Трехфазные электрические цепи

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В промышленности наибольшее распространение получили трехфазные электрические системы как наиболее простые и экономичные для передачи электрической энергии на дальние расстояния с наименьшими потерями.

Заслуга открытия трехфазного тока и его первого практического применения принадлежит талантливому русскому инженеру-электрику М. О. Доливо-Добровольскому (1862— 1913). Он создал первые генераторы и двигатели трехфазного тока, получившие широкое распространение. Современная электрификация также многим обязана этому замечательному русскому изобретателю.

Трехфазная цепь представляет собой совокупность трех электрических цепей,в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты синхронизированные таким образом что их начальные фазы отличаются на угол

 

Каждую отдельную цепь трехфазной системы называют фазой.

Временная диаграмма таких ЭДС приведена на рис. 13, а, а их векторная диаграмма — на рис. 13, б.

В симметричной трехфазной системе сумма мгновенных значений ЭДС в любой момент времени равна нулю:

 

То же и для действующих значений векторов ЭДС:

 

 

Рис..13. Трехфазная симметричная система:

а -графики мгновенных значений ЭДС; б — векторная диаграмма

 

Применяются следующие обозначения фазы: А или а — начало X или х — конец фазы (прописные буквы относятся к источникуа строчные — к нагрузке). Всю фазу называют фазой А, следующие — фазы В и С.

Запомните

Трехфазная система ЭДС называется симметричной, если ЭДС синусоидальны, их частота и амплитуда одинаковы и ЭДС каждой фазы смещены относительно друг друга на угол 2п/3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Что представляет собой трехфазная цепь?

2. Какая трехфазная система переменного тока называется симметричной?

3. Как называется каждая из цепей трехфазной системы?

 

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО

ГЕНЕРАТОРА И ПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ

Электроприемники (нагрузка) и обмотки источников электрической энергии (генераторы) в трехфазных системах могут быть соединены по схеме «звезда» — Y или «треугольник» — .

Схемы соединения обмоток трехфазного генератора. При соединении фаз генератора по схеме «звезда» (рис..14, а) концы фаз объединяют в одну точку N, которая называется нулевой, или нейтральной. Нагрузку можно подключать к зажимам: N — А; N — В;

N — С или А — В; В — С; С — А.

 

 

Рис. 14. Схемы соединения фаз генератора:

а — по схеме «звезда»; б — по схеме «треугольник»

 

 

Электродвижущие силы , , называются фазными, а , , -линейными.

В симметричной трехфазной системе соотношение между фазными и линейными ЭДС имеют вид

 

При соединении фаз источника по схеме «треугольник» нагрузку подключают к его вершинам (рис. 14, б). При этом линейные и фазные ЭДС и напряжения оказываются равными:

 

Такое соединение возможно лишь при симметричном источнике. В этом случае фазы образуют замкнутый контур, ток в котором отсутствует. Практически невозможно выполнить все обмотки одинаковыми, т. е. система ЭДС всегда несимметрична. В ней появляется уравнительный ток, что нежелательно, поэтому обмотки генератора (за редким исключением) соединяют «звездой».

Приемники электрической энергии могут быть соединены в «треугольник» и «звезду». Обычно задается значение линейного напряжения источника. Стандартом предусмотрена шкала линейных напряжений: 127, 220, 380, 500, 660 В и т.д. Каждое из них в раза больше предыдущего.

 

Соединение фаз нагрузки в «звезду» и «треугольник». Если объединить концы фаз генератора и концы фаз нагрузки в общую точку (рис. 15), то получим трехфазную четырехпроводную систему (так включают осветительные и бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д.) или трехпроводную ( трехфазные двигатели, индукционные печи и др.).

Провода, соединяющие генератор с нагрузкой, называются линейными. Провод, соединяющий нейтральные точки источника и нагрузки, называются нейтральным.

 

 

 

Рис..15. Трехфазная четырехпроводная система

 

Для четырехпроводной системы (см. рис. 15), где приемники включены между нейтральным проводом и каждым из линейных проводов, можно записать:

 

=

Нагрузка в трехфазной цепи может быть следующей.

 

1. Неоднородной и неравномерной, если сопротивления фаз нагрузки различны по характеру (аргументу) и значению (модулю ):

2. Равномерной, если сопротивления фаз равны по модулю,

но отличаются по характеру

 

;

3. Однородной, если сопротивления фаз нагрузки одинаковы

по характеру (аргументу), но отличаются по значению (модулю)

 

4. Симметричной, если сопротивления фаз одинаковы по значению и модулю

 

 

При соединении фаз нагрузки в «треугольник» (рис..16) объединяют зажимы а, b и с. Здесь — линейные — фазные токи нагрузки; — напряжения фаз нагрузки.

При симметричной нагрузке векторы линейных напряжений и токов образуют равносторонний треугольник и связь между линейными и фазными токами определяется соотношением

 

=

 

На практике в трехфазную цепь наиболее часто включают несколько приемников, которые могут быть соединены как в «звезду», так и в «треугольник».

 

 

Рис..16. Соединение фаз нагрузки в «треугольник»

 

Запомните

1. Приемники и обмотки источников электрической энергии в трехфазных системах могут быть включены «звездой» и «треугольником».

 

2. Каждую отдельную цепь трехфазной системы называют фазой.

 

3. Расчет симметричной трехфазной системы при равномерной нагрузке сводится к расчету одной фазы независимо от наличия нейтрального провода.

 

4. Соединение фаз «треугольником» выгодно отличается от соединения фаз «звездой» тем, что изменение нагрузки одной фазы не отражается на работе двух других фаз при условии, что сопротивление линейных проводов практически мало

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как соединяются приемники и обмотки источников электрической

энергии в трехфазных системах?

2. Как классифицируется нагрузка в трехфазной цепи?

3. Что называется фазой цепи трехфазного тока?

4. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями при соединении «звездой»?

5. Каково соотношение между токами в линейном проводе и нагрузке при соединении фаз «треугольником»?