Лекція 7.

Тема: «Трифазні кола змінного струму. Основні характеристики, зображення, переваги. З’єднання зіркою. Основні співвідношення. Призначення нульового провода».

Мета: «Розглянути тоьохфазне коло змінного струму, побудувати основні співвідношення між лінійними і фазними напругами при з’єднанні зіркою, розглянути призначення нульового провода; навчитися визначати лінійні та фазні напруги трифазних кіл змінного струму».

Література: Л1, ст. 183..189.

Основні питання:

1. Трьохфазні кола змінного струму, основні визначення, трьохфазна система ЕРС.

2. Основні схеми з’єднання трьохфазних кіл.

1. Трьохфазні кола змінного струму, основні визначення, трьохфазна система ерс.

Об'єднання декількох кіл з незалежними джерелами електроенергії проводами лінії передачі широко використовується при змінному струмі. Обєднувальні кола змінного струму прийнято називати фазами, а всю об'єднану систему кіл - багатофазною системою. Таким чином, в електротехніці, термін фаза застосовується в двох різних значеннях: по-перше, це відносний момент періодичного процесу, а по-друге, - найменування складової частини багатофазної системи кіл змінного струму.

Звичайно застосовують симетричні багатофазні системи, в яких амплітудні значення ЕРС однакові, а фази зсунуті одна відносно одної на кут 2π/m, де m - число фаз. Найбільш часто в електротехніці використовують двофазні, трифазні, шестифазні кола. Так, в автоматиці і в електровимірювальній техніці широко поширені двофазні системи, в електроенергетиці найбільше практичне значення мають трифазні системи. Ця система була винайдена і розроблена видатним російським інженером М.С. Доливо-Добровольским в 1891 р., який створив трьохфазні трансформатор і асинхронний двигун.

Трифазні кола - це сукупність трьох однофазних кіл, в яких діють синусоїдальні ЕРС однієї і тієї ж частоти, зсунуті по фазі одна відносно одної на кут 2π/3. Передача електричної енергії на великі відстані по трифазних колах більш вигідна, ніж передача енергії по однофазних колах; крім того, трифазні синхронні генератори, трифазні асинхронні двигуни і трансформатори більш прості у виробництві, економічні й надійні в експлуатації. В трифазних системах досить просто одержати обертове магнітне поле, вплив якого на провідники зі струмом покладено в основу принципу роботи асинхронних і синхронних електродвигунів.

Джерелом електричної енергії в трифазному колі є синхронний генератор. Три його обмотки конструктивно зсунуті одна відносно одної на кут 2π/3 і називаються фазами. В цих обмотках індуктуються три ЕРС, фази яких, в свою чергу, також зсунуті одна відносно одної на кут 2π/3. Пристрій трифазного генератора схематично показано на малюнку 1.1. В пазах сердечника статора розташовані три однакові обмотки. Для простоти будемо вважати, що кожна з обмоток складається тільки з одного витка тобто з двох проводів, закладених у діаметрально протилежних пазах статора. Ці два проводи кожної з обмоток на задньому торці статора з'єднані один з одним.

Рис.1.1.

На передньому торці статора витки обмоток закінчуються затискачами А, В, С (початок обмоток) і відповідно затискачами X,Y,Z ( кінці обмоток).

Початки обмоток зміщені один відносно одного на кут 2π/3, і відповідно їхні кінці також зміщені один відносно одного на кут 2π/3. На малюнку представлений однополюсний ротор, якщо ж ротор багатополюсний, то кожній парі полюсів відповідають на статорі три котушки трифазних обмоток. Розміщені вздовж окружності статора окремі котушки кожної фазної обмотки з'єднуються між собою послідовно або паралельно.

При обертанні ротора у фазних обмотках статора індуктуються змінні ЕРС.

Завдяки симетрії пристрою генератора максимальні E_m і діючі фазні E_ф значення цих ЕРС у всіх фазах однакові, але так як магнітне поле обертового ротора перетинає фазні обмотки не одночасно, то ЕРС обмоток зміщені по фазі один до одного на одну третину періоду, тобто на .

На електричних схемах обмотки статора трифазного генератора умовно зображують так, як показано на мал. 1.2, b; за умовний додатній напрямок ЕРС в кожній фазі генератора приймають напрямок від кінця до початку обмотки.

Р ис1.2.

Якщо фазу фазної ЕРС А прийняти за вихідну, рівну нулю, то миттєві значення ЕРС трифазного генератора можна виразити аналітично:

(1.1.)

На мал.1.3. показані криві миттєвих значень цих ЕРС і три вектори їхніх максимальних значень.

Трифазна система, в якій умови в усіх фазах однакові, називається симетричною. Для симетричної системи згідно рівнянь (1.1) справедлива рівність:

(1.2.)

Отже, алгебраїчна сума миттєвих значень ЕРС симетричної трифазної системи дорівнює нулю.

Рис 1.3.

На мал. 1.4,а і б дані векторні діаграми для прямої та зворотної послідовності чергування фаз. З векторних діаграм і рівнянь 1.2. слідує, що . Таким чином, сума амплітуд або діючих значень ЕРС симетричної трифазної системи дорівнює нулю.

Послідовність у позначенні фаз системи А, Б, С не може бути випадковою, тому що вона визначається послідовністю зміни фазних ЕРС. Якщо ротор генератора обертати по годинниковій стрілці, то отримуємо послідовність чергування фаз ABC, тобто ЕРС фази В відстає по фазі від ЕРС фази А і ЕРС фази С відстає по фазі від ЕРС фази В. Таку систему ЕРС називають системою прямої послідовності. Якщо змінити напрямок обертання ротора генератора на протилежний, то послідовність чергування фаз буде зворотною. У генераторах ротори завжди обертаються в одному напрямку, внаслідок чого послідовність чергування фаз ніколи не змінюється. На практиці в генераторах звичайно застосовується пряма послідовність чергування фаз.

Від послідовності чергування фаз залежить напрямок обертання трифазних синхронних і асинхронних двигунів. Досить поміняти місцями дві будь-які фази двигуна, як виникає зворотна послідовність чергування фаз і, отже, протилежний напрямок обертання двигуна.

Послідовність фаз необхідно також враховувати при паралельному включенні трифазних генераторів.