Три обмотки трехфазного генератора всегда объединяют в единую (связанную) систему. Обмотки трёхфазного генератора можно соединить между собой по схеме "звезда" или по схеме "треугольник". Схемы соединения обмоток показаны на рис. 78.

Рис. 78. Соединение обмоток генератора звездой и треугольником

Каждая из обмоток трехфазного генератора  или электродвигателя имеет начало и конец. Началам обмоток присваивается первая буква алфавита (A, B, C), а концам – последняя (X, Y, Z). Так, для фазы А, начало обмотки обозначается буквой А, а конец обмотки буквой X.

    Звездой называется соединение обмоток, когда их концы объединены в одну общую точку, называемую нейтральной или нулевой. Нейтральная точка обозначается на схеме буквой N.

    Треугольником называется соединение, когда три обмотки образуют замкнутый контур. К концу фазы А  подключено начало фазы В, к концу фазы В– начало фазы С, к концу фазы С - начало фазы А.

Рассмотренную схему соединения начал и концов обмоток нарушать нельзя. Если поменять местами выводы одной из обмоток, схема сгорит.

Трехфазный потребитель тоже состоит их трех частей, только не из трёх обмоток, а из трёх сопротивлений. Эти три сопротивления также могут быть соединены звездой или треугольником.

Сопротивления потребителя обозначаются теми же буквами, что и обмотки генератора (см. рис. 79). Чтобы избежать путаницы, для сопротивлений потребителя, имена фаз обозначают малыми буквами (a, b, c).

Сопротивления потребителя могут быть как активными, так комплексными. На рис. 79 показан случай использования в качестве нагрузки активных сопротивлений.

    Термин “фаза”при рассмотрении трёхфазных цепей  имеет несколько значений:

1) одна из синусоид трехфазной системы;

2) одна из обмоток генератора;

3) одно из сопротивлений трёхфазного потребителя;

4) провод, относящийся к данной обмотке.

Свойства соединения звездой

Рис. 79. Соединение обмоток генератора и

сопротивлений потребителя звездой. Нагрузка активная

При соединении звездой генератор и потребитель соединены между собой четырехпроводной линией. Такая линия называется четырёхпроводной. Эти провода называются: линейный провод А, линейный провод В, линейный провод С и нейтральный (нулевой) провод.

Нейтральная точка звезды генератора обозначается буквой N. Она обычно заземлена. Нейтральная точка звезды потребителя обозначается буквой N' (читается: "эн штрих").

Каждая фаза (обмотка) генератора питает одноимённую фазу потребителя. При этом все фазы работают независимо друг от друга. Например, ток в фазе А протекает от начала фазы генератора (точка А), по линейному проводу А, через одноименную фазу потребителя R_a и по нулевому проводу возвращается обратно к концу той же фазы (точка X). Направление протекания тока в фазе А показано на рис. 79. Аналогично протекают токи в фазе B и в фазе С.

Принято считать, что фазные токи в сопротивление потребителя протекают от начала фазы к концу, а линейные - от генератора к потребителю. 

Токи, протекающие в трёхфазной схеме имеют названия:

фазным называется ток I_ф, протекающий в фазе генератора или потребителя;

линейным –  называется ток I_л, протекающий в линейном проводе;

током нейтрали   называется ток I_n, протекающий в нулевом проводе.

В схеме соединения звездой, показанной на рис. 79, можно выделить три линейных и три фазных тока. Как известно, при последовательном соединении элементов электрической цепи, ток одинаков во всех точках цепи. Отсюда следует, что при соединении звездой, в каждой фазе, линейный ток равен фазному току, т.е.

I_ла = I_фа,  I_лb = I_фb, I_лc = I_фc.

Поскольку в схеме звезда линейный ток равен фазному, индекс л –линейный или ф – фазный, рядом с символом тока I, зачастую не ставится. Остаётся только буква имени фазы: I_a, I_b, или I_с.  

В системе звезда можно выделить два вида напряжений (см. рис. 80).

Фазным называется напряжение U_ф, измеренное между линейным и нулевым проводом; его можно также измерить между выводами а и х сопротивления фазы потребителя.

Линейным называется напряжение U_л, измеренное между двумя линейными проводами; также можно измерить линейное напряжение между началами двух фаз потребителя – между точками а и с.

    В схеме звезда можно измерить три фазных напряжения и три линейных напряжения:

U_фа= U_фb=U_фс=220В; U_{л ab}=U_{л bc}=U_{л са}=380В.

    В нашей практике мы работаем с низковольтными трёхфазными сетями, в которых фазное напряжение составляет 220 вольт, а линейное – 380 вольт.

    В обозначении фазных и линейных величин буквы "ф" (фазное) и "л" (линейное) часто не указывают. Кроме буквы U остаются только буквы наименования фазы. Например: U_а – напряжение на фазе А; U_ac – линейное напряжение между линейными проводами a и с. Заметим, что фазное напряжение обозначается одной буквой нижнего индекса, а линейное – двумя.

    Вольтметры, показанные на рис. 80 измеряют: правый – фазное напряжение на фазе А (U_фа); левый – линейное напряжение между линейными проводами А и С (U_{л ас}).  

Рис. 80. Измерение напряжений в системе звезда. Вольтметры измеряют:

линейное напряжение U_ac и фазное напряжение U_а

    Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений имеет вид, показанный на рис. 81.

Рис. 81. Векторная диаграмма линейных и фазных напряжений в системе звезда

    На диаграмме хорошо видно, что вектора линейных напряжений длиннее, чем вектора фазных напряжений. Это объясняется тем, что фазное напряжение снимается с одной обмотки трёхфазного генератора, а линейное – является векторной суммой напряжений с двух обмоток. Поэтому линейное напряжение будет больше фазного.             

    Низковольтную трёхфазную сеть часто называют сетью 220/380 вольт. В этом обозначении первая цифра означает величину фазного напряжения, а вторая – линейного. Низковольтными считаются сети с напряжением до 1000В.

    Линейное напряжение в системе звезда больше фазного в корень из трёх раз:

     Ток в фазе потребителя, при активной нагрузке, можно найти по закону Ома:

Если нагрузка комплексная, вместо активного сопротивления R следует использовать полное сопротивление Z.     

Если все сопротивления в трехфазном потребителе (R_a, R_b и R_c) одинаковы, то такая нагрузка называется равномерной. При равномерной нагрузке все фазные токи одинаковы и все линейные токи одинаковы.

    Рассмотрев протекание токов во всех фазах, нетрудно заметить, что в нейтральном (нулевом) проводе протекают токи всех трёх фаз. Следовательно:

    Однако, не следует думать, что ток в нулевом проводе можно найти, сложив арифметически три фазных тока. Такое действие будет грубой ошибкой.

    Ток нейтрали действительно равен сумме трёх фазных токов, только сумма эта векторная, а не арифметическая. Вектора фазных токов нужно суммировать путём выполнения графических построений. Найти ток нейтрали, при известных фазных токах, можно путем построения в масштабе векторной диаграммы. Далее рассмотрен способ нахождения тока нейтрали (пример 17).

    Векторная диаграмма для токов строится аналогично диаграмме для напряжений в системе звезда. Три фазные тока будут направлены под углом 120 градусов друг к другу. Данную диаграмму мы строим применительно к схеме показанной на рис. 80 для случая активной нагрузки. При активной нагрузке ток совпадает по фазе с напряжением, приложенным к сопротивлению фазы. Поэтому каждый из фазных токов направлен также, как соответствующее фазное напряжение.

    Интересно, что при равномерной нагрузке ток нейтрали равен нулю. Причина этого становится понятной из рассмотрения векторной диаграммы, показанной на рис. 82.

    Чтобы построить на векторной диаграмме ток нейтрали нужно сложить вектора трёх фазных токов: I_a, I_b и I_c. Для упрощения проведём сложение векторов в три этапа Сначала, по правилу параллелограмма суммируем вектор I_b с вектором I_c. Получится суммарный вектор I_c+I_b. Видно, что это вектор равен по длине вектору I_a и направлен противоположно к нему. Следовательно сумма этих двух векторов будет равна нулю.

Рис. 82. Векторная диаграмма токов в системе звезда при равномерной нагрузке

Получается, что ток в нулевом проводе, при равномерной нагрузке, равен нулю. Но, если в нулевом проводе не протекает ток, нулевой провод можно убрать и система будет прекрасно работать без него! Это действительно так. В случае равномерной нагрузки без нулевого провода можно обойтись. Однако, на практике нулевой провод прокладывают всегда. Это объясняется тем, что в случае аварии равномерная нагрузка может стать неравномерной, а она не сможет нормально работать без нулевого провода.