5.2 Трёхфазные источники

На схеме представлен синхронный генератор, который состоит из статора с размещенными на нем обмотками Ax, By, Сz оси, которых смещены в пространстве на 120° ( 2π/3 рад).

A, B, C – начало обмоток.

X, Y, Z – концы обмоток.

Ротор в простейшем случае представляет собой электромагнит с двумя полюсами, который приводится во вращение первичным двигателем (ПД).

При вращении ротора первичным двигателем в каждой из обмоток индуктируется одинаковое по величине ЭДС и изменяющаяся с одинаковой угловой частотой и синусоидальная ЭДС.

Циклическая частота

(об/мин), где n0 – постоянная синхронная частота вращения ротора генератора.

В частности для получения 50 ГЦ n0=3000 об/мин

Одну из обмоток ротора называют фаза ( источник ) А, тогда фаза смещенная в сторону отставания от фазы А на 120° называют фаза В, фаза смещенная с опережением от фазы А на 120° называют фаза С. Шины таких фаз окрашивается соответственно красная – фаза А, желтая – фаза В, зеленая – фаза С.

Генерируемая синусоидальная ЭДС может быть представлена в четырех различных формах:

• тригонометрической

• графической

• векторная

• комплексная

Для снижения расхода проводникового материала полученные три фазы (источника) необходимо "связать", в соответствии с принципами, которые мы рассмотрели выше, чтобы получить единый трехфазный источник. Возможны два варианта, чтобы сократить число проводов, которые выходят из трехфазного генератора можно объединить концы фаз (x, y, z) в единую точку, которая называется нейтральной (нулевой) точкой. Это позволяет соединить три фазы в систему, которая называется соединение фаз звездой с нейтральным проводом.

Для учебных целей часто соединение звездой изображают

Из прямоугольного треугольника легко можно получить

Если соединить концы фаз (x, y, z) с началами соседних фаз, один за другим, последовательно (x – B, y – C, z – A) получаем соединение треугольник.

Для учебных целей часто соединение треугольником изображают

Сравнение соединения звездой с нейтральным проводом и треугольником фаз трехфазного генератора, позволяет отдать предпочтение соединению звездой. При соединении звездой с нейтральным проводом наряду с уменьшением числа проводов, появляется дополнительная возможность питать нагрузку между фазным (линейным) напряжением. Возможно соединение фаз генератора в треугольник – последовательно подключая начало и конец фаз и образуя замкнутый контур. При этом условием безопасности такого рода коммутации фаз является равенство нулю , так как . В то же время соединение треугольником обладает существенным недостатком связанным с тем, что в контуре образованным тремя фазами возможен ток холостого хода, в случае если система ЭДС не симметрична когда абсолютно точно не равны величины ЭДС EA≠EB≠EC или различаются сдвиги по фазе φA≠φB≠φC. Поэтому соединение треугольником для совмещения фаз практически не используется.

5.3 Соединение приёмников «звездой»

«Звезда» с нейтральным проводом

1)

Пусть нагрузка неравномерная ().

Тогда согласно методу двух узлов

– напряжение смещения (нейтральной) нулевой точки.

Таким образом, неравномерная нагрузка при наличии сопротивления нейтрального (нулевого провода «плохой нуль») вызывает смещение потенциала нейтральной (нулевой) точки приемника – «смещение нейтрале (нуля)» и асимметрию фазных напряжений на нагрузке.

2) Но! Если , а , то тогда

; ; ;

т.е. нейтральный провод служит для выравнивания напряжения на неравномерной нагрузке, для поддержания симметрии фазных напряжений при неравномерной нагрузке.

3) Нагрузка симметричная (асинхронный двигатель), т.е. нагрузка во всех фазах трех равны по величине, по характеру и по фазе

(). Тогда .

Симметричная звезда токов. Нейтральный провод не нужен.

Для нагрузки достаточно трёхпроводной трёхфазной системы электроснабжения.

Частные случаи КЗ и ХХ в цепи без нейтрального (нулевого) провода.

КЗ в фазе А

ХХ в фазе А