Способы соединения фаз трехфазного источника питания. 
Фазные и линейные напряжения

В период зарождения трехфазных систем были попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами. Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генератора с приемником требовалось шесть проводов (рис. 3.3.1).

Рис. 3.3.1. Схема несвязанной шестипроводной трехфазной цепи

Поэтому вполне естественными были стремления сократить число проводов трехфазной установки. Логическим путем было объединение трех «обратных» проводов (соединенных с выводами X, У и I) в один — так возникла связанная система, соединенная звездой (рис. 3.3.2, а), в которой концы фаз X, У, 7 соединяются в один общий узел X, называемый нейтральной точкой генератора (либо трансформатора).

Провода, соединяющие начала фаз обмоток генератора (трансформатора) и приемника, называют линейными, а провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, — нейтральным.

При соединении фаз обмотки треугольником объединяются в одну точку начала и концы соответствующих фаз: AиZ, B и X, С и У (рис. 3.3.2, 6).

Как отмечалось, важной особенностью трехфазных цепей является наличие двух напряжений — фазного и линейного. Фазным {11_ф) называют напряжение между началом и концом каждой фазы {11 _ш 11_ВХУ 11_слг либо, опуская второй индекс, просто 11 _А> 11 _в, 11 _с), а линейным (11_л или 11) — между.

Рис. 33.2. Схема соединения фаз источника звездой (а) и треугольником (б).

началами двух фаз (11_лв, II_во II_СА) (см. рис. 3.3.2). За положительное направление фазных напряжений принимают направление от начала к концу фаз обмотки (например, от Л кХ), за положительное направление линейных напряжений — направление от Л к Б, от В к С и от С к Л. Соотношения между линейными и фазными напряжениями трехфазного источника электрической энергии определяют из уравнений, составленных для схемы рис. 3.3.2, а по второму закону Кирхгофа, связывающих эти напряжения:

или.

Из потенциальной диаграммы напряжений, построенной в соответствии с этими уравнениями (рис. 3.3.3), можно определить как количественные, так и фазовые соотношения между фазными и линейными напряжениями симметричной системы.

Векторы линейных напряжений Ц_ЛВУ Ц_вс и Ц_сл сдвинуты относительно друг друга на угол 2л/3 и опережают соответственно векторы фазных напряжений Ц_ЛУ Ц_в и и_с на угол п/6.

Следует различать направление стрелок на схеме, указывающих условно-положительные направления линейных напряжений, и направление.

Рис. 333. Векторная диаграмма напряжений трехфазного источника при соединении его фаз звездой векторов на векторной диаграмме. Так, очевидно, вектор Ц_лв = Ц_А — Ц_в должен быть направлен к точке А. Из треугольника ЛА’К следуют равенства.

и Значение каждого из линейных напряжений в л/з раз больше фазного. Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношением (3.3.3):

Очевидно, что при соединении фаз треугольником (см. рис. 3.3.2, б) линейные напряжения равны фазным, т. е.

Отметим, что обмотки фаз генератора предпочитают соединять звездой, так как в случае нарушения симметрии ЭДС в обмотке, соединенной треугольником, уже при холостом ходе возникнут токи, которые вызовут нагревание обмоток и соответствующее увеличение потерь энергии.

Упражнение 3.3.1. Фазные и линейные напряжения генератора

Фазные напряжения генератора Ь'_ф = 220 В. Запишите выражения для комплексных действующих фазных и линейных напряжений, если начальная фаза напряжения и_л(?) равна нулю. Векторная диаграмма напряжений приведена на рис. 3.3.3.