Gebalanceerde Wye-Wye-verbinding

De driefasenspanning die we krijgen van een driefasige synchrone generator moet een gebalanceerde driefasenspanning zijn.

We zullen hier niet bestuderen wat een driefasen circuit is en wat een AC-circuit is, omdat deze in andere berichten zijn uitgelegd. Maar we moeten onthouden dat driefasen circuits vier configuraties hebben:

• Gebalanceerde wye-wye-verbinding
• Gebalanceerde wye-delta-verbinding
• Gebalanceerde delta-delta-verbinding
• Gebalanceerde delta-wye-verbinding

We gaan nu de gebalanceerde ster-sterverbinding leren.

Gebalanceerde Wye-Wye-verbinding

Van wat we hebben geleerd over vermogensfactor correctie, geldt: hoe hoger de vermogensfactor, hoe beter de efficiëntie van de vermogensoverdracht en hoe langer de levensduur van onze machine. Maar een gebalanceerde spanning is niet genoeg als de belasting niet gebalanceerd is.

Als de spanning gebalanceerd is, maar de belasting niet, zal de stroom onevenwichtig zijn, wat leidt tot harmonische vervorming en een groter reactief vermogen als verspilling.

We beginnen met het ster-ster-systeem omdat elk gebalanceerd driefasensysteem kan worden teruggebracht tot een equivalent ster-ster-systeem.

Sterconfiguratie betekent dat het circuit een verbinding heeft waarbij het een “Y”-vorm vormt

Daarom moet de analyse van dit systeem worden beschouwd als de sleutel tot het oplossen van alle gebalanceerde driefasen systemen.

Een gebalanceerde driefasen ster-verbinding is een driefasensysteem met een gebalanceerde ster-aangesloten bron en een gebalanceerde ster-aangesloten belasting.

Beschouw het gebalanceerde vierdraads ster-ster-systeem dat hieronder wordt weergegeven, waarbij een ster-aangesloten belasting is aangesloten op een ster-aangesloten bron. We nemen een gebalanceerde belasting aan, zodat de belastingsimpedanties gelijk zijn.

Veronderstel dat ons circuit geen ongebalanceerde driefasenspanning heeft en dat onze belastingsimpedantie gebalanceerd is.

We will use Z_Y as our equivalent impedances to represent the total impedance in  wye-connected loads.

From the illustration above:

• Z_S denotes the internal impedance of the phase winding of the generator as our source
• Z_l is the impedance of the line joining a phase of the source with a phase of the load, this is the impedance of our conductors
• Z_L is the impedance of each phase of the load
• Z_n is the impedance of the neutral line, connecting the neutral point from supply and load.

Hoewel de impedantie Z_Y de totale belastingsimpedantie per fase is, kan deze ook worden beschouwd als de som van de bronimpedantie (Z_S), lijnimpedantie (Z_l) en belastingsimpedantie (Z_L) voor elke fase, aangezien deze impedanties in serie staan.

Dus

Z_S en Z_l zijn vaak erg klein vergeleken met de belastingsimpedantie Z_L, dus laten we ze verwijderen om het eenvoudiger te maken.

Omdat we Z_S en Z_I verwijderen, zal het

En ons ster-aansluitschema wordt alleen eenvoudiger met een gebalanceerde driefasen bron en een gebalanceerde drie fasen belasting.

En onze driefasenspanning met positieve sequentie (abc) is

De lijn-tot-lijn spanningen of kortweg lijnspanningen V_ab, V_bc en V_ca zijn gerelateerd aan de fasespanningen.

De grootte van de lijnspanningen V_L is dus √3 maal de grootte van de fasespanningen V_p, of

waar

Uit bovenstaande vergelijking kunnen we concluderen dat de lijnspanningen 30° voorlopen op de overeenkomstige fasespanning, zoals te zien is in het onderstaande driefasenspanning diagram.

Zelfs als de netspanning 30° voorloopt op de fasespanning, heeft elke netspanning nog steeds een faseverschuiving van 120° ten opzichte van andere netspanningen.

Door de spanningswet van Kirchhoff op elke fase in het bovenstaande circuit toe te passen, verkrijgen we de lijnstromen als

Op basis van de wet van Kirchhoff is de algebraïsche som van de stromen die een knooppunt binnenkomen en verlaten nul, dus

Dit concludeert dat de spanning over de terminal draad (Z_N) nul is. Dan kunnen we dit ook verwijderen, samen met Z_S en Z_I, om het weer eenvoudiger te maken.

Terwijl de lijnstroom de stroom in elke lijn is, is de fasestroom de stroom in elke fase van de bron of belasting. In het wye-wye-systeem is de lijnstroom hetzelfde als de fasestroom.

We gebruiken één onderdeel voor lijnstromen, omdat het natuurlijk en gebruikelijk is om aan te nemen dat lijnstromen van de bron naar de belasting stromen.

Een alternatieve manier om een ​​gebalanceerd wye-wye-systeem te analyseren is om dit te doen op een “per fase”-basis.

We kijken naar één fase, bijvoorbeeld fase a, en analyseren het hierboven genoemde equivalente enkelfasige circuit. De enkelfasige analyse levert de lijnstroom Ia op als

Vanuit Ia gebruiken we de fasevolgorde om andere lijnstromen te verkrijgen. Dus zolang het systeem in evenwicht is, hoeven we slechts één fase te analyseren.

We kunnen dit doen zelfs als de neutrale lijn ontbreekt, zoals in het drie-draadssysteem.

Voorbeelden van gebalanceerde ster-ster-verbindingen

Om een ​​evenwicht te bereiken in een driefasen circuit, moeten we zowel de spanning als de belasting in evenwicht brengen. Op deze manier heeft ons elektrische circuit ook een gebalanceerd drie fasen vermogen.

Bereken de lijnstromen in het driedraads wye-wye-systeem van een circuit hieronder.

Antwoord:

Het driefasen circuit hierboven is gebalanceerd; we kunnen het vervangen door het equivalente enkelfase circuit zoals eerder uitgelegd.

We verkrijgen Ia uit de enkelfase analyse als

Waar

Vandaar,

Omdat de bron spanningen in positieve volgorde staan ​​en de lijnstromen ook in positieve volgorde staan,

Omdat het circuit in balans is, ligt de vermogensfactor dicht bij één. Hierdoor zijn de efficiëntie van de vermogensoverdracht en de levensduur van onze machine beter.

Veelgestelde vragen