Цепи трехфазного тока

Многофазные и трехфазные системы. Принцип получения трехфазной ЭДС

Многофазный источник питания представляет собой совокупность ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Совокупность многофазного источника и многофазного приемника образуют многофазную электрическую цепь. Отдельные электрические цепи, входящие в состав многофазной системы, называются фазами. Таким образом, фаза - понятие двоякое. С одной стороны – это стадия периодического процесса, с другой стороны – часть многофазной электрической цепи.

Если число фаз m=3 – получаем трехфазную систему. Трехфазная система является основной для энергоснабжения предприятий. Благодаря техническим и экономическим характеристикам трехфазный ток обеспечивает наиболее экономичную передачу электрической энергии, позволяет создавать простые по устройству, надежные и экономичные трансформаторы, генераторы, электродвигатели.

Основополагающие исследования, которые привели к внедрению в практику трехфазных систем были сделаны Николой Тесла (происхождение – Австро-Венгрия, сейчас – Хорватия) и русским ученым Доливо-Добровольским.

Основные изобретения, относящиеся к трехфазным системам электроснабжения были сделаны и запатентованы Тесла. Вместе с тем огромное теоретическое и практическое значение имеют работы Доливо-Добровольского, которые впервые применил трехфазные ток в промышленных целях. Все звенья трехфазной цепи: трансформаторы, генераторы, линии передач и двигатели были разработаны М.О. Доливо-Добровольским настолько глубоко, что принципиально не изменились до наших дней.

В отдельных технических устройствах находят применение двухфазная, четырехфазная, шестифазная системы.

Трехфазная система ЭДС получается в трехфазных генераторах. Такой генератор состоит из статора и ротора. В пазах статора размещены три обмотки сдвинутых друг относительно друга в пространстве на 120°. Ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. При его вращении в обмотках наводится ЭДС, графики мгновенных значений которых представлены на рис. 1

Все ЭДС рассмотренной системы имеют равные амплитуды Е m и сдвинуты друг относительно друга по фазе на угол 120°.Такая система ЭДС называется симметричной.

Трехфазная симметричная система

Приняв начало отсчета в момент, когда е a =0, запишем мгновенные значения всех ЭДС.

е L1 =E m *sin ω t

е L2 =E m *sin (ω t-120 °)

е L3 =E m *sin (ω t-240 °)= E m *sin (ω t+120)

В символической форме (в виде комплексных амплитуд):

,

,

, где

.

Векторная диаграмма симметричной трехфазной системы представлена на рис. 2.

Симметричная трехфазная система обладает свойством:

,

.

Это свойство справедливо и для токов при симметричной нагрузке.

Виды соединений трехфазных цепей .

Существует два основных вида соединения обмоток трансформаторов, генераторов, и приемников в трехфазных цепях: соединение звездой и соединение треугольником.

Соединение источника и приемника звездой представлено на рис 3.

Напряжения на зажимах отдельных фаз приемника или источника называются фазными напряжениями.

- фазные напряжения. Напряжения между линейными проводами, соединяющими трехфазный источник с приемником, называются линейными напряжениями.

- линейные напряжения. Токи, протекающие в фазах приемника или генератора, называются фазными токами. Токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными токами. Очевидно, что для соединения звездой линейные токи

являются фазными токами. Провод, соединяющий нулевые узлы источника и приемника (узлыn, N), называется нулевым (общим, нейтральным) проводом. По закону токов Кирхгофа ток в нулевом проводе равен

.

При симметричной нагрузке токи в фазах равны. Тогда

=

ток в нулевом проводе будет равен нулю. Следовательно, при симметричной нагрузке источник с нагрузкой может быть связан только тремя линейными проводами.

На рис. 4 приведена векторная диаграмма цепи при симметричном режиме и активно-индуктивном характере нагрузки, при котором токи отстают от напряжений.

Установим соотношение между линейными и фазными напряжениями. Линейные напряжения определяются как разности фазных напряжений.

;

;

.

Из равнобедренного треугольника ANB следует

.

На рис. 5 показано соединение источника и приемника треугольником

При этом типе соединения фазные ЭДС соединяются последовательно. Общие точки каждой пары фазных ЭДС и общие точки каждой пары ветвей приемника соединяются линейными проводами. На первый взгляд такое соединение фазных ЭДС является аварийным короткозамкнутым режимом. Однако не следует забывать, что сумма мгновенных значений ЭДС трехфазного симметричного источника в любой момент времени равна нулю.

На рис. 6 приведены векторные диаграммы напряжений и токов при симметричном режиме и активно-индуктивной нагрузке для соединения треугольником.

Линейные токи определяются как разности фазных токов:

;

;

.

При этом:

;

.

Расчет трехфазных цепей при несимметричной нагрузке.

Расчет трехфазной цепи при соединении источника с приемником треугольником не содержит ничего принципиально нового по сравнению с расчетом обычной цепи синусоидального тока. В цепи на рис. 5 находим фазные токи:

;

;

.

По найденным фазным токам определяем линейные токи на основе закона токов Кирхгофа:

;

;

.

Аналогично рассчитывается трехфазная цепь при соединении источника и приемника звездой с нулевым проводом (рис 3). По закону Ома определяем фазные токи:

;

;

.

Фазные токи для соединения звездой являются токами линейными. Ток в нулевом проводе определяется по закону токов Кирхгофа:

.

Для расчета несимметричной трехфазной цепи при соединении звездой трехпроводной линией используем метод двух узлов.

Рис. 7

Определим напряжение между нулевыми точками источника и нагрузки –

, которое называется напряжением смещения нейтрали.

Зная напряжение

, определим линейные (они же фазные) токи по закону Ома для участка цепи с ЭДС:

=

,

.

Аналогично

Напряжение на фазах нагрузки будут равны:

,

,

.

Рассмотрим два частных случая несимметричной нагрузки.

1) Короткое замыкание одной из фаз нагрузки при равенстве сопротивлений в двух других фазах.

,

.

Напряжение смещения нейтрали

определим по известному выражению, предварительно умножив его числитель и знаменатель на

.

,

Таким образом, при коротком замыкании нагрузка в фазе А , напряжение на ней становится равным нулю, а напряжения на фазах В и С нагрузки увеличиваются до линейных, т.е. в

раз. Напряжение смещения нейтрали для этого случая будет равным фазному напряжению. Векторная диаграмма для этого случая представлена на рис. 8а.

2) Обрыв в одной из фаз нагрузки при равенстве сопротивлений в двух других фазах.

,

.

Напряжение смещения нейтрали для этого случая будет равно:

Напряжения на фазах нагрузки будут равны:

,

,

Таким образом, при обрыве в фазе А нагрузки, напряжение в ней становится в 1.5 раза больше фазного, напряжения на фазах В и С нагрузки уменьшаются и становятся равными половине линейного напряжения, напряжение смещения нейтрали становится равным половине фазного напряжения.

Векторная диаграмма для этого случая представлена на рис. 8б

7.5.Мощность в трехфазной цепи и ее измерение.

Принимая во внимание то, что для симметричной трехфазной цепи, соединенной звездой

,

, а для соединенной треугольником

,

, получим, независимо от вида соединения

где - сдвиг по фазе между фазным напряжением и фазным током (cosφ– коэффициент мощности).

Аналогично для реактивной и полной мощностей при симметричной нагрузке получим:

В случае несимметричной нагрузки мощности рассчитываются для каждой из фаз нагрузки (источника) отдельно и затем складываются.

Для измерения мощности в четырех проводной трехфазной цепи соединенной звездой ваттметры включают по схеме, приведенной на рис. 7.9.

Полная мощность, потребляемая нагрузкой, будет равна сумме показаний трех вольтметров, включенных в фазы А, В и С . В трех проводной цепи обходятся двумя ваттметрами, включенными по схеме, приведенной на рис. 7.10.

Покажем, что мощность, показываемая двумя ваттметрами, будет равно полной мощности трехфазной цепи (так называемая схема двух ваттметров, или схема Аарона).

§ 5.1. Общие сведения.

Три синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе на 120°, образуют трехфазную симметрическую систему. Аналогично получаются трехфазные системы напряжений и токов.

В настоящее время трехфазные системы получили широкое распространение, что объясняется главным образом следующими причинами:

1. при одинаковых напряжениях, мощностях потребителей и прочих равных условиях питание трехфазным током позволяет получить значительную экономию материалов проводов по сравнению с тремя однофазными линиями;

2. при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазных генератора такой же общей мощности, то же относится к трехфазным двигателям и трансформаторам;

3. трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле с помощью трех неподвижных катушек, что существенно упрощает производство и эксплуатацию трехфазных двигателей;

4. при равномерной нагрузке трехфазный генератор создает на валу приводного двигателя постоянный момент в отличие от однофазного генератора, у которого мощность и момент на валу пульсируют с двойной частотой тока.

§ 5.2. Принцип получения трехфазной ЭДС. Основные схемы соединений трехфазных цепей.

Рис.5-1. Схема простейшего трехфазного генератора.

На рис.5-1 изображена схема простейшего трехфазного генератора, с помощью которой легко пояснить принцип получения трехфазной ЭДС. В однородном магнитном поле постоянного магнита вращаются с постоянной угловой скоростью ω три рамки, сдвинутые в пространстве одна относительно другой на угол 120°.

В момент времени t=0 рамка АХ расположена горизонтально и в ней индуктируется ЭДС

.

Точно такая же ЭДС будет индуктироваться и в рамке ВY, когда она повернется на 120° и займет положение рамки АХ. Следовательно, при t=0

Рассуждая аналогичным образом, находим ЭДС в рамке CZ:

На рис.5-2 представлена векторная диаграмма трехфазной системы ЭДС.

Рис.5-2. Векторная диаграмма трехфазной системы ЭДС.

Любой трехфазный генератор (промышленный) является источником трехфазной симметричной ЭДС, что означает равенство:

1. амплитудных значений индуктируемых ЭДС в фазах А, В, С;

2. все они смещены е А, е В, е С друг относительно друга на угол 120°.

Если к каждой из рамок AX, BY и CZ подсоединить нагрузку (посредством щеток и контактных колец), то в образовавшихся цепях появятся токи.

Векторная диаграмма трехфазных напряжений и токов при симметричной нагрузке изображена на рис.5-3.

В трехфазной цепи протекает трехфазная система токов, т.е. синусоидальные токи с тремя различными фазами. Участок цепи, по которому протекает один из токов, называется фазой трехфазной цепи .

Возможны различные способы соединения обмоток генератора с нагрузкой. На рис.5-4 показана несвязная трехфазная цепь, в которой каждая обмотка генератора питает свою фазную нагрузку. Такую цепь, требующую 6 соединительных проводов, практически не применяют.

Рис.5-4. Несвязная трехфазная цепь.

На электрических схемах трехфазный генератор принято изображать в виде трех обмоток, расположенных под углом 120° друг к другу.

При соединении звездой (рис.5-5) концы этих обмоток объединяют в одну точку, которую называют нулевой точкой генератора и обозначают О. Начало обмоток обозначают буквами А, В, С.

При соединении треугольником (рис.5-6) конец первой обмотки генератора соединяют с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой. К точкам А, В, С подсоединяют провода соединительной линии.

В трехфазной цепи по ГОСТ устанавливаются следующие величины напряжений для силовых цепей: 127; 220; 380; 660 В и выше. Все они отличаются от ближайшей цифры в раз.

§ 5.3. Соединение обмоток генератора и потребителя звездой.

Соединить звездой генератор (потребитель) это значит соединить в одну общую точку, называемой нулевой (N – для генератора, N’ – для потребителя), концы фаз обмотки генератора (потребителя). АВС – начало фаз обмотки генератора, XYZ – конец фаз обмотки генератора.

Фазным называют напряжение, измеренное между началом и концом фазы генератора (потребителя) или между линейным и нулевым проводом.

Линейный провод – провод, соединяющий начало фаз генератора с потребителем.

Провод, соединяющий нуль генератора (N) с нулем потребителя, обозначают U A , U B , U C или U Ф.

Линейным называют напряжение, измеренное между началами фаз или между линейными проводами. Обозначаются U AB , U BC , U CA или U Л.

Между фазами линейного напряжения (их векторной формы) существует зависимость

Векторные диаграммы фазных и линейных напряжений генератора трехфазного тока (она же справедлива для трехфазного потребителя с симметричной нагрузкой).

Порядок построения векторной диаграммы для любой нагрузки:

Диаграмма должна быть построена в масштабе. При выборе масштаба следует помнить, длины векторов фазных токов должны быть несколько меньше, соответствующих векторов фазных напряжений. Построение диаграммы начинают:

1. под углом 120° друг относительно друга откладывают вектора фазных напряжений , , ;

2. с учетом углов сдвига фаз φ А, φ В, φ С к соответствующим векторам фазных напряжений откладывают вектора фазных токов , , ;

3. вектор тока в нулевом проводе (для симметричной нагрузки он не находится, т.к. I N =0) находят из выражения первого закона Кирхгофа для векторной формы токов

.

Здесь U A =U B =U C ; U AB =U BC =U CA . По определению косинуса , отсюда , , т.е. .

При соединении звездой линейное напряжение генератора в раз больше фазного. Это утверждение справедливо для симметричной нагрузки трехфазных потребителей, соединенных звездой.

Симметричной называют нагрузку, при которой:

1. Z A =Z B =Z C ;

2. φ А =φ В =φ С, где φ – угол сдвига фаз;

3. в каждой фазе характер напряжения должен быть одним и тем же, т.е. он должен быть во всех фазах активным, емкостным, индуктивным, активно-индуктивным, активно-емкостным.

При соединении звездой линейный и фазный ток это один и тот же ток

Нулевой провод и его роль.

Он нужен для получения такой схемы соединения, когда нагрузка несимметрична. С помощью нулевого провода при несимметричной нагрузке уравниваются между собой фазные напряжения потребителей. При отсутствии нулевого провода (обрыв, механические повреждения) там, где нагрузка меньше напряжение будет больше и наоборот.

Нулевой провод не нужен, если нагрузка симметричная. Ярким примером такой нагрузки являются трехфазные асинхронные двигатели. Сечение нулевого провода и линейного практически одинаково.

§ 5.4. Соединение обмоток генератора и потребителя треугольником.

e AB , e BC , e CA – мгновенные значения ЭДС, индуктируемые в фазах А, В, С синхронного генератора.

Для такого соединения необходимо фазу А генератора (начало фазы) соединить с концом фазы С, т.е. с точкой Z; начало фазы В соединить с концом фазы А (точка X) и начало фазы С (точка С) соединить с концом фазы В (точка Y). Поэтому, при таком соединении фазное напряжение генератора (потребителя) равно линейному напряжению генератора (при нормальных режимах работы такой цепи).

Поэтому, при соединении потребителей по схеме треугольника его фазное напряжение всегда равно линейному напряжению генератора, не зависит от величины и характера нагрузки, и т.к. напряжение генератора с помощью автоматических регуляторов поддерживается постоянным, то фазное напряжение потребителя также величина неизменная. Как видно из схемы соединения генератора три фазы его образуют замкнутый контур с ничтожно малым сопротивлением. Поэтому, чтобы исключить перегрев обмотки, возникновение короткого замыкания необходимо, чтобы e AB +e BC +e CA было всегда равно 0. Поэтому, опасно неправильное соединение обмотки генератора (попутали начало с концом), что приведет к короткому замыканию.

Для потребителя.

Составим выражения, связывающие фазные и линейные токи потребителя, применив первый закон Кирхгофа. Тогда, для точек разветвления потребителя по первому закону Кирхгофа

(1)

Выведем связь между линейными и фазными токами потребителей, соединенных треугольником, для случая симметричной нагрузки. Для чего воспользуемся векторной диаграммой и выражениями (1), на основании которых построена данная диаграмма.

Порядок построения:

1. под углом 120° друг по отношению к другу отложим вектора фазных токов, причем I AB =I BC =I CA – так обозначаются фазные токи;

2. для нахождения значений линейных токов надо теперь соединить вершины векторов фазных токов и отложить вектор (стрелку) приняв во внимание выражение (1). Получили равносторонний треугольник АВС, где вектора линейных токов , , равны между собой. Из равнобедренного треугольника имеем, что перпендикуляр DM будет являться также биссектрисой и медианой. Тогда СМ деленная на I CA равна cos30°, отсюда , т.е., если нагрузки симметричны, линейный ток всегда больше фазного в раз, т.е. .

В текущее время электронная энергия переменного тока вырабатывается, передается и распределяется меж отдельными токоприемниками в системе трехфазных цепей.
Системой трехфазных цепей именуют такую совокупа электронных цепей, в какой токоприемники получают питание от общего трехфазного генератора.
Трехфазным именуется таковой генератор, который имеет обмотку, состоящую из трех частей. Любая часть этой обмотки именуется фазой. Потому эти генераторы и получили заглавие трехфазные . Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения:

1) в смысле определенной стадии повторяющегося колебательного процесса и
2) как наименование части электронной цепи переменного тока (к примеру, часть обмотки электронной машины).

Рис. 1. Схема трехфазного генератора

Для уяснения принципа деяния трехфазного генератора обратимся к модели, схематически изображенной на рисунке 1. Модель состоит из статора, сделанного в виде железного кольца, и ротора – неизменного магнита. На кольце статора размещена трехфазная обмотка с схожим числом витков в каждой фазе. Фазы обмотки сдвинуты в пространстве одна относительно другой на угол 120°.
Представим для себя, что ротор модели генератора приведен во вращение с неизменной скоростью против движения часовой стрелки. Тогда, вследствие непрерывного движения полюсов неизменного магнита относительно проводников обмотки статора, в каждой ее фазе будет наводиться э.д.с.

Применяя правило правой руки, можно убедиться, что э.д.с., наводимая в фазе обмотки северным полюсом вращающегося магнита, будет действовать в одном направлении, а наводимая южным полюсом – в другом. Как следует, э.д.с. фазы генератора будет переменной.
Последние точки (зажимы) каждой фазы генератора всегда размечают: одну крайнюю точку фазы именуют началом , а другую – концом . Начала фаз обозначают латинскими знаками A, B, C, а концы их соответственно - X, Y, Z. Наименования «начало» и «конец» фазы дают, руководствуясь последующим правилом: положительная э. д. с. генератора действует в направлении от конца фазы к ее началу.
Э.д.с. генератора условимся считать положительной, если она наведена северным полюсом вращающегося магнита. Тогда разметка зажимов генератора для варианта вращения его ротора против движения часовой стрелки должна быть таковой, как показано на рисунке 1.
При неизменной скорости вращения полюсов ротора амплитуда и частота э.д.с., создаваемых в фазах обмотки статора, сохраняются постоянными. Но в каждое мгновение величина и направление деяния э.д.с. одной из фаз отличаются от величины и направления деяния э.д.с. 2-ух других фаз. Это разъясняется пространственным смещением фаз. Все явления во 2-ой фазе повторяют явления в первой фазе, но с запозданием. Молвят, что э. д. с. 2-ой фазы отстает во времени от э.д.с. первой фазы. Они, к примеру, в различное время добиваются собственных амплитудных значений. Вправду, наибольшее значение э.д.с., наведенной в какой-нибудь фазе, будет тогда, когда центр полюса ротора проходит середину этой фазы. А именно, для момента времени, соответственного расположению ротора, показанному на рисунке 1, электродвижущая сила первой фазы генератора будет положительной и наибольшей. Положительное наибольшее значение э.д.с. 2-ой фазы наступит позднее, когда ротор оборотится на угол 120°. Так как за один оборот двухполюсного ротора генератора происходит полный цикл конфигурации э.д.с., то время T 1-го оборота является периодом конфигурации э.д.с. Разумеется, что для поворота ротора на 120° нужно время, равное одной трети периода (T/3).
Как следует, все стадии конфигурации э.д.с. 2-ой фазы наступают позднее соответственных стадий конфигурации э.д.с. первой фазы на одну третья часть периода. Такое же отставание в повторяющемся изменении э.д.с. наблюдается в третьей фазе по отношению ко 2-ой. Разумеется, что по отношению к первой фазе повторяющиеся конфигурации э.д.с. третьей фазы совершаются с запозданием на две третьих периода (2/3 T).

Методом придания соответственной формы полюсам магнитов можно достигнуть конфигурации э.д.с. во времени по закону, близкому к синусоидальному.
Как следует, если изменение э.д.с. первой фазы генератора происходит по закону синуса
e1 = Eмsin?t ,
то закон конфигурации э.д.с. 2-ой фазы может быть записан формулой
e2 = Eм sin? (t ? T/3) ,

Рис. 2. Кривые моментальных значений трехфазной системы Э.Д.С.

а третьей – формулой
e3 = Eм sin? (t ? 2/3 T) ,
Произнесенное иллюстрирует график рисунка 2.
Таким макаром, можно сделать последующий вывод: при равномерном вращении полюсов ротора во всех 3-х фазах генератора наводятся переменные э.д.с. схожей частоты и амплитуды, повторяющиеся конфигурации которых по отношению друг к другу совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.
Трехфазный генератор служит источником питания как однофазовых, так и трехфазных электронных устройств. Однофазовые токоприемники, как понятно, имеют два наружных зажима. К ним относятся, к примеру, осветительные лампы, разные бытовые приборы, электросварочные аппараты, индукционные печи, электродвигатели с однофазовой обмоткой.
Трехфазные устройства в общем случае имеют 6 наружных зажимов. Каждое такое устройство состоит из 3-х, обычно схожих, электронных цепей, которые именуются фазами. Примерами трехфазных токоприемников могут служить электронные дуговые печи с 3-мя электродами либо электродвигатели с трехфазной обмоткой.
Методы соединения фаз генератора и токоприемника
Трехфазную цепь именуют несвязанной, если любая фаза генератора независимо от других соединена 2-мя проводами со своим токоприемником (рис. 3). Основной недочет несвязанной трехфазной цепи состоит в том, что для передачи энергии от генератора к приемникам необходимо использовать 6 проводов. Число проводов может быть уменьшено до 4 либо даже до 3-х, если фазы генератора и токоприемников соединить меж собой подходящим методом. В данном случае трехфазную цепь именуют связанной трехфазной цепью .

Рис.3. Схема несвязанной трехфазной цепи

На практике практически всегда используют связанные трехфазные цепи, как более совершенные и экономные. Существует два главных метода соединения фаз генератора и фаз приемников: соединение звездой и соединение треугольником.
При соединении фаз генератора звездой (рис. 4, а) все «концы» фазных обмоток X, Y, Z соединяют в одну общую точку 0 , именуемую нейтральной либо нулевой точкой генератора.
На рисунке 4, б схематически показаны три фазы генератора в виде катушек, оси которых сдвинуты в пространстве одна относительно другой на угол 120°.
Напряжение меж началом и концом каждой фазы генератора именуют фазным напряжением , а меж началами фаз – линейным.
Так как фазные напряжения меняются во времени по синусоидальному закону, то линейные напряжения также будут изменяться по синусоидальному закону. Условимся за положительное направление деяния линейных напряжений считать то направление, когда они действуют:

Рис.4. Трехфазная обмотка, соединенная звездой: а – схема соединения, б – схема обмотки

звездой: а – схема соединения, б – схема обмотки
от зажима A первой фазы к зажиму B 2-ой фазы;
от зажима B 2-ой фазы к зажиму C третьей фазы;
от зажима C третьей фазы к зажиму A первой фазы.
Эти три условно положительных направления деяния линейных напряжений на рисунке 4, б показаны стрелками.
Расчеты и измерения демонстрируют, что действующее значение линейного напряжения генератора, три фазы которого соединены в звезду, в v3 раз больше действующего значения фазного напряжения.
Для передачи энергии от генератора, соединенного звездой, к однофазовым либо трехфазным токоприемникам, в общем случае необходимы четыре провода. Три провода присоединяют к началам фаз генератора (A, B, C ). Эти провода именуют линейными проводами. 4-ый провод соединяют с нейтральной точкой (0) генератора и именуют нейтральным (нулевым) проводом .
Трехфазная цепь с нейтральным проводом дает возможность использовать два напряжения генератора. Приемники в таковой цепи можно включать меж линейными проводами на линейное напряжение либо меж линейными проводами и нейтральным проводом на фазное напряжение.

Рис.5. Четырехпроводная трехфазная цепь

На рисунке 5 показана схема включения токоприемников, рассчитанных на фазное напряжение генератора. В данном случае фазы токоприемников будут иметь общую точку соединения – нейтральную точку 0?, а токи в линейных проводах (линейные токи) будут равны токам в соответственных фазах нагрузки (фазным токам).
Любая фаза нагрузки может быть образована как одним токоприемником, так и несколькими токоприемниками, включенными меж собой параллельно (рис. 6).
Если фазные токи и углы сдвига фаз этих токов по отношению к фазным напряжениям схожи, то такая нагрузка именуется симметричной . Если хотя бы одно из обозначенных критерий не соблюдается, то нагрузка будет несимметричной .
Симметричная нагрузка может быть сотворена, к примеру, лампами накаливания схожей мощности. Допустим, что любая фаза нагрузки образована 3-мя схожими лампами (рис. 7).
Методом конкретных измерений можно убедиться, что при включении нагрузки звездой с нейтральным проводом напряжение на каждой фазе нагрузки Uф будет меньше линейного напряжения Uл в v3 раз, подобно тому, как это было при включении звездой фаз обмоток генератора

Рис.6. Схема включения однофазовых токоприемников в четырехпроводную сеть

Uл = v3Uф
На практике обширное распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях
Uл = 380 В; Uф = 220 В
либо
Uл = 220 В; Uф = 127 В
Из рисунка 7 видно, что ток в линейном проводе (Iл) равен току в фазе (Iф)
Iл = Iф
Величина тока в нейтральном проводе при симметричной нагрузке равна нулю, в чем можно убедиться также методом конкретного измерения.
Но если ток в нейтральном проводе отсутствует, то для чего же нужен этот провод?

Рис. 7. Схема соединения симметричной нагрузки звездой

Для выяснения роли нейтрального провода проделаем последующий опыт. Допустим, что в каждой фазе нагрузки имеется по три схожих лампы и одному вольтметру, а в нейтральный провод включен амперметр (см. рис. 7). Когда в каждой фазе включены по три лампы, то они все находятся под одним и этим же напряжением и пылают с схожим накалом, а ток в нейтральном проводе равен нулю. Изменяя число включенных ламп в каждой фазе нагрузки, мы убедимся в том, что фазные напряжения не меняются (все лампы будут пылать с прежним наклоном), но в нейтральном проводе появится ток.
Отключим нейтральный провод от нулевой точки приемников и повторим все конфигурации нагрузки в фазах. Сейчас мы заметим, что большее напряжение будет приходиться на ту фазу, сопротивление которой больше других, другими словами, где включено наименьшее количество ламп. В этой фазе лампы будут пылать с большим накалом и даже могут перегореть. Это разъясняется тем, что в фазах нагрузки с огромным сопротивлением происходит и большее падение напряжения.

Рис. 8. Схема осветительной сети дома при соединении фаз нагрузки звездой

Как следует, нейтральный провод нужен для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны.
Благодаря нейтральному проводу, любая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое фактически не находится в зависимости от величины тока нагрузки, потому что внутреннее падение напряжения в фазе генератора некординально. Потому напряжение на каждой фазе нагрузки будет фактически постоянным при конфигурациях нагрузки.
Если сопротивления фаз нагрузки будут равными по величине и однородными, то нейтральный провод не нужен (рис. 7). Примером таковой нагрузки являются симметричные трехфазные токоприемники.
Обычно осветительная нагрузка не бывает симметричной, потому без нейтрального провода ее не соединяют звездой (рис. 8). По другому это привело бы к неравномерному рассредотачиванию напряжений на фазах нагрузки: на одних лампах напряжение было бы выше обычного и они могли бы перегореть, а другие, напротив, находились бы под пониженным напряжением и горели бы меркло.
По этой же причине никогда не ставят предохранитель в нейтральный провод, потому что перегорание предохранителя может вызвать недопустимые перенапряжения на отдельных фазах нагрузки (см. рис. 8).

Рис. 9. Трехпроводная трехфазная цепь

Если три фазы нагрузки включить конкретно меж линейными проводами, то мы получим такое соединение фаз токоприемников, которое именуется соединением треугольником (рис. 9). Допустим, что 1-ая фаза нагрузки R1 включена меж первым и вторым линейными проводами; 2-ая R2 – меж вторым и третьим проводами, а 3-я R3 – меж третьим и первым проводами. Несложно созидать, что каждый линейный провод соединен с 2-мя разными фазами нагрузки.
Соединять треугольником можно любые нагрузки. На рисунке 10 дана
такая схема.

Рис. 10. Схема осветительной сети дома при соединении фаз нагрузки треугольником

Соединение треугольником осветительной нагрузки дома показано на рисунке 11. При соединении фаз нагрузки треугольником напряжение на каждой фазе нагрузки равно линейному напряжению.
Uл = Uф
Это соотношение сохраняется и при неравномерной нагрузке.
Линейный ток при симметричной нагрузке фаз, как демонстрируют измерения, будет больше фазного тока в v3 раз
Iл = v3·Iф
Но следует подразумевать, что при несимметричной нагрузке фаз это соотношение меж токами нарушается.

Принципно можно соединять треугольником и фазы генератора, но обычно этого не делают. Дело в том, что для сотворения данного

Рис. 11. Схема осветительной сети дома при соединении фаз нагрузки треугольником

линейного напряжения любая фаза генератора при соединении треугольником должна быть

рассчитана на напряжение, в v3 раз большее, чем в случае соединения звездой. Более высочайшее напряжение в фазе генератора просит роста числа витков и усиленной изоляции для обмоточного провода, что наращивает размеры и цена машины. Вот поэтому фазы трехфазных генераторов практически всегда соединяют звездой.
Приемники электронной энергии независимо от метода соединения обмоток генератора могут быть включены или звездой, или треугольником. Выбор того либо другого метода соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников.