Symmetrische Stern-Stern-Verbindung

Die Dreiphasenspannung, die wir von einem dreiphasigen Synchrongenerator erhalten, muss eine ausgeglichene Dreiphasenspannung sein.

Wir werden hier nicht näher darauf eingehen, was ein Dreiphasen Stromkreis und was ein Wechselstromkreis ist, da diese bereits in anderen Beiträgen erläutert wurden. Wir sollten jedoch bedenken, dass Dreiphasen Stromkreise vier Konfigurationen haben:

• Symmetrische Stern-Stern-Schaltung
• Symmetrische Stern-Dreieck-Schaltung
• Symmetrische Dreieck-Dreieck-Schaltung
• Symmetrische Dreieck-Stern-Schaltung

Wir werden jetzt die symmetrische Stern-Stern-Verbindung lernen.

Symmetrische Stern-Stern-Verbindung

Aus den Erkenntnissen der Leistungsfaktorkorrektur wissen wir, dass ein höherer Leistungsfaktor zu einer besseren Leistung Übertragungseffizienz und einer längeren Lebensdauer der Maschine führt. Eine ausgeglichene Spannung reicht jedoch nicht aus, wenn die Last nicht ausgeglichen ist.

Ist die Spannung ausgeglichen, die Last jedoch nicht, ist der Strom unausgeglichen, was zu harmonischen Verzerrungen und einer höheren Blindleistung führt.

Wir beginnen mit dem Stern-Stern-System, da jedes ausgeglichene Dreiphasensystem auf ein äquivalentes Stern-Stern-System reduziert werden kann.

Stern-Konfiguration bedeutet, dass der Stromkreis eine Y-förmige Verbindung aufweist.

Daher ist die Analyse dieses Systems der Schlüssel zur Lösung aller ausgeglichenen Dreiphasensysteme.

Eine ausgeglichene Dreiphasen-Sternschaltung ist ein Dreiphasensystem mit einer ausgeglichenen Quelle in Sternschaltung und einer ausgeglichenen Last in Sternschaltung.

Betrachten Sie das unten dargestellte ausgeglichene Vierleiter-Stern-Stern-System, bei dem eine Last in Sternschaltung an eine Quelle in Sternschaltung angeschlossen ist. Wir gehen von einer symmetrischen Last aus, sodass die Lastimpedanzen gleich sind.

Angenommen, unser Stromkreis weist keine unsymmetrische Dreiphasenspannung auf und unsere Lastimpedanz ist symmetrisch.

Wir verwenden Z_Y als äquivalente Impedanzen, um die Gesamtimpedanz in sternförmig geschalteten Lasten darzustellen.

Aus der obigen Abbildung:

• Z_S bezeichnet die Innenimpedanz der Phasen Wicklung des Generators als Quelle.
• Z_l ist die Impedanz der Leitung, die eine Phase der Quelle mit einer Phase der Last verbindet. Dies ist die Impedanz unserer Leiter.
• Z_L ist die Impedanz jeder Phase der Last.
• Z_n ist die Impedanz des Neutralleiters, der den Neutralpunkt von Versorgung und Last verbindet.

Obwohl die Impedanz Z_Y die gesamte Lastimpedanz pro Phase ist, kann sie auch als Summe der Quellenimpedanz (Z_S), der Leitungsimpedanz (Z_l) und der Lastimpedanz (Z_L) für jede Phase betrachtet werden, da diese Impedanzen in Reihe geschaltet sind.

Daher

Z_S und Z_l sind im Vergleich zur Lastimpedanz Z_L oft sehr klein. Daher entfernen wir sie der Einfachheit halber.

Da wir Z_S und Z_I entfernen, ergibt sich

Und unser Sternschaltung Diagramm wird nur mit einer symmetrischen Dreiphasen Quelle und einer symmetrischen Dreiphasen Last einfacher.

Und unsere Dreiphasenspannung mit positiver Sequenz (abc) ist

Die Leiterspannungen oder einfach die Leitungsspannungen V_ab, V_bc und V_ca beziehen sich auf die Phasenspannungen.

Somit beträgt die Größe der Leitungsspannungen V_L das √3-fache der Größe der Phasenspannungen V_p, oder

Wo

Aus der obigen Gleichung schließen wir, dass die Leitungsspannungen ihrer entsprechenden Phasenspannung um 30° vorauseilen, wie in einem Zeigerdiagramm für dreiphasige Spannungen unten zu sehen ist.

Auch wenn die Leitungsspannung der Phasenspannung um 30° vorauseilt, ist jede Leitungsspannung gegenüber den anderen Leitungsspannungen immer noch um 120° phasenverschoben.

Wenn wir das Kirchhoffsche Spannungsgesetz auf jede Phase im obigen Schaltkreis anwenden, erhalten wir die Leistungsströme als

Basierend auf dem Kirchhoffschen Stromgesetz ist die algebraische Summe der Ströme, die in einen Knoten eintreten und ihn verlassen, Null, dann

Daraus lässt sich schließen, dass die Spannung am Anschlussdraht (Z_N) Null ist. Zur Vereinfachung können wir diese zusammen mit Z_S und Z_I entfernen.

Während der Leitungsstrom der Strom in jeder Leitung ist, ist der Phasenstrom der Strom in jeder Phase der Quelle oder Last. Im Stern-Stern-System ist der Leitungsstrom identisch mit dem Phasenstrom.

Wir verwenden einen einzelnen Teil für Leistungsströme, da es naheliegend und üblich ist, davon auszugehen, dass Leistungsströme von der Quelle zur Last fließen.

Eine alternative Methode zur Analyse eines symmetrischen Stern-Stern-Systems ist die phasenweise Analyse.

Wir betrachten eine Phase, beispielsweise Phase a, und analysieren das oben dargestellte einphasige Ersatzschaltbild. Die einphasige Analyse ergibt den Leitungsstrom Ia als

Aus Ia ermitteln wir die Phasenfolge, um weitere Leistungsströme zu erhalten. Solange das System symmetrisch ist, müssen wir daher nur eine Phase analysieren.

Dies ist auch bei fehlendem Neutralleiter möglich, wie im Dreileitersystem.

Beispiele für symmetrische Stern-Stern-Verbindungen

Um einen Dreiphasen Stromkreis auszugleichen, müssen Spannung und Last ausgeglichen werden. Dadurch erhält unser Stromkreis auch einen ausgeglichenen Dreiphasenstrom.

Berechnen Sie die Leistungsströme im Dreileiter-Stern-System des folgenden Stromkreises.

Antwort:

Der oben dargestellte Dreiphasen Stromkreis ist symmetrisch; wir können ihn durch das zuvor erläuterte einphasige Ersatzschaltbild ersetzen.

Aus der Einphasen Analyse erhalten wir Ia als

Wo

Somit,

Da die Quellenspannungen in positiver Sequenz sind und die Leistungsströme ebenfalls in positiver Sequenz sind,

Da die Schaltung ausgeglichen ist, liegt der Leistungsfaktor nahe bei Eins, sodass die Leistungsübertragung Effizienz und Lebensdauer unserer Maschine besser sind.

Häufig gestellte Fragen