Лекции 7, 8

Тема 4

СИММЕТРИЧНЫЕ ТРёХФАЗНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

4.1. Трёхфазный генератор

Т рёхфазный генератор имеет две основные части: статор и ротор. На ста­торе размещаются три самостоятельные обмотки, оси которых сдвинуты одна относительно другой в пространстве на 120° (рис.4.1).

Вместе с ротором вращается созданное его током магнитное поле и в каждой обмотке наводится э.д.с. Поскольку э.д.с. достигает максимального значения, когда оси обмотки и полюса ротора совпадают, то сдвиг по фазе между тремя э.д.с. составляет 120°. Отдельные обмотки генератора получили название фаз, а сам генератор по количеству фаз называется трёхфазным.

Аналитические выражения мгновенных значений э.д.с. отдельных фаз будут иметь при этом такой вид:

;	(4.1)
;	(4.2)
.	(4.3)

Изобразим электродвижущие силы графически (рис.4.2).

Пример 4.1

Действующее значение фазной э.д.с. равно 220 В. Записать мгновенные значения фазных э.д.с., приняв _еА = 0.

Решение.

1. Максимальное значение фазной э.д.с.:

;

.

2. Мгновенные значения фазных э.д.с.:

е_А = 310 sіnt;

е_B = 310 sіn(t – 120°);

е _C = 310 sіn(t – 240°).

Построим векторы э.д.с. на плоскости, оси которой сдвинем на 90° против часовой стрелки (рис.4.3).

Система трёх э.д.с., одинаковых по величине и смещённых по фазе одна относительно другой на 120°, называется симметричной трёхфазной системой э.д.с. Сумма мгновенных значений фазных э.д.с. в любой момент времени равна нулю, что видно из векторной диаграммы (рис.4.3).

Вопросы для самоконтроля

1. Какое явление лежит в основе принципа действия трёхфазного генератора переменного синусоидального тока?

2. Из каких основных частей состоит трёхфазный генератор?

3. Что понимается под фазой генератора?

4. Составьте конструктивную схему трёхфазного генератора.

5. Опишите устройство трёхфазного генератора.

6. Опишите принцип действия трёхфазного генератора.

7. Запишите выражения мгновенных фазных э.д.с., приняв начальную фазу э.д.с. фазы А равной нулю.

8. Составьте расчётную схему фазы А генератора для мгновенных значений.

9. Изобразите векторами на плоскости фазные э.д.с.

4.2. Трёхфазные системы

Расчётная схема отдельной фазы генератора (например, фазы А) имеет вид, изображённый на рис.4.4. Но чаще её показывают так, как изображено на рис.4.5. На этих схемах r_A, x_А, – соответственно активное, реактивное и полное сопротивления обмотки.

Каждую фазу (обмотку) трёхфазного генератора можно соединить с от­дельным потребителем электрической энергии (фазой нагрузки), как показано на рис.4.6. В этом случае создается несвязанная трёхфазная система с тремя самостоятель­ными цепями и шестью проводами. Такая система неэкономична и по­тому не нашла применения.

Три фазы генератора или три фазы нагрузки можно соединить по схеме звезды, при этом одноименные зажимы фаз генератора или фаз нагрузки объ­единяются в один узел (рис.4.7).

Е сли фазы генератора и нагрузки, соединённые по схеме звезда, соединить между собой, то создастся связанная трёхфазная четырёхпроводная система (рис.4.8).

Три провода, которые соединяют начала фаз генератора и нагрузки, на­зываются линейными, а четвёртый, который соединяет узлы схемы генера­тора и схемы нагрузки, на­зывается нулевым (нейтральным) проводом. Соответст­венно ток, который проходит по линейному проводу, называется линей­ным током, а по нулевому (нейтральному) проводу – нулевым (нейтральным) током.

Согласно первому закону Кирхгофа

iN = iА + iB + iC.

(4.4)

Т ри фазы генератора или три фазы нагрузки можно соединить по схеме треугольника: конец первой фазы соединяется с началом второй и так далее (рис.4.9).

Если фазы генератора и нагрузки, соединённые по схеме треугольник, соединить между собой, то создастся связанная трёхфазная трёхпроводная система (рис.4.10).

Можно также создать связанные трёхфазные трёхпроводные системы со схемами соединения фаз генератора и нагрузки: звезда – звезда, звезда – тре­угольник, треугольник – звезда.