1.4.1. Исследования трехфазных электрических цепей.

Для передачи и распределения электроэнергии в подавляющем большинстве случаев используется трехфазная система энергоснабжения, т.е. система, в ветвях которой действуют три одинаковые по амплитуде синусоидальные ЭДС, имеющие одну и ту же частоту, но сдвинутые по фазе одна относительно другой на угол 2П/3 (120 град). Такая система была изобретена и разработана во всех деталях, включая трехфазные трансформатор и асинхронный двигатель, в 1891 г. выдающимся русским инженерном М.О. Доливо-Добровольским.

В трехфазной системе технико-экономические преимущества синусоидальных токов проявляются в наибольшей степени (снижается расход проводниковых материалов в линии электропередач, возрастает КПД устройств и т.п.). Поэтому энергетические системы выполняют как трехфазные системы генераторов, линий электропередач и трансформаторов, обеспечивающих трехфазным электропитанием промышленные потребители, которые, в основном, являются трехфазными, например: асинхронные и синхронные двигатели, мощные электрические печи, электромагниты и т.п. Однофазные потребители также получают питание от трехфазных сетей.

Для грамотной эксплуатации таких сетей необходимо знать их свойства, возможности и ограничения при подключении к ним потребителей.

Цель работы – практическое изучение основных свойств трехфазных цепей и соотношений между фазными и линейными токами и напряжениями в них, ознакомление со схемами подключения трехфазных и однофазных потребителей к трехфазной системе электропитания.

1. Основные теоретические сведения

1.1. Трехфазный источник электропитания

Источником энергии в трехфазной системе электропитания является трехфазный (синхронный) генератор. В пазах его статора размещены три изолированных друг от друга обмотки с одинаковыми параметрами, называемые фазами генератора^*. В пространстве они расположены со взаимным сдвигом на  120⁰. На рис. 1а условно показаны обмотки трехфазного генератора, которые принято называть фазами А, В и С. Начала обмоток обозначаются буквами А, В, С, а их концы соответственно X, Y, Z. При вращении ротора генератора в них индуцируются ЭДС е_А(t), e_В(t) и е_С(t), которые сдвинуты относительно друг друга по фазе (имеется в виду фазовый угол) на 120⁰:

На рис 1б представлены графики этих ЭДС, а на рис. 1в – их отображения в комплексной плоскости, оси координат которой для изображения трехфазных ЭДС, токов и напряжений принято поворачивать против часовой стрелки на 90⁰, так, что Е_А направлен вертикально вверх (в дальнейшем оси I и j мы изображать не будем). На этом рисунке:

Такую систему трех ЭДС (токов, напряжений),  которой они имеют одинаковые действующие (или амплитудные ) значения, но сдвинуты по фазе на 120⁰, принято называть симметричной. В любом другом случае говорят о несимметричной системе.

Временная последовательность, в которой ЭДС достигает сначала максимума в фазе А, затем в фазе В и потом в фазе С, называется прямой последовательностью чередования фаз. Обратная последовательность может быть получена, если, например, вместо фазы В использовать фазу С и наоборот. От последовательности чередования фаз зависит, в частности, направление вращения ротора асинхронного двигателя.