Vad är symmetrisk och asymmetrisk belastning?

I ett normalt fungerande trefasnät är linjära spänningar (spänningar mellan varje par fasledare) lika stora i storlek och skiljer sig i fas med 120 grader. Följaktligen är fasspänningarna (spänningar mellan varje fasledare och den neutrala ledaren) lika stora i storlek och har liknande fasskillnader.

Som följer av ovanstående är fasvinklarna mellan dessa spänningar lika med varandra. Detta kallas "Symmetriskt trefasspänningssystem".

Om du ansluter en symmetrisk belastning till ett sådant nätverk, det vill säga en trefasbelastning där strömmarna för varje fas är lika stora och fas, kommer en sådan last att skapa ett symmetriskt system med strömmar (med samma fasvinkel mellan dem). Detta är möjligt under förutsättning att i alla tre faser av lasten finns identiska reaktiva och aktiva motstånd, det vill säga Za = Zb = Zc.

Därför visar sig fasströmmarna vara lika stora och i fasvinkeln mellan dem under dessa förhållanden. Exempel på symmetriska belastningar: en trefas induktionsmotor, tre identiska glödlampor - var och en i sin egen fas, en symmetriskt belastad trefastransformator, etc.

Tänk på ett vektordiagram över strömmarna för en symmetrisk trefasbelastning. Det är lätt att se att den geometriska summan av vektorerna i trefasströmmarna försvinner. Detta innebär att med en symmetrisk belastning är strömmen för den neutrala ledaren noll och det finns praktiskt taget inget behov av att använda den.

Om du ansluter en asymmetrisk belastning till detta trefasnät med ett symmetriskt spänningssystem, det vill säga en belastning där de komplexa belastningsmotstånden i varje fas är olika (Za ≠ Zb ≠ Zc), kommer lasten att skapa ett system med strömmar som kommer att skilja sig i storlek och i riktning (jämfört med det aktuella diagrammet som är karakteristiskt för en symmetrisk belastning). Värdena på dessa fasströmmar finns enligt Ohms lag.

Och då strömmar den geometriska summan inte till noll, vilket innebär att en växelström kommer att äga rum i den neutrala ledaren, så en neutral ledare är nödvändig i detta fall. Exempel på asymmetriska laster: glödlampor med olika kapaciteter i tre faser, asymmetriskt belastad trefastransformator, laster med olika effektfaktorer i tre faser, etc.

Den neutrala tråden i detta fall kommer att säkerställa bevarande av fasspänningssymmetri trots att lasten är asymmetrisk. Det är därför som ett fyrtrådsnät tillåter inkludering av enfasskonsumenter med olika kapacitet och impedansens natur i olika faser. Kretsen för varje laddad fas kommer att ligga under generatorns fasspänning, oavsett skillnad i belastning mellan faserna.

Här är ett vektordiagram över en asymmetrisk belastning. Det är lätt att se i diagrammet att på grund av närvaron av en neutral tråd representerar strömmen i den geometriska summan av strömvektorerna i varje fas, medan fasspänningarna inte upplever distorsion, vilket säkert skulle ha uppstått om det inte hade funnits någon neutral tråd med en asymmetrisk belastning.

Om neutralledningen av någon anledning bryts under tillförseln av en obalanserad last, kommer det att bli en kraftig snedvridning av spänningarna och strömmarna i trefasnätet, vilket kan leda till en olycka.

Förvrängningen kommer att ske i detta fall eftersom de tre belastningskretsar som tillhandahålls av trefaskällan, tillsammans med källans inre motstånd, bildar tre kretsar med olika impedans, varvid spänningsfallet vid var och en kommer att vara annorlunda och spänningssystemet i trefasnätet därför upphör att vara symmetriskt.Se mer om detta här:Orsaker och konsekvenser av en trasig nolltråd i elnätet