе должна протекать геометрическая сумма токов всех трех фаз. Если посмотреть на кривые изменения токов при симметричной нагрузке трехфазной системы, то увидим, что максимальные значения для всех трех синусоид тока одинаковы. Поскольку при симметричной нагрузке сумма мгновенных значений токов трехфазной системы равна нулю, следовательно, ток в нулевом проводе будет равен нулю.
Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока. Если имеется симметричная нагрузка, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазного тока, трехфазные печи, трехфазные трансформаторы и т. п., то к такой нагрузке подводятся только три провода. Потребители, включенные звездой с несимметричной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе.
При симметричной нагрузке фазные напряжения отдельных фаз равны между собой. При несимметричной нагрузке трехфазной системы симметрия токов и напряжений нарушается. Однако в четырехпроводных цепях часто пренебрегают незначительной несимметрией фазных напряжений. В этих случаях между линейными и фазными напряжениями существует зависимость Uл=√3Uф.
Проводка звезда-треугольник для генераторов
Если вы планируете сделать свой собственный трехфазный генератор переменного тока (генератор) для ветряной турбины или водяного колеса с гидроприводом, то одним из ключевых решений, которое необходимо принять, является подключение проводов в Star или Delta.
Конфигурация .
Звезда
С звездой начало каждой из трех фаз соединено вместе. Соединения берутся с концов трех фаз, чтобы получить три фазы.
Дельта
С Дельта соединяются начала и концы фаз. Конец фазы 1 соединяется с началом фазы 2, конец фазы 2 — с началом фазы 3, а конец фазы 3 — с началом фазы 1. Соединения берутся от трех начальных и конечных точек к дайте три фазы.
В обоих случаях три выходных провода затем подключаются к мостовым выпрямителям для выпрямления генерируемого напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, которое затем можно использовать для зарядки аккумуляторной батареи
В чем разница между звездой и треугольником
Основное различие между звездой и треугольником заключается в том, что звезда генерирует высокое напряжение при низком токе, а треугольник генерирует низкое напряжение при большом токе. Общая (без нагрузки) вырабатываемая мощность одинакова.
Для расчета выходного переменного напряжения и тока трехфазного генератора переменного тока, подключенного по схеме «звезда» или «треугольник», необходимо только измерить напряжение и ток одной из катушек. Умножьте напряжение одной катушки на количество катушек в фазе, чтобы получить фазное напряжение. квадратный корень из числа фаз (3) = 1,732 можно использовать для расчета общей мощности при любой конфигурации.
Например, если у вас есть одна фаза, которая дает 20 Вольт при 12 Амперах:
Звезда — Напряжение = 20 * 1,732 = 34,6 В, Ток не меняется при 12 Ампер.
Дельта — напряжение не меняется при 20 вольт, ток = 12 х 1,732 = 20,8 ампер.
Обратите внимание, что, поскольку мощность равна напряжению, умноженному на силу тока, в обоих случаях в приведенном выше примере мощность составляет около 415 Вт.
Теперь у нас есть онлайн-калькулятор проводки звезда/треугольник (на фото выше), который можно использовать для расчета общего выходного напряжения и тока в конфигурациях звезда и треугольник .
Вам просто нужно ввести количество катушек на фазу, количество фаз, а также измеренные значения тока и напряжения для одной катушки .
Звезда и треугольник в реальном мире
Поскольку проводка по схеме звезда и треугольник дает одинаковую мощность, какая разница, какая из них используется? Ну 9Генератор ветровой турбины 0004 будет генерировать более высокое напряжение при более низких оборотах и, следовательно, начнет заряжать аккумуляторную батарею раньше, если используется звезда. Генератор переменного тока, соединенный треугольником, требует больше усилий (силы ветра или воды), чтобы заставить его вращаться, в первую очередь, по сравнению со звездой. Однако при высоких оборотах напряжение, генерируемое звездой, может быть слишком высоким, тогда как в треугольнике хороший ток генерируется при более низком напряжении.
В идеале генератор должен запускаться звездой, чтобы он легко начинал вращаться, а выход высокого напряжения начинал заряжаться раньше, но затем при определенных оборотах переключался бы на треугольник, чтобы выдавать большой ток при не слишком высоком напряжении.
Переключение таким образом максимизирует количество энергии, фактически отправляемой на батареи, и, следовательно, общую эффективность системы. Самый крупный коммерческий 9Ветряные генераторы 0004 выполняют именно такое переключение со звезды на треугольник, когда это оптимально. Эта технология очень проста, поскольку она по существу такая же, как и для двигателей с плавным пуском — запуск по схеме «звезда», а затем переключение на треугольник, когда все заработает.
Должен ли я использовать Star или Delta в моем проекте по возобновляемым источникам энергии
Если вы делаете свой собственный ветряной двигатель или водяное колесо генератор переменного тока, то вам обычно лучше использовать проводку в Конфигурация звезды . Как объяснялось выше, звезда, как правило, более эффективна, вы начнете заряжать свои батареи раньше, а более высокие напряжения означают, что вы можете использовать более тонкие (и, следовательно, более дешевые) кабели для передачи энергии без больших потерь в линии в вашей системе.
Используя меньшее количество витков более толстого провода в катушках генератора и разводку звездой, вы можете получить хороший ток, но при этом иметь возможность заряжать аккумуляторы на низких оборотах.
ГЛАВА 2 СОЕДИНЕНИЯ ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ
2.1 3-ФАЗНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
В Главе 1 было описано, как переменный ток Генератор обычно снабжен тремя отдельными обмотками, расположенными на равные 120° пространственные интервалы вокруг статора. Эти обмотки производят одинаковые переменные напряжения, но каждая синхронизирована. до пика одной трети цикла (120 ° градусов времени) после своего предшественника. Три обмотки различают, называя их «красными», «желтыми» и «синими», или иногда A, B и C или U, V и W. В данном руководстве будут использоваться красно-желто-синие обозначения.
Каждая обмотка имеет два конца, называемых R
& R’, Y & Y’ и B & B’.
Обычно каждая обмотка питает один элемент трехфазной нагрузки. Если три нагрузки одинаковы, т.
е.
если каждый из них потребляет одинаковый ток, говорят, что нагрузка «сбалансирована». Если иное не указано в описании
следовательно, нагрузки всегда будут считаться сбалансированными.
Самый простой способ подключения обмотки генератора к нагрузкам заключается в том, чтобы каждая была подключена к своей нагрузки независимо от других, как показано на рисунке 2.1 (а). Поскольку каждая обмотка имеет два вывода, это потребуется шесть проводов для передачи питания от всех трех фаз.
Как будет показано позже, такая форма соединение, хотя и совершенно правильное, расточительно для меди и кабеля и редко, если вообще используется.
2.2 СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ
Что нужно сделать, так это сделать каждую фазу
разделить один проводник с другими. Один
способ сделать это — соединить внутренние концы всех трех фазных обмоток.
вместе, то есть клеммы R’, Y’ и B’ являются общими, а четвертый
провод берется из этой общей точки в аналогичную общую точку трех
нагрузки; это показано на рисунке 2.
1 (b).
Провода, подключенные к трем внешним клеммам R, Y и B, имеют
внешние фазные токи в соответствующие нагрузки, но все они используют общий
обратный путь к R’, Y’ и B’. Такой
расположение называется «звездное соединение» (американское «звезда»). Общая точка называется «звездной точкой»,
а четвертый или общий провод называется «нейтральным» проводником.
Соединение генераторов и вторичные трансформаторы широко используются как на берегу, так и на платформах.
2.3 НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК
Посмотрите теперь более внимательно на ток который течет в нейтральном проводе; это сумма красного, желтого и синего обратные токи.
В уравновешенной системе токи в
три фазы равны по величине, но смещены на одну треть цикла,
или 120 ° градусов времени друг от друга.
Три таких уравновешенных фазных тока показаны в верхней части рисунка.
2.2, и легко заметить, что желтый ток отстает от красного на 120°, а синий — на 120° от желтого. Следует, что,
по завершении одного полного цикла этот красный цвет снова отстает от синего на 120 °.
Поскольку обратный ток нейтрали сумма всех трех фазных токов во все моменты времени, волна тока нейтрали можно получить, сложив три значения фазных токов на каждом мгновенно, с учетом их знаков. Предположим, мы берем момент t 1 где синий находится на отрицательном пике (B). В в этот момент красный и желтый оба положительны при половинном пиковом значении, желтый растет (Y) и красное падение (R). Итак, сумма тройка равна -1 +½ +½, что равно нулю. Если берется другая произвольная точка, скажем, в т 2 , и три значения тока в этот момент измеряются с учетом их знаки (NR + NY + NB), будет обнаружено, что они снова дают в сумме нуль.
Удивительный вывод состоит в том, что, хотя по нейтральному проводу течет сумма токов трех фаз, он на самом деле вообще ничего не несет. (Обратите внимание, что предполагалось, что нагрузки были уравновешены; если бы они не был бы этот вывод более недействителен.)
2.4 3- И 4-ПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ
Если нейтральный проводник не несет ток, зачем он вообще, или тратить деньги на дорогой кабель?
На самом деле обычно опускается, в
по крайней мере в высоковольтных системах, где нагрузки всегда считаются почти
балансные, а также в некоторых низковольтных системах, где можно предположить баланс (для
например двигатели).
Нейтральный проводник
полностью отсутствует, и вся мощность передается по трем фазам
только проводники. Такая система известна
как «3-х проводное» распределение и показано на рисунке 2.3 (а).
Если баланс не может быть принят, особенно в низковольтных системах, где может быть много однофазных нагрузок, ток нейтрали не равен нулю, и нейтральный провод должен быть сохранен. Это показано на рис. 2.3(b) и известно как «4-х проводное» распределение. Это обычно используется в низковольтных распределительных системах на платформе и на берегу.
Там, где много однофазных
нагрузки, вызывающие дисбаланс (например, цепи освещения), они подключены
между одной фазой и нейтралью, доступной в 4-проводной системе. На этапе проектирования делается все возможное, чтобы
распределите однофазные нагрузки как можно более равномерно между каждым из
фазы и нейтраль, чтобы свести к минимуму любой вызванный дисбаланс. В результате, хотя нейтраль не
несут нулевой ток и, следовательно, без него нельзя обойтись, ток, который он
действительно несет относительно мало по сравнению с фазными токами.
Если кабели от трансформатора, питающего
системы низкого напряжения обычно обнаруживается, что, хотя каждый
фазы может потребоваться, возможно, четыре кабеля параллельно для каждой фазы, чтобы нести
больших фазных токов может быть только два, а то и один нулевой кабель.
2.5 СОЕДИНЕНИЕ ПО ТРЕУГОЛЬНИКУ
Согласно рис. 2.1(c)
видно, что есть и другой способ, которым обмотки генератора могут делиться
проводники. В этом случае вместо
совместное использование общего обратного проводника, как при соединении звездой, каждая обмотка имеет
проводник со своим соседом на обоих концах.
Другими словами, R объединяется с Y’, Y с B’ и B с R’. Выходят только три кондуктора.
генератор и передача мощности к нагрузкам.
Потому что для удобства рисования такое расположение обычно
изображенное в виде треугольника, оно называется «дельта-соединение» (американское
«сетка»). В этом нет звездной точки
случае и, следовательно, нет возможности любого нейтрального соединения. Распределение от источника, соединенного треугольником, или
поэтому нагрузка, соединенная треугольником, всегда должна быть 3-проводной.
На рис. 2.1 показаны нагрузки все соединены звездой, даже при питании от генератора, соединенного треугольником. Однако сами нагрузки могут в равной степени были соединены треугольником, хотя это необычно. В этом случае не было бы нейтральной проводник.
Из рисунка 2.1(b) видно что при соединении звездой линейный ток от генератора к нагрузке должен быть такой же, как фазный ток обмотки генератора, так как они включены последовательно. Однако при соединении треугольником (рис. 2.1(c)) линейный ток делится между двумя фазами. Это дает небольшое преимущество в цене, когда задействованы сильные токи, а сечение меди велико.
Из рисунка 2.1(c) видно что в схеме, соединенной треугольником, напряжение между линиями такое же, как напряжение на одной обмотке генератора, так как они параллельны.
По разным причинам, главным образом потому, что
наличия нейтрали для заземления (см.
«Электроэнергетические системы»), соединение звездой почти всегда используется с
генераторов и с вторичными сторонами распределительных трансформаторов (
первичные, однако, обычно соединены треугольником).
Одним заметным исключением является генераторная система многих буровых установок с платформой, где они отдельно от платформенной системы. Они редко заземляются, и в практике бурения обычно используется соединение треугольником. генераторы и вторичные трансформаторы.
Отношения между фазами и линейных напряжений, а между фазным и линейным токами, в звезде и системы с соединением треугольником описаны в главе 7.
2.6 ЧЕРТЕЖ УСТРОЙСТВА, СОЕДИНЕННОГО НА ЗВЕЗДУ И ТРЕУГОЛЬНИК
На рисунках 2.1 и 2.3 звездочка соединение было показано звездообразным или Y-образным расположением обмоток или нагрузок, и соединение треугольником по схеме треугольника. Это преимущество в учебных целях, но для распространения на чертежах используется другой способ изображения этих соединений (рис. 2.4).
С этой презентацией не предпринимается никаких попыток «под углом»
обмотки, но они нарисованы параллельно, в красно-желто-синем порядке.