4.6 Понятие о методе симметричных составляющих

Для анализа и расчётов несимметричных режимов в трёхфазных цепях широко применяется метод симметричных составляющих (МСС).

МСС основан на представлении любой несимметричной трёхфазной системы величин (токов, напряжений, магнитных потоков) в виде суммы в общем случае трёх симметричных систем величин – симметричных составляющих.

Симметричные составляющие отличаются друг от друга порядком следования фаз, т.е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум.

Система прямой последовательности имеет порядок следования фаз: A, B, C – индекс 1.

PIC
 ˙      ˙        ˙    2
IA1  =  IB1a  =  IC1a  ;
I˙   =  ˙I  a2;
  B1     A1
I˙C1  =  ˙IA1a;

Система обратной последовательности имеет порядок чередования фаз: A, C, B – индекс 2.

PIC
 ˙      ˙    2    ˙
IA2  =  IB2a   =  IC2a;
 ˙      ˙
IB2  =  IA2a;
I˙   =  ˙I  a2;
  C2     A2

Система нулевой последовательности состоит из трёх одинаковых величин, совпадающих по фазе, индекс – 0.

PIC
I˙   =  ˙I   =  I˙  ;
 A0      B0     C0

Направление вращения у всех трёх систем векторов одно и то же.

По принципу наложения:

(  ˙      ˙      ˙      ˙
|{  IA =  IA1 +  IA2 +  IA0;
   ˙      ˙      ˙      ˙
|  IB =  IB1 +  IB2 +  IB0;
(  ˙I  =  I˙  +  I˙  +  I˙  ;
    C     C1     C2     C0
(4.3)

Запишем систему (4.3) с составляющими только фазы A:

(
|  I˙A =  I˙A1  + I˙A2  + I˙A0;
{                              |
   I˙B =  I˙A1a2  +  ˙IA2a +  I˙A0 ×  a;
|(                      2       |    2
   I˙C =  I˙A1a  +  ˙IA2a  +  I˙A0 ×  a  ;
(4.4)

{                                  |
   aI˙B  =  ˙IA1a3 +  I˙A2a2  +  ˙IA0a ×  a;
                                    |
  a2I˙C  =  ˙IA1a3 +  I˙A2a4  +  ˙IA0a2 ×  a2;
(4.5)

Суммируя уравнения системы (4.4):

                            -----------------------------
                            |                           |
I˙ +  I˙  + I˙  =  3I˙  ⇒   |˙I   =  1-( ˙I +  ˙I  +  ˙I  ).|
 A     B     C       A0     --A0----3---A-----B-----C----
(4.6)

Суммируя уравнения систем (4.4) и (4.5):

            2        4               2    4
˙IA2 +  ˙IA2a   + I˙A2a   =  I˙A2 (1 + a  +  a  ) = 0;
I˙  + a ˙I  +  a2I˙  =  ˙I   +  ˙I  a3 +  I˙  a3.
 A       B       C      A1     A1       A1
|-------------------------------|
|       1                    2  |
|˙IA1 =  --( ˙IA + ˙IBa  + I˙C a  );|
--------3-----------------------
(4.7)

|-------------------------------|
|       1            2          |
|˙IA2 =  --( ˙IA + ˙IBa   + I˙C a ).|
--------3-----------------------
(4.8)

Таким образом с помощью уравнений (4.6, 4.7, 4.8) можно по несимметричных векторам трёхфазной системы получить их симметричные составляющие, в том числе графически.

Графический метод получения симметричных составляющих

Дана несимметричная система токов Прямая последовательность
PIC PIC
Обратная последовательность Нулевая последовательность
PIC PIC

Свойства симметричных составляющих

  1. В схеме без нейтрального провода отсутствуют токи нулевой последовательности, т.к. İA + İB + İC = 0.
  2. В схеме с нейтральным проводом İN = İA + İB + İC = 3İ0,İ0 = 1
3İN.
  3. Во всех трёхфазных цепях сумма линейных напряжений равна нулю, поэтому в линейных напряжениях всегда отсутствуют составляющие нулевой последовательности.