Тема №1.6. Трёхфазные электрические цепи переменного тока

1.Общие сведения о трёхфазных электрических цепях.

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие "фаза" имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

· экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

· возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

· возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

2.Трёхфазные системы переменного тока.

Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током. Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях – это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три генератора переменного тока. Электродвижущие силы, индуцированные в- них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.

3.Соединения обмоток генератора звездой.

Точка соединения называется нулевой точкой, или просто нулем. В этом случае нагрузка может быть соединена с генератором с помощью трех или четырех проводов. На рис.2 показаны оба эти случая.

Провода, идущие от начала обмоток генератора, называют линейным, а провод, выведенный от нулевой точки,—нулевым. Напряжение между одним из линейных проводов и нулевым проводом называется фазным напряжением. Фазные напряжения (U_ф) обозначаются U₁, U₂ и U₃. Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток трехфазного генератора, можно считать, что фазные напряжения равны фазным э. д. с

4.Соединение обмоток генератора треугольником

Обмотки трехфазного генератора могут быть соединены и другим способом: если конец первой обмотки соединить с началом второй, конец второй обмотки — с началом третьей и конец третьей — с началом первой, получим соединение треугольником (рис6).

Рассматривая рис.6, мы видим, что обмотки генератора образуют замкнутую последовательную цепь. На первый взгляд создается впечатление, что они замкнуты накоротко, однако фактически короткого замыкания нет, так как сумма э. д. с, действующих в этом замкнутом контуре, в любой момент времени равна нулю, что показано на векторной диаграмме (рис.6).

5.Соединение электроприемников энергии звездой и треугольником.

способы соединений элементов электрич. цепей, при которых ветви цепи образуют соответственно трёхлучевую звезду и треугольник. Наибольшее распространение С. з. и т.получили в трёхфазных электрич. цепях. При соединении звездой концы обмоток трёх фаз генератора(трансформатора, электродвигателя) объединяются в общую нейтральную точку, а начала обмотокприсоединяются к трём отходящим проводам ("линейные провода"). При соединении треугольником конецкаждой фазы соединяется с началом следующей и к полученным трём узлам присоединяются линейныепровода. Если и генератор и приёмник электроэнергии соединены звездой, то нейтр. точки могут бытьсвязаны четвёртым (нейтр.) проводом. У симметричных приёмников, соединённых звездой илитреугольником, сопротивления всех трёх фаз одинаковы. В симметричной трёхфазной цепи, соединённойтреугольником, напряжения U_л между линейными проводами равны напряжениям U_ф на фазах приёмника,а силы тока в линейных проводах в корень из 3 раз больше, чем в фазах приёмника. При соединении звездойлинейные напряжения больше фазных в корень из 3 раз, а силы тока в линейных проводах и в фазаходинаковы. См. рис.

Схемы соединений звездой и треугольником трёхфазной (симметричной) цепи: а - звездой; б -треугольником; Uл - линейное напряжение; Uф - фазное напряжение; Iл - сила линейного тока; Iф - силафазного тока