Схемы соединения фаз трехфазного генератора

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

Получение трехфазной симметричной системы ЭДС

 

Трехфазная электрическая цепь состоит из следующих основных элементов: источника электрической энергии (трехфазного генератора или трансформатора), линии электропередачи (воздушной или кабельной) и приемников.

На электрических станциях трехфазная система ЭДС вырабатывается трехфазными синхронными генераторами, модель которого изображена на рис. 3.1.

На статоре, неподвижной части генератора, расположены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на угол 120°. Эти обмотки называют фазами генератора. Начала фаз обозначают буквами А, в, С, а концы – X, Y, Z.

Ротор представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током. При вращении ротора турбиной, создаваемое им магнитное поле наводит в обмотках статора синусоидальные ЭДС. В силу идентичности трех обмоток генератора в них наводятся ЭДС, имеющие одинаковые амплитуды и сдвинутые относительно друг друга по фазе на угол 120°.

Такая система ЭДС называется симметричной. Если ЭДС

фазы А принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде:

e_A(t)=E_msin(ωt), e_B(t)=E_msin(ωt-120°),

e_C(t)= E_msin(ωt-240°)=E_msin(ωt+120°).

Графики мгновенных значений ЭДС фаз показаны на рис. 3.2.

Рис. 3.2

 

В комплексной форме записи ЭДС каждого источника можно записать:

Порядок, в котором фазные ЭДС проходят через одинаковые значения, например через положительные максимумы, называют порядком чередования фаз. На рис. 3.3, а изображена векторная диаграмма фазных ЭДС для прямого чередования фаз (АВС), а на рис. 3.3, б – для обратного чередования (АСВ).

а) Рис. 3.3 б)

Схемы соединения фаз трехфазного генератора

Фазы трехфазного генератора могут быть соединены по схеме «звезда» и по схеме «треугольник».

При соединении фаз генератора «звездой» все их концы X, Y, Z соединяют в общий узел 0 (или N), называемый нулевой или н ейтральной точкой генератора (рис. 3.4). Потенциал этого узла при расчетах трехфазных цепей принимается равным нулю.

Рис. 3.4

 

К четырем зажимам генератора присоединяются провода.

Провода, присоединенные к началам фаз трехфазного генератора (А, В, С), называются линейными.

К нулевой точке генератора присоединяется провод, который называется нулевым или нейтральным.

Потенциалы точек A,B,C фаз генератора равны ЭДС соответствующих фаз:

Напряжения между началом и концом фазы генератора называются фазными напряжениями генератора. Учитывая, что напряжение есть разность потенциалов, а потенциал точки 0 равен нулю, фазные напряжения генератора могут быть записаны:

Из полученных выражений видно, что фазные напряжения генератора равны ЭДС соответствующих фаз.

Напряжения между началами фаз генератора, то есть напряжения между линейными проводами, называются линейными напряжениями и находятся как разность соответствующих потенциалов:

Из полученных выражений видно, что линейные напряжения могут быть определены как разность соответствующих фазных напряжений генератора.

На рис. 3.5 представлена топографическая диаграмма и показаны векторы фазных и линейных напряжений генератора при соединении его фаз «звездой».

Из рис. 3.5 видно, что векторы линейных напряжений образуют замкнутый треугольник. Они сдвинуты друг относительно друга на угол 120° и опережают соответствующие фазные напряжения на 30°. Действующее значение линейного напряжения в раз больше фазного U_Л= U_Ф.

Можно записать еще одно выражение, связывающее линейные и фазные напряжения генератора:

.

При соединении фаз генератора по схеме «треугольник» конец одной фазы соединяется с началом другой (рис. 3.6). Начала фаз трехфазного генератора (А, В, С) соединяются с началами фаз трехфазной нагрузки линейными проводами.

При таком соединении фаз генератора фазные напряжения, как видно из схемы, равны соответствующим линейным напряжениям .