Получение трехфазного тока

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах.

Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120.

Трехфазный синхронный генератор

Для симметричной системы ЭДС справедливо

Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС

На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное - А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.

Шестипроводная схема используется в случае необходимости подключения удаленного моста. При использовании моста появляется проблема зависимости сопротивления резисторов включенных в мост от его нагревания. Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система.

Четырехпроводный метод подключения, позволяет измерять сопротивление удаленного резистора без учета сопротивления соединительных проводов. Как видно из рисунка, измеряемое сопротивление подключается к интерфейсной схеме при помощи четырех проводов. Два провода подсоединяются к источнику тока, а два оставшихся провода - к вольтметру. Источник постоянного тока имеет очень высокое выходное сопротивление, поэтому ток в цепи практически не зависит от сопротивлений r в контуре.

16. Соединения фаз генератора по схеме звезда. Трехпроводная линия передачи электрической энергии. Трехфазная электрическая цепь с соединением фаз нагрузки по схеме звезда. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами. Симметричная нагрузка. Векторные диаграммы для напряжений и токов.

В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной нагрузке) ток в нем равен нулю.

Схема замещения трехфазной системы, соединенной "звездой"

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать I_O = I_А+ I_В + I_С.

При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов I_А,I_В,I_С) в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток I_O в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.

Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.

В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.

Соотношение между линейным и фазным напряжением

С помощью векторной диаграммы, показывающей систему трехфазного тока, легко установить, что соотношение между фазным и линейным напряжениями будет: Uл = 2(Uф sin60^о) = √3 Uф.

Это соотношение справедливо при определенных условиях также в случае отсутствия нейтрального провода, т. е. в трехпроводной цепи.

На основании указанного соотношения можно сделать вывод о том, что соединение звездой следует применять в том случае, когда каждая фаза трехфазного приемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение в √3 раз меньшее, чем номинальное линейное напряжение сети.

Трехпроводная линия передачи электрической энергии

Передача электрической энергии от источника, может осуществляться посредством трехпроводной цепи.

В трехфазной трехпроводной системе начала фаз источника А, В, С соединяются с помощью трех проводов линии электропередачи с началами фаз a, b, c трехфазного приемника. Нейтраль источника N и нейтраль приемника n при этом между собой непосредственно не соединены.

Векторные диаграммы для токов и напряжений (а - симметричная, б - несимметричная нагрузки)

17.Четырехпроводная трехфазная система передачи электрической энергии. Несимметричная нагрузка. Роль нулевого провода. Векторные диаграммы напряжений и токов в случае симметричной и несимметричной нагрузки.

Четырехпроводная трехфазная система передачи электрической энергии.

Трехфазной называется цепь переменного тока, состоящая из источника трехфазной симметричной системы э.д.с., трехфазной, двухфазной или однофазной нагрузки и соединяющих их проводов. При присоединении фаз источника энергии и приемника звездой ( условное обозначение Y ) все концы фазных обмоток генератора соединяют в общий узел О ( рис. 1 ); такой же узел О образуется соединение трех фаз Z_a, Z_b, Z_c приемника, а три обратных провода фаз системы объединяют в один общий нейтральный или нулевой провод О-О. Остальные три провода, соединяющие генератор с приемниками, называют линейными.

Рисунок 1

Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, сопротивления проводов можно не учитывать (Z_Л = 0, Z_N = 0). Тогда фазные напряжения приемника U_a, U_b и U_c будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии, т.е. U_a = U_A; U_b = U_B; U_c = U_C. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Z_a = Z_b = Z _c, то токи в каждой фазе можно определить по формулам:

İ_a = Ú_a / Z_a;

İ_b = Ú_b / Z_b;

İ _c = Ú _c / Z _c.

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе:

İ_N = İ_a + İ_b + İ_c = İ_A + İ_B + İ_C.

Н есимметричная нагрузка.

Несимметричной называется трехфазная нагрузка, комплексные сопротивления фаз которой неодинаковы. На практике такая нагрузка часто встречается при подключении различных однофазных потребителей электроэнергии к трехфазной цепи, при этом каждый однофазный потребитель является фазой трехфазной нагрузки. Фазы нагрузки часто соединяются в звезду, нейтраль которой соединяется с нейтралью генератора. 

Роль нулевого провода.

Ток в нейтральном или нулевом проводе I_o считают обратным и направляют его от нагрузки к генератору( рис.1). Напряжения на фазах нагрузки U_ф равны напряжениям на фазах генератора, т.е. . Так как нулевой провод выравнивает потенциалы нейтральных точек О нагрузки и генератора, то, следовательно, этот провод выравнивает фазные напряжения U_A=U_B=U_C=U_O . Нейтральный провод через определенные расстояния соединяют с заземляющими контурами, поэтому его потенциал равен нулю и его называют также нулевым проводом.

Векторные диаграммы напряжений и токов в случае симметричной и несимметричной нагрузки.

18. Трёхфазная электрическая цепь с соединением фаз электроприемника по схеме треугольник. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами. Векторные диаграммы для напряжений и токов. Схема с несимметричной нагрузкой.

Трёхфазная электрическая цепь с соединением фаз электроприемника по схеме треугольник.

При соединении источника питания треугольником конец X одной фазы соединяется с началом В второй фазы, конец Y второй фазы – с началом С третьей фазы, конец третьей фазы Z – c началом первой фазы А. Начала А, В и С фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам. (условное обозначение ∆ ).

Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами.

Соединение фаз источника в замкнутый треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как Ė_A + Ė_B + Ė_C = 0. Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению: U_Л = U_Ф. В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

İ_ab = Ú_ab / Z_ab;

İ_bс = Ú_bс / Z_bс;

İ_сa= Ú_сa / Z_сa.

Л инейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c:

İ_A = İ_ab - İ_сa;

İ_B = İ_bс - İ_ab;

İ_C = İ_сa - İ_bс.

Сложив левые и правые части системы уравнений, получим: İ_A + İ_B + İ_C = 0.

С помощью векторной диаграммы, показывающей систему трехфазного тока соединенного звездой , легко установить, что соотношение между фазным и линейным напряжениями будет: Uл = 2(Uф sin60^о) = √3 Uф.

Это соотношение справедливо при определенных условиях также в случае отсутствия нейтрального провода, т. е. в трехпроводной цепи.

На основании указанного соотношения можно сделать вывод о том, что соединение звездой следует применять в том случае, когда каждая фаза трехфазного приемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение в √3 раз меньшее, чем номинальное линейное напряжение сети.

Векторные диаграммы для напряжений и токов

На векторной диаграмме фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Линейный ток İ _A отстает по фазе от фазного тока İ _ab на угол 30°, на этот же угол отстает İ_B от İ_bс, İ_C от İ_сa.

Таким образом, при соединении треугольником:

Фазное напряжение U_Ф = U_Л. Фазный ток I_Ф = U_Ф / Z_Ф,

Линейный ток I_Л = √3 I_Ф, Угол сдвига по фазе φ = arctg (X_Ф / R_Ф).

Схема с несимметричной нагрузкой.