1.5. Трехфазные электрические цепи

Трехфазная ЭДС, трехфазный ток. Преимущества трехфазной системы. Соединение обмоток генератора и потребителей энергии звездой. Фазные и линейные напряжения и токи. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами.

Трехпроводная и четырехпроводная цепи. Значение нулевого провода.

Соединение обмоток генератора и потребителей энергии треугольником. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами. Мощность трехфазной цепи.

Методические указания

При изучении трехфазной системы следует обратить внимание на ее преимущества перед однофазной.

В результате изучения темы необходимо получить навыки построения векторных и топографических диаграмм, исследования и расчета трехфазных электрических цепей при симметричной и несимметричной нагрузках.

При изучении темы следует обратить внимание на существующие способы включения осветительной и силовой нагрузок в трехфазную сеть. Необходимо научиться правильно выбирать схему соединения (звезда или треугольник) в зависимости от напряжения сети и номинального напряжения потребителя электрической энергии.

При соединении звездой фазное напряжение меньше линейного в раза, а токи фазные и линейные равны:

U_л

U_ф = ––––;

I_ф = I_л.

При соединении треугольником:

U_ф = U_л ;

I_л

I_ф = ––– .

При равномерной нагрузке потребителей, соединенных звездой, нейтраль генератора совмещается с нейтралью потребителя.

Однако, при неравномерной нагрузке фаз появляется смещение нейтрали, и в нулевом проводе течет ток. Значение этого тока зависит от разности нагрузок в фазах.

Нулевой провод при неравномерной нагрузке фаз необходим для уравновешивания фазных напряжений, следовательно, при равномерной нагрузке фаз в нулевом проводе нет никакой необходимости.

В симметричных трехфазных цепях расчет ведется для одной фазы с использованием методов расчета однофазных цепей.

При несимметричных нагрузках расчет ведется для каждой фазы в отдельности символическим методом.

В несимметричных трехфазных цепях активная мощность определяется как арифметическая сумма активных мощностей фаз, а реактивная мощность – как алгебраическая сумма реактивных мощностей. Индуктивные реактивные мощности берутся со знаком «+» (плюс), а реактивные мощности емкостного характера берутся со знаком «-» (минус).

При изучении вращающегося магнитного поля необходимо уяснить, что токи, проходящие через обмотки статора трехфазного двигателя, изменяются по синусоидальному закону и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120⁰:

А = I_msin wt ; В = I_msin (wt - 120⁰); C = I_msin (wt + 120⁰).

При соединении фаз генератора и приемника (за исключением осветительной сети) необходимо соблюдать последовательность чередования фаз и соединение концов обмоток источника треугольником. Нужно уяснить, какие последствия возникают при неправильном соединении.

Литература: 1, с. 183-195; 2, с. 118-126; 3, с. 164-180; 4, с. 110-126.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая система называется трехфазной?

2. Какая система ЭДС называется симметричной?

3. Независимо от схемы соединения приемника (звезда, треугольник) мощность трехфазной цепи определяют по одинаковым формулам. Почему?

4. С какой целью в трехфазной системе токов используется нулевой провод? Почему в нулевом проводе не включают предохранители?

5. Какие соотношения существуют между системой линейных и фазных обмоток источника звездой; треугольником?

6. Почему опасно неправильное соединение фаз источника треугольником?

7. От чего зависит направление и скорость вращения магнитного потока?