Трехфазный ток

Из систем многофазного тока наибольшее применение на практике получил трехфазный синусоидальный ток.

Для получения трехфазного тока на статоре генератора переменного тока помещают три обмотки, сдвинутые в пространстве одна относительно другой на 120°. Они называются фазными обмотками, или просто фазами генератора.

Существуют два основных способа соединения фазных обмоток генераторов, трансформаторов и потребителей трехфазного тока: соединение по схеме “звезды” и соединение по схеме “треугольника”.

Нужно отметить, что русский инженер М. О. Доливо-Добровольский своими работами (1888 г.) способствовал быстрому внедрению трехфазного тока и широкому распространению его на практике.

СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ.

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток (X;Y;Z) были соединены в одну общую точку, а начала обмоток (А;В;С) присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком “Y”. На рисунке обмотки генератора и потребителя соединены звездой.

Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0').

Обе точки 0 и 0' соединены проводом, который называется нулевым, или нейтральным, проводом (отсюда ток протекающий по этому проводу называют нулевым током и обозначают- I₀).

Остальные три провода трехфазной системы, соединяющие начала фаз генератора и начала фаз потребителя, называются линейными проводами (поэтому токи протекающие по этим проводам называют линейными и обозначают I_А; I_В; I_С _,или в общем случае - I_Л).

Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырехпроводной системой трехфазного тока.

Токи протекающие по фазам генератора и потребителям принято называть фазными и обозначать – I_Ф. Из схемы видно, что при таком способе соединения обмоток:

I_Л= I_Ф

Сравнивая несвязанную (см.рис.2) и четырехпроводную (см.рис.3) системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором - один нулевой провод.

По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме трех токов:

I₀=I_A+I_B+I_C

Напряжения, измеренные между началом и концом фаз генератора (или потребителя), или между линейным и нулевым проводом, называются фазными напряжениями и обозначаются U_A, U_B, U_C или в общем виде U_ф.

Часто задаются величины э. д. с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются Е_А, Е_В, Е_С, или Е_ф. Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:

E_A=U_A; Е_В=U_В; E_С=U_С

Напряжения, измеренные между началами двух фаз: А и В, В и С, С и А — генератора или потребителя (т.е. снимаемые с двух любых линейных проводов), называются линейными напряжениями обозначаются U_AB, U_BC, U_CA,или в общем виде U_Л. Стрелки, поставленные на рис.3, показывают выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе - от потребителя к генератору.

При соединении звездой линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения.

U_л = √3U_ф

Схема звездой с нулевым проводом крайне необходима там, где существует неравномерная (несимметричная) загрузка фаз, например, в осветительной сети, где фазы загружены неодинаково, и в этом случае через нулевой провод протекает ток. При этом нулевой провод стремится выровнять загрузку фаз.

Главная роль нулевого провода при неравномерной загрузке фаз состоит в том, что он обеспечивает равенство всех фазных напряжений.

При отсутствии нулевого провода это равенство нарушается, и поэтому на нулевом проводе нельзя ставить предохранителей и выключателей. Особенно это опасно, когда при обрыве нулевого провода произойдет обрыв в одной из фаз (например, сгорел предохранитель), тогда нагрузки двух фаз окажутся включенными последовательно. И, если одна из этих фаз имеет относительно большее сопротивление, то, естественно, на ней будет большее падение напряжения, и она может сгореть, т. е. создается аварийная ситуация.

Если фазы загружены равномерно, например, при силовой нагрузке (т.е. двигатели, трёхфазные трансформаторы и т.д.), тогда необходимость в нулевом проводе отпадает.

Достоинство нулевого провода состоит в том, что он позволяет иметь:

1. двойное напряжение Uл и Uф. Так, если Uл =380 В, то Uф =220 В.;

2. по линии мы передаем более высокое напряжение 380 В, а в каждую квартиру заводим менее опасное напряжение Uф=220 В (рис. №).

3. передавая мощность при Uл =380 В, мы уменьшаем ток, следовательно, уменьшаются и потери энергии на нагрев проводов, так как Q=0,24·I²R.(повышенное напряжение в линии влечет за собой уменьшение сечения провода).

4. нулевой провод можно использовать для заземления (зануления) электроустановок в сетях с заземлённой нейтралью.

Учитывая, что обычно ток в нейтральном проводе значительно меньше токов в линейных проводах, сечение его принято брать равным половине сечения линейного провода (с округлением до ближайшего стандартного сечения).

1. любой фазный провод сети по отношению к земле имеет напряжение 220 В;

2. при повреждении изоляции фазы и замыкании ее на какую-либо соединенную с нулевым проводом часть установки произойдет короткое замыкание, и на фазном проводе перегорит предохранитель или отключится автомат;

3. нельзя ставить предохранители на магистральной линии на нулевом приводе и ответвлениях от него, так как в этом случае нарушится система соединений с нулевым проводом.