Трехфазные электрические цепи Понятие о трехфазной системе электрических цепей

Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии.

Если все три ЭДС равны по значению и сдвинуты по фазе на 120º по отношению друг другу, то такая система ЭДС называется симметричной.

Если ЭДС не равны по значению или сдвинуты друг относительно друга на угол, не равный 120º, то такая система ЭДС называется несимметричной. Аналогично определяются трехфазные системы напряжений и токов.

Часть трехфазной системы электрических цепей, в которой может протекать один из токов трехфазной системы, называется фазой. Таким образом, фазой являются обмотка генератора, в которой индуцируется ЭДС, и приемник, присоединенный к этой обмотке. Это второе значение термина «фаза», которое широко используется в практической электротехнике.

Преимущества трехфазной системы основываются, главным образом, на двух её свойствах, которые используются при эксплуатации не только в совокупности, но и порознь. Это экономичная и на большие расстояния передача и превосходное качество двигателей.

В устройствах выпрямления применяют шести- и двенадцатифазные системы, в устройствах автоматики и телемеханики – двухфазные системы.

Получение трехфазной системы эдс

Т рехфазная система ЭДС создается трехфазными генераторами. В неподвижной части генератора (статора) размещают три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120º. Это фазные обмотки, или фазы, которые обозначают А, В и С. Этими же буквами обозначают начало обмоток фаз генератора. Концы обмоток обозначают соответственно X, Y и Z. На рисунке показано, как изображают на схемах обмотки генератора с условными положительными направлениями ЭДС.

Каждая фазная обмотка генератора изображена на рисунке одним витком (у реальных генераторов каждая обмотка имеет множество витков, расположенных в нескольких соседних пазах, занимающих некоторую дугу внутренней окружности статора). На вращающейся части генератора (роторе) располагают обмотку возбуждения, которая питается от источника постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитный поток Ф₀, постоянный (неподвижный) относительно ротора, но вращающийся вместе с ним частотой n. Вращение ротора осуществляется каким-либо двигателем.

Благодаря конструктивным приемам магнитный поток Ф₀ в воздушном зазоре между статором и ротором распределяется по синусоидальному закону по окружности. Поэтому при вращении ротора вращающийся вместе с ним магнитный поток пересекает проводники обмоток статора (A-X, B-Y, C-Z) и индуцирует в них синусоидальную ЭДС. В момент времени, которому соответствует изображенное на рисунке взаимное положение статора и ротора, в обмотке фазы А индуцируется максимальная ЭДС E_m, так как плоскость этой обмотки совпадает с осевой линией полюсов ротора и проводники обмотки пересекаются магнитным потоком максимальной плотности. Через промежуток времени Т/3, соответствующий 1/3 оборота ротора, осевая линия его полюсов совпадает с плоскостью обмотки фазы В и максимальная ЭДС E_m индуцируется в фазе В. Ещё через 1/3 оборота ротора максимальная ЭДС индуцируется в фазе С. При следующих оборотах ротора процесс повторяется.

Таким образом, ЭДС в каждой последующей фазе будет отставать от ЭДС в предыдущей фазе на 1/3 периода, то есть на угол 2π/3. Если принять, что для фазы А начальная фаза равна нулю, то ЭДС фазы А

,

а ЭДС фаз В и С соответственно

Максимальные (амплитудные) значения всех ЭДС и их частоты будут одинаковыми, так как число витков фазных обмоток одинаково и ЭДС индуцируется одним потоком Ф₀. Изменение фазных ЭДС е_А, е_В и е_С показано на рисунке.

Действующее значение фазной ЭДС трехфазной системы определяется по формуле

.

П ри равных амплитудах действующее значение ЭДС всех фаз равны. При сдвиге по фазе на 2π/3 они образуют симметричную систему. Если при условном положительном направлении вращения векторов (против часовой стрелки) вектор ЭДС отстает по фазе от вектора ЭДС , а вектор ЭДС отстает по фазе от вектора ЭДС , то такая система векторов ЭДС образует прямое чередование фаз.

Если за вектором ЭДС следует сначала вектор ЭДС , а затем вектор ЭДС , то такая система векторов ЭДС образует обратное чередование фаз.

П ри представлении трехфазной системы ЭДС комплексными числами принято ЭДС фазы А совмещать с положительным направлением вещественной оси.

Тогда при прямом чередовании фаз

;

;

,

где Е – действующее значение ЭДС.

При симметричной системе ЭДС, как это видно из предыдущих формул, векторная сумма ЭДС равна нулю:

.