Электрическая цепь однофазного синусоидального тока
Ранее рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин. Так, например, при одинаковых габаритах, массе активных материалов (стали и меди) и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для электрификации используется трехфазная система переменного тока.
90
Тема: трехфазная электрическая цепь
ЛЕКЦИЯ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1.Основные понятия и определения
2. Соединение фаз генератора и приемника звездой.
1.Основные понятия и определения
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 (ωt+ψ),
eB=Emsin(ωt−120°),
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.
Достоинства трехфазных цепей:
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; ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ со всем необходимым оборудованием; ПРИЕМНИКОВ (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).
Получение трехфазной системы эдс
Схема устройства простейшего трехфазного генератора На рисунке показана схема устройства простейшего двухполюсного трехфазного генератора. В пазах статора (неподвижная часть машины) расположены катушки А—X, В—Y и C—Z, оси которых сдвинуты в пространстве на одну треть окружности (120°). Внутри статора помещается ротор (вращающаяся часть машины), представляющий собой двухполюсный электромагнит, питаемый постоянным током, возбуждающим магнитное поле. Ротор приводится во вращение каким-либо двигателем. Магнитное поле, вращаясь вместе с ротором, пересекает проводники катушек, заложенных в пазах статора, и индуктирует в этих катушках эдс, изменяющиеся синусоидально.
Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис. 1.
Рис. 1. Модель трехфазного генератора
На статоре 1 генератора размещается обмотка 2, состоящая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Обмотки генератора называются фазами, которые обозначаются соответственно А,В, С.
Обмотки фаз располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рис. 1 каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4, расположенной на роторе.
Кривые
изменения эдс в трехфазной обмотке
генератора
Однако
синусоиды эдс фаз еA,
еB
и
еC
будут сдвинуты одна по отношению к
другой на 1/3
периода.
На рисунке показаны
кривые изменения эдс в катушках А—Х,
В—Y
и С—Z
и положения ротора, соответствующие
положительному максимуму эдс Еm
в этих катушках.
При пересечении магнитными силовыми линиями поля ротора обмоток статора в последних наводятся ЭДС одинаковой величины с фазовым сдвигом 120° . Такую систему называют симметричной.
При вращении ротора турбиной с равномерной угловой скоростью ω магнитные силовые линии поля ротора пересекают обмотках фаз статора. При этом в обмотках фаз статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения.
eA=Emsinωt, eB=Emsin(ωt−120°), eC=Emsin(ωt−240°)=Emsin(ωt+120°).
На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают как показано на рис. 2.
Рис. 2. Изображение фаз трехфазного источника питания
За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной.
Способы изображения симметричной системы ЭДС
Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться:
- графиками,
- тригонометрическими функциями,
- векторами,
- функциями комплексного переменного.