Тема 1.6. Трехфазные электрические токи

Программа

Трехфазные системы ЭДС и токов. Устройство трехфаз­ного- электромашинного генератора. Соединения фаз звездой ,и треугольником. Фазные и линейные напряжения и.соот­ношения между ними в симметричном режиме. Фазные и линейные токи, соотношения между ними в симметричном режиме.

Расчет симметричной трехфазной цепи при соединениях приемника звездой и треугольником. Определение мощности в трехфазных цепях.

Несимметричная нагрузка трехфазной цепи, соединенной звездой. Смещение нейтрали. Роль нулевого провода. Не­симметричная нагрузка трехфазной цепи, соединенной тре­угольником.

Вращающееся магнитное поле. Получение вращающегося магнитного поля с помощью двухфазной и трехфазной си­стемы токов. Принцип действия синхронного и асинхронного электродвигателей.

Методические указания

При изучении трехфазной системы обратите внимание на ее преимущество перед однофазной.

В результате изучения темы необходимо получить навыки построения векторных и топографических диаграмм, сборки, исследования и расчета трехфазных электрических цепей при симметричной и несимметричной нагрузках, выра­жения напряжения фаз в символической форме. Обмотки генератора могут соединяться звездой и треугольником. При соединении звездой фазное напряжение меньше линейного в раза, а токи фазные и линейные равны:

, I_ф = I_л.

При соединении треугольником:

U_ф = U_л, I _ф = .

Фазы потребителей трехфазного тока могут быть соеди­нены так же, как и фазы генератора, звездой и треуголь­ником. 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 тем больше, чем больше разность нагру­зок фаз.

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

Расчет цепей трехфазного тока при равномерной нагрузке производится для одной фазы. В случае неравномерной нагрузки необходимо пользоваться при расчете символическим методом.

При изучении вращающегося магнитного поля необходи­мо уяснить, что токи, проходящие через обмотки статора трехфазного двигателя, изменяются по синусоиде и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120°:

I_a = I _msinωt;

I_B= I _msin(ωt—120°);

Iс= I_msin(ωt+120°);

Эти токи создают магнитные потоки, индукция которых пропорциональна токам:

B _A=B_mSinωt;

В _B = B_msin(ωt+120⁰);

B c=B_mSin((ωt—120°);

Результирующая магнитная индукция, создаваемая тремя обмотками статора, для каждого момента времени равна геометрической сумме векторов магнитных индукций, созда­ваемых каждой обмоткой, и представляет собой постоянную величину в 1,5 раза большую амплитуды индукции каждой катушки:

В = 3/2 Вт .

Вращающееся двухфазное и трехфазное магнитное поле используется в электрических двигателях, электроизмери­тельных приборах и других устройствах.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая система называется многофазной и какой она может быть по числу фаз?

2. Какие многофазные системы являются симметричными и какие уравновешенными?

3. Что называется фазным током и напряжением? Какие существуют зависимости между фазными и линейными ве­личинами?

4. Как рассчитываются трехфазные це­пи с равномерной нагрузкой фаз при соединении потребителей звездой и треугольником?

5. Каков порядок расчета трехфазных цепей методом уз­лового напряжения при соединении потребителей звездой?

6. Каково назначение нулевого провода в трехфазной це­пи? К каким последствиям приводит обрыв нулевого про­вода?

7. Начертите векторную диаграмму для трехфазной цепи с неравномерной нагрузкой фаз, если потребители соединены звездой?

8. Какова методика расчета трехфазной цепи с потреби­телями, соединенными треугольником, при несимметричном режиме?

9. Как рассчитывается мощность и энергия (напишите формулы) в трехфазной цепи с равномерной и неравномер­ной нагрузкой фаз?

10. Как определяется чередование в трехфазной си­стеме?

11. Объясните образование вращающегося магнитного по­ля трехфазным током. От чего зависит скорость, вращения магнитного поля? Как изменить направление его вращения?

12. Каков принцип действия трехфазного асинхронного двигателя?

13. Какое магнитное поле получается от однофазного то­ка?

14. Объясните разложение пульсирующего магнитного по­тока на два вращающихся в разные стороны.