Los transformadores trifásicos, los motores eléctricos y otros receptores eléctricos están conectados a los terminales del generador de acuerdo con el esquema de estrella (γ) o triángulo (Δ). Las siguientes características se tienen en cuenta:
Los valores lineales y de fase de los voltajes del generador difieren en 1.732 veces. U l = √3U f;
- El diseño del receptor eléctrico está diseñado para funcionar con un cierto voltaje, llamado voltaje nominal. Debe estar conectado a los circuitos de salida correspondientes del generador.
Por eso, es necesario elegir la relación óptima entre los valores nominales de los voltajes del generador y la carga al seleccionar el esquema de conexión de fase.
Cuando la tensión de carga nominal es igual, el diagrama de fase de la estrella se selecciona para los valores de fase del generador. Con este método, la salida de los devanados del receptor está conectada a un punto común "N", que se llama neutral o cero.
Las entradas de los devanados (inicio de fase) conmutan a los terminales de línea del generador trifásico A, B y C conductores de conexión.
Opciones de conexión estrella:
En el cables de conexión Las corrientes fluyen entre el generador y el receptor. Se llaman corrientes lineales.
En los devanados de los receptores, las corrientes también fluyen, que se llaman corrientes de fase. Su dirección desde el comienzo (entrada al bobinado) hasta el final (salida) se considera positiva (+).
Cuando conexión consecutiva fases de la carga a los alambres lineales del generador en el circuito resultante circulan las mismas corrientes eléctricas I А, I В y yo С. Ellos en el esquema de estrella son iguales para la línea y los devanados del receptor, en otras palabras: I n = I f.
El esquema de estrella con cable cero en el neutro fluye cero (no significa que su valor es cero) o corriente neutra, indicada por I N.
La diferencia de potencial que ocurre cuando la corriente pasa entre el inicio y el final de cada bobinado en el receptor se denomina voltaje de fase, indicado por U AN, U BN y U CN.
Las diferencias de potencial entre los puntos de conexión del inicio de fase se llaman voltajes de línea, indicados por U AB, U BС y U CA. Sus valores son los mismos para el generador y la carga.
En receptores eléctricos del esquema de estrella con conductor cero Para cada devanado, se conecta la tensión de fase correspondiente del generador. Se denota para la fase:
A: U АN = U АN = U А;
B: U BN = U BN = U V;
C: UCN = UCN = UC.
Cualquier fase funciona independientemente, no depende de otros. En él, las corrientes (lineales o de fase) están determinadas por la fórmula de la ley de Ohm :
I A = U A / Z A;
I B = U V / Z V;
I C = U C / Z C.
La magnitud de la corriente en el conductor neutro se calcula mediante la suma geométrica de las corrientes lineales / de fase de entrada basadas en la 1ª ley de Kirchhoff:
I N = IA + I B + I C.
A diferentes cargas en fases, hay una distorsión de los voltajes en el circuito, lo que puede conducir a un mal funcionamiento. Por lo tanto, está prohibido operar tales cargas en los circuitos de los receptores eléctricos sin un cable neutro (a menudo estos son circuitos conmutados de iluminación, calefacción, etc.).
Método para calcular vectores de corriente y voltaje para un circuito triangular. Cuando los valores son iguales voltajes nominales El receptor usa el circuito triangular para los valores de la tensión lineal del generador.
Para su creación en el receptor, la salida de un arrollamiento está conectado a la terminal de entrada con los otros puntos de conmutación (que es un vértice de un triángulo) a la terminal para la conexión de los cables a un generador de 3-fase de salida lineal. Así es como se forman las conexiones a las fases A, B, C.
En los arrollamientos de un tal receptor corrientes de fase I АБ, I BC, I CA. Y las corrientes suministradas al receptor desde el generador mediante cables se llaman lineales. Ellos son denotados por I A, I B, I C.
Para el circuito considerado la igualdad de los voltajes aplicados desde la línea a los voltajes de fase del receptor UAB, U BC, U CA. Cada fase por separado funciona de forma independiente sin dependencia de los demás.
Las corrientes de fase se calculan según la ley de Ohm:
Los vectores de las corrientes lineales se describen en la primera ley de Kirchhoff en los puntos de los vértices de un triángulo y se calculan como la diferencia geométrica de los vectores en fases:
I A = I AB-I CA;
I B = I B C-I AB;
I C = I CA-I BC.
Para modo simétrico se cumple la simetría de las corrientes de fase y lineales, que están determinadas por la relación Il = √3If. Cuando modo asimétrico Las cargas de la relación de los vectores de lineal y de fase se describen en la primera ley de Kirchhoff.
Una relación aproximada de vectores para un circuito trifásico arbitrario que opera en un esquema triangular en el plano complejo se representa en un diagrama vectorial.
Que fue creado por uno e. etc. con. Esta corriente se llama corriente alterna monofásica. Un sistema de tres corrientes monofásicas creadas por corrientes trifásicas. etc. con. una frecuencia, pero cambiada una respecto a la otra durante un tercio del período (120 °), se llama corriente trifásica.
La corriente trifásica genera generadores trifásicos. En la Fig. 1 muestra esquemáticamente un generador trifásico, en la parte fija del cual, llamado estator, hay tres vueltas separadas.
La parte móvil del generador, llamada rotor, es un electroimán. Cuando el rotor gira en las bobinas del devanado del estator,
Dado que los devanados se desplazan 120 ° uno con respecto al otro, se introducen en ellos. etc., en el que las amplitudes se desplazan en fase en 120 °, es decir, en tres vueltas, se induce la fem. es decir, el ángulo de desplazamiento de fase entre el cual es φ = 120 ° (cada devanado se denomina habitualmente fase).
Los comienzos de los devanados se indican con las letras A, B y C, los extremos de x, y y z, respectivamente.
Los extremos del arrollamiento del electroimán están conectados a los anillos 1 y 2. Los cepillos 3, 4 sirven para la entrada de corriente continua.
Gráficos de e. etc. con. en tres devanados de un generador trifásico se muestran en la Fig. 2.
En el generador trifásico como si hubiera tres generadores monofásicos con un sistema magnético común. Imaginemos que el generador corriente trifásica está conectado a la carga como se muestra en la Fig. 3.
A 1, A 2, A 3 denotan los devanados (fases) del generador, y A 1, A 2, A 3, - fases de consumo (lámparas eléctricas).
Tres cables B 1 - B 1 ,; B 2 -B 2 ,; B 3 - B 3, se pueden conectar juntos en un solo cable (Figura 4), el OO, llamado cero o neutral.
Dado que la suma algebraica de tres corrientes sinusoidales iguales desplazadas una con respecto a la otra en 120 °, es cero en cualquier momento, entonces para una carga de fase uniforme este cable no es necesario, ya que la corriente en ella es cero en este caso. El punto O, en el que se conectan las tres fases de la máquina de bobinado y el cable cero, se llama cero o neutral.
La conexión de fase del generador de corriente trifásica, que se muestra en la Fig. 4, se llama conexión por una estrella. Una conexión similar de circuitos de carga se denomina inclusión de una carga por una estrella.
El voltaje entre el inicio y el final de la fase se llama voltaje de fase y se denota por Uφ.
El voltaje entre los extremos de las fases o los cables de las líneas se llama voltaje de línea y se denota por Uj. En consecuencia, la magnitud de la corriente se denomina fase (Iph) o lineal (I1). Es obvio que cuando la estrella está conectada por Ih = Iph, ya que la fase del generador y la línea correspondiente están conectadas en serie.
La magnitud del voltaje de línea cuando las fases están conectadas por una estrella es
Esto se puede verificar fácilmente midiendo el voltaje entre dos cables lineales y comparándolo con el voltaje entre el cable neutro y el lineal.
La otra conexión de fase del generador de corriente trifásica y sus consumidores - conexión en un triángulo - se muestra en la Fig. 5. Cuando se conecta un triángulo, las fases se conectan secuencialmente: el final de una se conecta al comienzo de la otra, y así sucesivamente, la suma de e. etc. con. tres fases en cada momento es cero. Por lo tanto, cuando el circuito externo está desconectado, la corriente en las fases será cero. Cuando está conectado por un triángulo, la tensión de fase es igual a la tensión lineal Uφ = Uл, y la intensidad de la corriente en la línea para una carga de fase uniforme es
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Si los devanados de fase del generador o consumidor para conectar de manera que los extremos de los devanados están conectados a un punto común, y el devanado de arranque están conectados a los cables de línea, dicho compuesto se denomina conexión en estrella y denota por marca de referencia Y. En la Fig. 173 bobinados del generador y el consumidor están conectados por una estrella. Los puntos en los que los extremos están conectados a los devanados de fase del generador o consumidor, llamados los puntos cero de generador (0) y el usuario (0 "). Tanto los puntos 0 y 0 'conectado al cable, que se llama un conductor cero o neutro. Los otros tres cables del sistema trifásico, que van del generador al consumidor, se llaman cables lineales. Por lo tanto, el generador está conectado al consumidor por cuatro cables. Por lo tanto, este sistema se denomina sistema de corriente trifásica de cuatro hilos.
Comparando no unido (.. véase la figura 172) y de cuatro hilos (.. ver Figura 173) del sistema de corriente trifásica, vemos que en el primer caso la función del alambre inversa operar sistema de tres hilos, y en el segundo - un conductor neutro. En el cable cero, una corriente fluye igual a la suma geométrica de tres corrientes:
I A, I B y I C, es decir, I¯ 0 = I¯ A + I B + I¯ C.
Los voltajes medidos entre las fases del generador (o consumidor) y el punto cero (o cable cero) se llaman voltajes de fase y se denotan por U A, U B, U C o generalmente U f. Los valores de fem a menudo se establecen. bobinados de fase del generador. Se denotan por E A, E B, E C o E f. Si descuidamos la resistencia de los devanados del generador, entonces podemos escribir:
E A = U A; E B = U B; E C = U C
Las tensiones medidas entre el principio de dos fases: A y B, B y C, C y A - generador o consumidor llamado voltajes de línea AB, y denotan U, U BC, CA U, o generalmente U l. Las flechas que se muestran en la Fig. 173 muestran la dirección de corriente positiva seleccionada, que se toma del generador al consumidor en los cables lineales, y del consumidor al generador en el conductor cero.
Si conecta los terminales del voltímetro a los puntos A y B, entonces mostrará el voltaje de línea U AB. Desde direcciones positivas voltajes de fase U A, U B y T C se selecciona de entre el comienzo de los devanados de fase a los extremos, la tensión de línea vector U AB será igual a los vectores de diferencia geométricas de las tensiones de fase U A y T B:
U¯ AB = U¯ A - U¯ B.
Del mismo modo, podemos escribir:
U¯ BC = U¯ A - U¯ B.
U¯ CA = U¯ C - U¯ A.
De lo contrario, podemos decir que el valor instantáneo de la tensión lineal es igual a la diferencia de los valores instantáneos de los voltajes de fase correspondientes. En la Fig. 174 resta de vectores se reemplaza por la adición de vectores:
U A y -U B; U B y -U C; U C y - U A.
De diagrama vectorial Se puede ver que los vectores de tensiones lineales forman un triángulo cerrado.
La dependencia entre los voltajes lineales y de fase se muestra en la Fig. 175:
U BC = 2U B cos 30 °,
cos 30 ° = √3 / 2,
luego U BC = √3 U B,
o en forma general
U l = √3 U f.
Por lo tanto, cuando se conecta una estrella, la tensión de línea es √3 veces la tensión de fase.
En el futuro, hablando de la tensión en el trifásico corriente alterna, si no se hacen reservas, tendremos en cuenta el voltaje lineal.
La corriente que fluye a través del bobinado de fase del generador o consumidor se denomina corriente de fase y se indica en forma general. La corriente que fluye a lo largo de un hilo lineal se denomina corriente lineal y se denota en forma general.
En la Fig. 173 que cuando la estrella está conectada por una estrella, la corriente de línea es igual a la corriente de fase, es decir, I n = I f.
Consideremos el caso cuando la carga en las fases del consumidor es la misma tanto en magnitud como en naturaleza. Esta carga se llama uniforme o simétrica. Esta condición se expresa por igualdad
z 1 = z 2 = z 3,
La carga no será uniforme si, por ejemplo, z 1 = r 1 = 5 ohm; z 2 = ωL 2 = 5 ohm y z 3 = 1 / ωC 3 = 5 ohm, ya que aquí solo se cumple una condición: la igualdad de las resistencias de las fases del consumidor en magnitud, mientras que la resistividad es diferente (r 1 es la resistencia activa, x 2 = ωL 2 - resistencia inductiva, x 3 = 1 / ωC 3 - resistencia capacitiva).
Cuando carga simétrica
I A = U A / z A; I B = U B / z B; I C = U C / z C;
I A = I B = I C.
Los coeficientes de fase de potencia debidos a la igualdad de resistencias y la similitud de su carácter serán los mismos:
cos φ 1 = r A / z A; cos φ 2 = r B / z B; cos φ 3 = r C / z C;
cos φ 1 = cos φ 2 = cos φ 3.
En la Fig. 176 es un diagrama vectorial de voltajes y corrientes con una carga simétrica conectada por una estrella.
Ya sabemos que en el cable cero debe haber una suma geométrica de las corrientes de las tres fases. En la Fig. 177 son curvas del cambio en las corrientes para una carga simétrica de un sistema trifásico. Como la carga es simétrica, los valores máximos para las tres corrientes sinusoidales son los mismos.
Considera el momento a. Para obtener la corriente en el cable cero, agregamos los valores instantáneos de las corrientes de las tres fases. En este momento, la corriente de la tercera fase i 3 es cero. La corriente instantánea en la primera fase es i1, y esta corriente se dirige en una dirección. Al mismo tiempo, la corriente en la segunda fase es i2, pero esta corriente se dirige en la dirección opuesta. Desde la corriente i 1 igual a la actual i 2, pero ambos tienen direcciones opuestas, y la corriente i 3 es cero, entonces la suma de todas las corrientes también es cero.
La suma de las tres corrientes también será cero en el instante c.
En el momento 6, la corriente de la primera fase tiene el valor positivo máximo i 1. Al mismo tiempo, las corrientes de las fases segunda y tercera i 2 y i 3, que son iguales entre sí, que tienen una dirección negativa, son en suma iguales a la corriente i 1. Por lo tanto, la suma de las tres corrientes es nuevamente cero.
Al considerar cualquier otro momento, también veremos que para una carga simétrica, la suma de las corrientes instantáneas del sistema trifásico es cero. En consecuencia, la corriente en el conductor cero será cero. Al dejar caer el cable cero en el sistema de cuatro hilos, pasamos al sistema de corriente trifásica de tres hilos, que se representa esquemáticamente en la Fig. 178. Por lo tanto, si hay una carga simétrica, como motores trifásicos de CA, hornos trifásicos, transformadores trifásicos, etc., solo se conectan tres cables a esta carga.
Los consumidores conectados por una estrella con una carga asimétrica de fase necesitan un cable cero.
En conclusión, es necesario prestar atención al hecho de que bajo una carga simétrica los voltajes de fase de las fases individuales son iguales entre sí. Cuando carga asimétrica sistema trifásico, se viola la simetría de las corrientes y los voltajes. Sin embargo, en los circuitos de cuatro hilos, a menudo se descuida la insignificante asimetría de los voltajes de fase. En estos casos, existe una relación entre los voltajes lineales y de fase
Si los extremos de todas las fases de la generador conectado en un nodo común, y el comienzo de una fase conectado a la carga, formando una de tres haces resistencias estrella se convierten en estrella circuito trifásico. En este caso, los tres cables de retorno se fusionan en uno, llamado cero o neutro. Una cadena trifásica conectada por una estrella se muestra en la Fig. 7. 1.
Los cables que llegan de la fuente a la carga se denominan cables lineales, el cable que conecta los puntos neutros de la fuente N y el receptor N "se llama cable neutro (cero).
Los voltajes entre los arranques de fase o entre los alambres lineales se llaman voltajes de línea. Tensiones entre el comienzo y el final de la fase o entre el lineal y cables neutrales se llaman voltajes de fase.
Las corrientes en las fases del receptor o la fuente se denominan corrientes de fase, las corrientes en los cables lineales son corrientes lineales. Como los cables lineales están conectados en serie con las fases de la fuente y el receptor, las corrientes de línea en conexión con la estrella son simultáneamente corrientes de fase.
I n = I f.
Z N - resistencia alambre neutro.
Las tensiones lineales son iguales a las diferencias geométricas de los voltajes de fase correspondientes
En la Fig. 7.2 muestra un diagrama vectorial de la fase y voltajes lineales de una fuente simétrica.
Con un sistema simétrico de la fuente EMF, el voltaje de línea es mayor que la fase
en √3 veces.
U l = √3 U f
Casos especiales.
. La resistencia de la fase de carga es la misma e igual que parte de la resistencia activa Z A = Z B = Z C = R.En un sistema trifásico conectado por una estrella, con una carga simétrica, no se necesita un cable neutro.
, R A< R B = R C , но сопротивление нейтрального провода равно нулю: Z N = 0.Los voltajes de fase de la carga y el generador son los mismos
Las corrientes de fase están determinadas por fórmulas
El vector de la corriente en el cable neutro es igual a la suma geométrica de los vectores de las corrientes de fase.
En la Fig. 7.6 muestra un diagrama vectorial de una cadena trifásica conectada por una estrella, con un cable neutro que tiene una resistencia cero, cuya carga es diferente en magnitud de las resistencias activas.
3. La carga está desequilibrada, R A< R B = R C , нейтральный провод отсутствует,
En el circuito aparece el voltaje de polarización del neutro, calculado por la fórmula:
El sistema de tensiones de fase del generador permanece simétrico. Esto se explica por el hecho de que la fuente de los campos electromagnéticos trifásicos tiene una potencia prácticamente infinitamente alta. El desequilibrio de la carga no afecta el sistema de voltajes del generador.
Debido a la tensión de polarización del neutro, los voltajes de carga de fase se vuelven desiguales.
Los voltajes de fase del generador y las cargas difieren entre sí. En ausencia de un cable neutro, la suma geométrica de las corrientes de fase es cero.
7.3. Conexión en un triángulo. Esquema, definiciones
Si el final de cada fase del devanado del generador está conectado al comienzo de la siguiente fase, se forma una conexión en el triángulo. Para los puntos de conexión de devanado, conecte tres cables lineales que conducen a la carga.
En la Fig. 7.3 muestra un circuito trifásico conectado por un triángulo. Aparentemente
de la Fig. 7.3, en un circuito trifásico conectado por un triángulo, los voltajes de fase y lineales son los mismos.
U = U
I A, I B, I C - corrientes lineales;
Yo ab, yo bc, yo ca son las corrientes de fase.
corrientes de fase lineal y la carga son la ley de Kirchhoff interconectado primero y los nodos, b, c.
Corriente de línea es igual a la diferencia geométrica de las corrientes de fase correspondientes.
En la Fig. 7.4 muestra un diagrama vectorial de un circuito trifásico conectado por un triángulo bajo una carga simétrica. La carga es simétrica si las resistencias de fase son las mismas. Los vectores de las corrientes de fase coinciden en dirección con los vectores de los voltajes de fase correspondientes, ya que la carga consiste en resistencias activas.
Del diagrama de vectores está claro que
,
I l = √3 I fcon una carga simétrica.
Las cadenas trifásicas conectadas por una estrella se han vuelto más comunes que circuitos trifásicos, conectado por un triángulo Esto se debe al hecho de que, primero, en una cadena conectada por una estrella, es posible obtener dos voltajes: lineal y fase. En segundo lugar, si las fases del devanado de una máquina eléctrica conectada por un triángulo se encuentran en condiciones desiguales, aparecen corrientes adicionales en el devanado que lo cargan. Tales corrientes están ausentes en las fases de la máquina eléctrica, conectadas por el esquema "estrella". Por lo tanto, en la práctica, evite conectar los devanados de las máquinas eléctricas trifásicas en un triángulo.