Особенности построения многофазных электрических сетей

Многофазные электрические сети представляют собой совокупность нескольких однофазных цепей, в которых формируются э.д.с., одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга. Как правило, эти э.д.с. вырабатываются одним источником сигнала. Наибольшее распространение в настоящее время получили трехфазные электрические цепи, в которых э.д.с. сдвинуты между собой на 120 градусов. Кроме трехфазных систем в бортовых системах питания электронной аппаратуры довольно широко используются 10 и 12 фазные системы. Основное преимущество многофазных систем – существенная экономия проводов. Вместо шести проводов необходимых для передачи электрической энергии в трех однофазных системах, в трехфазной системе требуется всего три.

Это преимущество особенно сильно сказывается при строительстве линий электропередачи электрической энергии на большие расстояния. Не менее важным преимуществом многофазных систем является возможность простого формирования вращающего магнитного поля, что позволяет создавать и широко использовать двигатели переменного тока, не имеющие контактных колец, что обеспечивает их высокую взрывобезопасность. Искры, образующиеся при нарушениях электрического контакта на вращающихся кольцах двигателей постоянного тока делают их взрывоопасными и их нельзя использовать на большинстве предприятий пищевой промышленности. Кроме этого асинхронные электродвигатели переменного тока более дешевы, надежны и просты в эксплуатации по сравнению с двигателями постоянного тока.

Трехфазные электрические напряжения создаются синхронными генераторами, статорные обмотки которых расположены в специальных пазах и сдвинуты в пространстве на 120 градусов. Ротор генератора выполнен в виде электромагнита, обмотка возбуждения которого через контактные кольца и щетки подсоединена к источнику постоянного тока. При вращении ротора электромагнит последовательно пересекает обмотки статора. В результате в обмотках статора индуцируются э.д.с.,сдвинутые по фазе на 120 градусов (фазы А,В,С).При выбранном направлении вращения ротора, когда порядок возбуждения э.д.с. в фазах совпадает с направлением вращения ротора систему принято называть симметричной с прямой последовательностью э.д.с. В том случае, когда чередование э.д.с. будет обратным(С,В,А)-система называется трехфазной системой с обратной последовательностью э.д.с. Для того, чтобы избежать протекания выравнивающих токов при несинусоидальной форме напряжения обмотки статора синхронных генераторов включаются по схем «звезды». Начала обмоток обозначаются большими буквами А, В, С,а концы малыми буквами x,y,z. Концы обмоток статора синхронного генератора объединяются. Выводы обмоток А, В, С окрашиваются соответственно в желтый, зеленый, красный цвета.

Вектора э.д.с. трехфазной системы удобно изображать на комплексной плоскости, вращающейся с угловой частотой. При этом векторы э.д.с. в симметричной трехфазной системе образуют звезду и их векторная сумма равна нулю.

3.3.ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДЫ»

В этом случае концы или начала приемников все трех фаз соединяются в одну об­щую точку, а оставшиеся три вывода фаз соединяются с тремя фазами ис­точника напряжения с помощью линейных проводов, по которым протекают токи 1а Iв Iс (см. Рис. 3.1.).

Рис.3.1.Схема трехфазной электрической цепи при соединении сопротивлений нагрузки по схеме «звезда».

Провод нейтрали(Ν), соединяющий точку объединения обмоток генератора с соответствующей точкойприемника, называют нейтральным, а провода А, В и С, соединяющие начала фаз генератора и приемника называют линейными. Напряжение U_фмежду началом и концом фазы называют фазным напряжением. На­пряжение U_АВ, U_ВС, U_САмежду линейными про­водами называют линейными напряж­ениями. Токи 1_А,1_В,1_С, протекающие по линейным проводам, называются линейными токами. Токи I, протекающие через сопротивления нагрузок Ζ _А, Ζ _В, Ζ _С называются фаз­ными токами. В рассматриваемой схеме линейные токи совпадают с фазными 1_Л = 1_Ф. При равномерной нагрузке линейные напряжения, равны U _Л = *U_ф.

3.4.ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИКА»

Схема соединения приемников электроэнергии в треугольник приведена на рис.3.2.

Рис.3.2.Схема соединения приемников электроэнергии треугольником.

На схеме обозначено: I_А, I_В, I_С - линейные токи; I_АВ, Iвс, I_Ас -фазные токи, Ζ_АВ, Ζ_ВС, Ζ_СА—сопротивления нагрузки. В рассматриваемом случае вывод конца первого приемника электроэнергии (Ζ_АВ,) соединяется с выводом начала второго приемника (Zвс), вывод конца второго приемника (Zвс) соединяется с выводом начала третьего приемника (Ζ_СА), а вывод конца третьего приемника (Ζ_СА) соединяется с выводом начала первого приемника (Ζ_АВ). Точки соединения соседних фаз подключается к трем линейным проводам A, В, С.

На схеме показано также включение амперметров, измеряющих линейные и фазные токи и вольтметр, который может быть подключен для измерения напряжений. В рассматриваемой схеме при соединении сопротивлений нагрузки по схеме треугольника линейное напряжение равно фазному Uл = Uф. При симметричной нагрузке 1_Л = I_ф. При несимметричной нагрузке это соотношение не соблюдается.

Схема соединения нагрузок в треугольник применяется, главным образом, в тех случаях, когда нагрузки в фазах не равны между собой и изменяются независимо во времени.