Основные элементы трехфазной цепи

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 32Следующая ⇒

С целью сохранения электрической энергии во время транспортирования и эффективности ее использования в технике ряд цепей с независимыми источниками питания объединяют в одну систему. Широко используются трехфазные системы, они являются частным случаем многофазных систем электрических цепей.

Многофазные электрические цепи – это совокупность однофазных электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Фаза – это часть многофазной системы с одинаковым током.

Трехфазные цепи получили наиболее широкое распространение поскольку при генерировании, передаче и преобразовании электрической энергии они имеют ряд преимуществ по сравнению с однофазными и другими многофазными системами:

1. Экономичность передачи энергии на дальние расстояния (меньший расход меди в проводах, меньший расход стали в трансформаторах).

2. Простота получения вращающегося магнитного поля в трехфазных электродвигателях (первые электрические двигатели были двухфазными, но они имели плохие рабочие характеристики). На валу роторов трехфазных генераторов и двигателей возникают меньшие пульсации.

3. Наличие двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке: фазного и линейного.

Трехфазную систему впервые разработал и внедрил в конце ХIХ в. М. О. Доливо-Добровольский. Источником энергии в трехфазных системах являются три обмотки генератора. Обмотки укладываются таким образом, что они индуцируют переменные ЭДС, сдвинутые на треть периода (рис. 1.7, а).

а б

Рис. 1.7

На схемах замещения фазы трехфазного генератора изображают двумя способами (рис.1.7, а, б). Фазы источника обозначают буквами А, В, С.

Трехфазная электрическая цепь – это совокупность трех электрических цепей, имеющих синусоидальную ЭДС одинаковой амплитуды и частоты, ЭДС сдвинуты по фазе на 120°.

или

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 1.8.

Рис. 1.8

Из векторной диаграммы (рис. 1.9) и графика мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС следует, что в любой момент времени:

; .

Систему ЭДС, изображенную на рис. 1.9, а, называют системой прямой последовательности фаз. При изменении направления вращения ротора генератора, последовательность фаз изменится на обратную (рис. 1.9, б). От последовательности фаз зависит направление вращения трехфазных асинхронных двигателей.

а б

Рис. 1.9

На распределительных устройствах шины, относящиеся к разным фазам имеют различную окраску. В нашей стране приняты цвета: желтый – фаза А, зеленый – фаза В, красный – фаза С.

Трехфазная цепь состоит из: источника электрической энергии, линии передачи и приемников.

Существует две схемы соединения обмоток фаз источника:

«звезда» , в котором концы фаз X, Y, Z объединяют в один общий узел N, называемый нейтральной (нулевой) точкой (рис. 1.10, а );

«треугольник», где объединяют в одну точку начала и концы соответствующих фаз: X и B, Y и C, Z и A (рис. 1.10, б).

Обмотки фаз генератора соединяют звездой, так как в случае нарушения симметрии ЭДС в обмотке, соединенной треугольником, уже при холостом ходе возникнут токи, которые вызовут нагревание обмоток и соответствующее увеличение потерь энергии.

Вторичные обмотки трансформаторов можно соединять по двум схемам: «звезда» и «треугольник».

а б

Рис. 1.10

Особенностью трехфазных цепей является наличие двух напряжений – фазного и линейного.

Фазное напряжение ( ) – напряжение между началом и концом каждой фазы (U_А, U_В, U_С). За положительное направление фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз обмоток.

Линейное напряжение ( ) – напряжение между началами двух фаз (U_АВ, U_ВС, U_СА).

Для источников фазные и линейные напряжения составляют симметричную систему напряжений:

следовательно .

^, .

Соотношения между линейными и фазными напряжениями, составленные (для схемы рис. 1.10, а) по второму закону Кирхгофа, имеют вид:

или .

В соответствии с этими уравнениями построена векторная диаграмма напряжений (рис. 1.11) из которой видно, что векторы линейных напряжений сдвинуты относительно друг друга на угол 2π /3 (120^°) и опережают соответственно векторы фазных напряжений на угол 2π /6 (30^°), при этом значения линейных напряжений в раз больше фазного (табл. 1.9).

Таблица 1.9

Таблица линейных и фазных напряжений

U_Л, В
U_Ф, В

Рис. 1.11

Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть однофазными или трехфазными.

К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д.

К трехфазным приемникам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи.

Трехфазные приемники – это симметричные приемники, комплексные сопротивления фаз которых равны между собой: .

Если это условие не выполняется, то приемники называются несимметричными.

При этом, если: - приемник называют равномерным;

- приемник называют однородным.

Три однофазных приемника, включенных в трехфазную цепь, могут быть эквивалентны симметричному и несимметричному трехфазному приемнику.

A, b, c – начала фаз приемника;

x, y, z – концы соответствующих фаз приемника.

Схемы включения приемников в трехфазную цепь:

1. «звезда с нейтральным проводом»;

2. «звезда без нейтрального провода» или просто «звезда»;

3. «треугольник».

Трехфазная цепь при соединении фаз генератора и приемника по схеме «звезда с нейтральным проводом» называется четырехпроводной цепью (рис. 1.12).

Трехфазная цепь при соединении фаз приемника по схеме «звезда без нейтрального провода» (рис. 1.14) или по схеме «треугольник» (рис. 1.16) называется трехпроводной цепью.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒