7.7 Сурет – Жұлдыз қосылыс

Ұшақтар мен кемелердегі бейтарап өткізгіші қызметін генератор мен жүктемелердің бейтарап нүктелері қосылатын арнайы метал корпус атқарады. Генератордың фазалық орамаларында жүретін электр қозғаушы күштер, оның шықпаларындағы кернеу, жүктеме фазасындағы кернеу және ондағы тоқ – сәйкесінше, фазалық ЭҚК кернеу мен тоқ деп аталады да, E_Ф, U_Ф және I_Ф түрінде белгіленеді. Желілік өткізгіштер арасындағы кернеу және ондағы тоқ желілік деп аталады және U_Л и I_Л түрінде белгіленеді. Фазаларды жұлдызды қосу кезінде, фазалық тоқтар желілік тоқтарға тең болады: I_Ф = I_Л. Фазаларды үшбұрышты қосу кезінде, фазалық кернеу сәйкес желілік кернеуге тең болады:U_Ф = U_Л.

Үшфазалық тізбек жұмысының симметриялы және симметриялы емес режимдері болады. Симметриялы режим кезінде барлық үш фазаның кедергілері бірдей болады және ЭҚК симметриялы жүйе түзеті; олай болғанда, симметриялы емес режим орын алады.

7.3 Үшфазалық тізбектің симметриялы жұмыс режимі

Үшфазалық тізбектің есебі өзге күрделі тізбектердегідей әдетте кешенді түрде жүзеге асады. Генератордың фазалық ЭҚК-лері бір-бірінен 120° қашықтықта орналасқандықтан, математикалық жазудың ықшамдылығы үшін фазалық оператор яғни кешенді мөлшер қолданылады

Векторды а операторына көбейту вектордың оң бағытта 120°-қа бұрылуын білдіреді (сағат тілінің жүрісіне қарсы). Сәйкесінше, векторды а² көбейткішіне көбейту вектордың оң бағытта 240°-қа бұрылуын немесе ол вектордың бірақ кері бағыттағы 120°-қа бұрылуын білдіреді.

Ендеше,

Егер А фазасының ЭҚК-сі -ға тең болса, сәйкесінше В және С фазаларының ЭҚК-сі де тең болады

; .

7.8, а суретінде бейнеленгендей генератор мен жүктеме жұлдыз қосылыс түзгендегі үшфазалық тізбектің симметриялы режимінің қарапайым жұмысы кезінде, ЭҚК-нің және тоқтың векторлік диаграммасы 7.8, б суретінде бейнеленгендей түрге ие болады.

7.8, б суретінде әрбір фазадағы тоқ сол фазадағы ЭҚК-ден бұрышына кейіндеп отырады, мұндағы r және x –фазалардың активті және реактивті кедергілері.

Бірфазалық тізбекте тоқ қалай табылса, А фазасында да дәл солай табылады, себебі симметриялы режимде генератор мен жүктеменің бейтарап нүктелері бірдей потенциалды ретінде қабылданып, қосылуы мүмкін

.

φ

φ

φ

а – үшфазалық тізбек; б – векторлік диаграмма

7.8 Сурет – Үшфазалық тізбектің симметриялы жұмыс режимі

Сәйкесінше, В және С фазаларындағы тоқтар тоғы арқылы жүреді

; .

Симметриялы режим кезінде бейтарап өткізгіштің болуы ешқандай өзгеріс енгізбейді, себебі үш фаза тоқтарының қосындысы нөлге тең болады да, онда тоқ болмайды

Осылайша, үшфазалық тізбектің симметриялы жұмыс режимі кезінде есеп бірфазалық тізбек есебіне ұқсас етіліп фазалардың біреуінің негізінде шығарылады.

Бұл кезде кері (бейтарап) өткізгіштің кедергісі есепке алынбайды, себебі онда тоқтың да, кернеудің де төмендеуі болмайды. Генератордан алыстау шамасына байланысты жүктеменің бейтарап нүктесіне дейін кернеудің төмендеуімен анықталатын фазалық кернеу модуль және фаза бойынша өзгереді. Желілік кернеу сәйкес фазалық кернеулердің айырымы ретінде анықталады, мысалы . Симметриялы режим кезінде үшфазалық желінің кез келген жерінде желілік және фазалық кернеулердің модульдері арасында келесі арақатынас сақталады

Шыныда да, , яғни фаза бойынша -ны 30°-қа ілгерілейді, сонда модулі -дан есе көбірек болады.

Үшбұрышты қосылыс кезінде желілік тоқ Кирхгофтің бірінші заңына сәйкес фазалық тоқтардың айырымы ретінде анықталады және симметриялы режим кезінде арақатынас сақталады I_Л = I_Ф.

Генератор немесе жүктеме фазаларын үшбұрышты қосуды есептеу үшін, фазаларды жұлдыз түрінде эквивалентті қосумен алмастыру қажет; соның нәтижесінде фазалары үшбұрышты қосылған үшфазалық тізбектің есебі жұлдызды қосылыс түзген эквивалентті үшфазалық тізбектің есебіне әкеледі. Жұлдыз сәулелері ( ) мен үшбұрыш (Z ) жақтары кедергілерінің арасында кедергі үшбұрышының эквивалентті жұлдызға қайта түрлену формуласынан шығатын арақатынасы орын алады. Бұл қатынас симметриялы үшфазалық жүктеменің кедергісі үшін де, симметриялы үшфазалық генератордың кедергісі үшін де әділ. Соның өзінде жұлдыз қосылысты эквивалентті генератордың фазалық ЭҚК-сі үшбұрыш қосылысты берілген генератордың фазалық ЭҚК-сінен есе аз етіп алынады (сонымен қоса олар 30° бұрышқа шегерілуі тиіс). Оны генератор кернеудің векторлық потенциалды диаграммасынан оңай қарастыруға болады.

Симметриялы үшфазалық жүктеменің активті қуаты төмендегідей анықталады

.

Жүктемені жұлдызды қосқанда және I_Л = I_Ф,, ал жүктемені үшбұрышты қосқанда U_Л = U_Ф және болатындығын еске алғанда, қосудың түрлеріне тәуелсіз үшфазалық тізбектің активті қуаты желілік кернеу арқылы бейнелетіндігі, ал тоқ келесі түрде бейнеленгендігі байқалады

,

мұндағы φ – фазалық тоқтың біратаулы фазалық кернеуге қатысты жылжу бұрышы. Осыған ұқсас симметриялы үшфазалық жүктеменің реактивті және толық қуаттар үшін келесідей формула түзіледі

;

.

Келтірілген анықтамалар жүктемені жұлдыздыдан үшбұрышты қосылысқа (немесе керісінше) ауыстырғанда, оның активті және реактивті қуаттары өзгермейтіндігін білдірмейді. Жүктемені берілген желілік кернеу кезінде жұлдыздыдан үшбұрышты қосылысқа өзгерткенде, фазалық тоқ есе, желілік тоқ – 3 есе өседі де, соның есебінен қуат та 3 есеге көбейеді.

Симметриялы үшфазалық жүктеменің бейтарап нүктесі шығарылған болса, онда активті қуатты 7.9,а суретіндегі сұлбаға сәйкес қосылатын бір ватметрмен өлшеуге болады. (ваттметрдің біратаулы немесе кезекті және параллель тізбектерінің генераторлық шықпалары 7.9, а суретінде жұлдызшалармен белгіленген). Ваттметрдің үш есе артылған көрсеткіші үш фазаның қосынды активті қуатына тең.

1.9 Сурет – Активті қуатты симметриялы режим кезінде өлшеу

Егер бейтарап нүкте шығарылмаса немесе жүктеме үшбұрышты қосылса, 7.9,б суретін пайдалануға болады. Мұнда шамалары бойынша ваттметрдің параллель кедергісіне тең ваттметрдің параллель тізбегі мен екі қоспа активті кедергі r_қос жасанды бейтарап 0* нүктені түзеді.

Қуаттардың қосындысын алу үшін жоғарыдағыдай ваттметрдің көрсеткіштері үш есеге артылады.

7.10 суретінде симметриялы үшфазалық тізбектегі бір ваттметрдің көмегімен реактивті қуатты өлшеу әдісі көрсетілген: ваттметрдің кезекті тізбегі А фазасына, ал паралелі – В және С фазаларының арасына қосылған, соның өзінде ваттметрдің генераторлық шықпалары А және В фазаларына қосылған

7.10 Сурет – Реактивті қуатты симметриялы режим кезінде өлшеу