30. Трёхфазный электрический ток.

Наибольшее распространение получил трехфазный электрический ток. Что это такое?

Рисунок 17 Соединение звездой

В озьмем генератор переменного тока, но не с одной обмоткой, а с тремя, расположенными под углом 120˚. Получим три генератора в одном. Шесть проводов для подключения внешней нагрузки. Каждая отдельная цепь трёхфазной системы сокращённо называется фазой. Однако обмотки можно соединить между собой, а наружу выводить три или четыре провода вместо шести. Это огромная экономия материалов.

Если начала обмоток соединить в одну точку, которая называется нулевой точкой или нейтралью, то такое соединение называется соединение звездой или четырёхпроводной системой а). Провода, присоединённые к концам обмоток и ведущие к нагрузке, называются линейными. Провод присоединённый к нулевой точке называется нулевым или нейтральным. Напряжения между линейными проводами называется линейным, а между линейными проводами и нулевым проводом – фазным.

Рисунок 13 Соединение треугольником

Например , а Ток в нулевом проводе равен сумме токов линейных проводов. При симметричной нагрузке (одинаковой нагрузке во всех фазах) ток нулевого провода равен нулю, например, при подключении трёхфазного электродвигателя, поэтому можно обходиться без нулевого провода.

При соединении обмоток трёхфазного генератора треугольником б), конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки. Конец второй обмотки соединяется с началом третьей обмотки и конец третьей обмотки соединяется с началом первой. При таком соединении обмоток фазные напряжения равны линейным.

При вращении индуктора в обмотках возникают ЭДС, сдвинутые по фазе на 120˚.

ЭДС как бы включается сначала в обмотке А, потом в В, затем в С.

Трехфазная система переменного тока получила широкое распространение как система, обеспечивающая более выгодную передачу энергии и позволяющая создать простые по устройству электродвигатели, генераторы, трансформаторы.

Основоположником техники трехфазного тока является Д.О. Доливо-Добровольский (1862-1919).

Рисунок 19 Асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Е сли мы к обмоткам трехфазного генератора подключим трехфазный ток, то сначала в обмотке А возникнет магнитное поле полюсом S, потом в В, а затем в С и т.д. Получим вращающееся магнитное поле. А значит и магнит на роторе должен вращаться вместе с полем. Получаем синхронный электродвигатель.

Рисунок 14 Короткозамкнутый ротор (беличья клетка)

В спомним, что в проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает Э.Д.С. индукции, если он замкнут, то возникает сила тока, а значит и тормозящая сила Ампера. Но ведь можно двигать магнитное поле, тогда сила Ампера будет направлена вдоль скорости поля, и проводник будет двигаться за полем. Если их скорости сравняются, относительная скорость станет равной нулю, ЭДС индукции равна нулю, ток – нулю, сила Ампера – нулю: проводник начнет останавливаться, относительная скорость возрастёт, появится ЭДС, ток и сила Ампера. Движение проводника возможно только со скоростью меньшей скорости магнитного поля. Такой тип электродвигателя называется асинхронным. В асинхронном двигателе вместо электромагнита на роторе устанавливают короткозамкнутые рамки. Во вращающемся магнитном поле рамка начинает вращаться со скоростью меньшей, чем скорость вращения магнитного поля, поэтому электродвигатель и называется асинхронным.

Задачи:

1. В трёхфазную сеть включили звездой несимметричную нагрузку. Линейное напряжение Uл = 380 В. Rc = 110 Ом, R_A = 55 Ом, R_B = 73,3 Ом. Определить фазные токи. Построить векторную диаграмму. Определить ток нулевого провода по диаграмме.

1. Определяем фазные напряжения. Uф = = = 220 В.

2. Токи в фазах I_A = = 220/55 = 4 (Ом)

I_B = = 220/73,3 = 3 (Ом)

Iс = = 220/110 = 2 (Ом)

3. Углы сдвига фаз в каждой фазе равны нулю т.к. нагрузка активная.

4. Строим диаграмму в масштабе 1см = 1А. ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов фаз. Измеряем длину вектора I₀. I₀ = 1,8 см = 1,8 А.

Вопросы:

1. Как устроен генератор трёхфазного тока?

2. Какое соединение называется соединением звездой?

3. Какое соединение называется соединение треугольником?

4. Какой провод называется линейным?

5. Какой провод называется нулевым?

6. Какое напряжение называется линейным?

7. Какое напряжение называется фазным?

8. Как устроен асинхронный двигатель?

9. Что такое беличьей клеткой?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 21

1. В трёхфазную сеть включили звездой несимметричную нагрузку. Линейное напряжение Uл = 380 В. Rc = 80 Ом, R_A = 50 Ом, R_B = 30 Ом. Определить фазные токи. Построить векторную диаграмму. Определить ток нулевого провода по диаграмме.

2. В трёхфазную сеть включили звездой несимметричную нагрузку. Линейное напряжение Uл = 380 В. Rc = 100 Ом, R_A = 50 Ом, R_B = 70 Ом. Определить фазные токи. Построить векторную диаграмму. Определить ток нулевого провода по диаграмме.