Роль нейтрального проводу в трифазній мережі

Трифазні кола можуть бути з’єднані зіркою або трикутником, причому спосіб з’єднання обмоток генератора чи трансформатора не визначає способу з’єднання споживачів електричної енергії.

Найбільш поширеним є з’єднання обмоток генератора (трансформатора) зіркою, коли кінці обмоток з’єднують в одну точку, яку називають нейтральною точкою

Проводи, які йдуть від початків обмоток генератора (трансформатора), називають лінійними, а провід, який йде від нейтральної точки, називають нейтральним або нульовим, бо в симетричній системі струм в ньому дорівнює нулю.

Електрорушійні сили, які індукуються в обмотках генератора (трансформатора), напруги на затискачах цих обмоток і струми в них називають фазними е.р.с., напругами і струмами , а напруги між сусідніми проводами – лінійними напругами.

Рис.8.1

Сполучення трифазної системи зіркою можна здійснити двома способами : з нейтральним проводом (чотирипровідна система) і без нього (трипровідна система). Найбільш широко застосовується чотирипровідна система (рис.8.1), бо дозволяє під’єднувати трифазні, двофазні і однофазні споживачі, забезпечує незалежну роботу фаз і має дві напруги: фазну і лінійну.

Якщо в трифазній системі повні опори , то така система називається симетричною. В симетричній системі , тобто фазні струми рівні за величиною, але зміщені за фазою один від одного на кут , і описуються такими рівняннями:

Якщо в трифазнiй чотирипровiднiй системi (рис.8.1) повнi опори фаз нерiвнi , що має мiсце, коли до трифазного джерела живлення пiдключенi одно-, дво-, i трифазнi споживачi, наприклад, електросвiтильники, зварювальнi трансформатори i асинхроннi двигуни, або обiрвався один iз лiнiйних проводiв, то фазнi напруги у споживачiв будуть пропорцiйнi повним опорам фаз. Це призведе до виникнення струму у нейтральному проводi i рiзницi напруг мiж точками .

Пряма і зворотна послідовності чергування фаз в трифазній мережі способи її визначення.

Астосування першого закону Кірхгофа для розрахунку трифазних кіл.

Перший закон Кірхгофа

Алгебраїчна сума струмів у гілках, що сходяться до будь-якого вузла електричного кола, тотожно дорівнює нулю. Згідно з цим законом, якщо до деякого вузла ланцюга приєднано n гілок зі струмами i 1, i 2, ..., i n, то в будь-який момент часу

де , Якщо напрямок струму позитивно і орієнтоване від вузла (струм виходить з вузла), або , Якщо струм входить у вузол. Таким чином, будь-якому вузлу ланцюга відповідає рівняння, що зв'язує струми в гілках ланцюга, з'єднаних з даним вузлом.

В якості прикладу наведемо схему на малюнку 1.

Рис.1.

Відповідно до першого закону Кірхгофа:

Загальне число рівнянь, яке можна скласти за першим законом Кірхгофа для ланцюга, дорівнює числу вузлів ланцюга .

Так, для чотирьох вузлів графа (малюнок 2) можна скласти наступні чотири рівняння:

Рис.2.

вузол 1: ,

вузол 2: ,

вузол 3: ,

вузол 4: .

Перший закон Кірхгофа часто називають законом Кірхгофа для струмів і скорочено у тексті позначають ЗКТ.

Число незалежних рівнянь дорівнює трьом, так як будь-яке з цих рівнянь відрізняється від суми трьох інших тільки знаком. Отже, якщо ланцюг містить вузлів, то для неї можна скласти за першим законом Кірхгофа незалежних рівнянь. Сукупність з N вузлів ланцюга, рівняння для яких утворюють систему лінійно незалежних рівнянь, називають сукупністю незалежних вузлів ланцюга.

Приклади на застосування першого закону Кірхгофа. Паралельне з'єднання елементів

Як приклад на застосування першого закону Кірхгофа розглянемо паралельне з'єднання декількох елементів активних опорів, конденсаторів, котушок індуктивності.

Особливістю паралельного з'єднання декількох елементів є рівність напруг, прикладених до затискачів кожного з елементів, що входять у з'єднання. Ланцюг при такому з'єднанні характеризується тільки одним незалежним вузлом.

Рис.3.

;

враховуючи, що , Маємо ,

де .

Залежність не відрізняється від залежності між напругою на затискачах і струмом в елементі активного опору з провідністю G. Отже, ланцюг, складена з кількох опорі, включених паралельно, може бути замінена одним активним опором, при цьому провідність еквівалентного елемента дорівнює сумі провідностей елементів, що входять у з'єднання.