Лекция 3. Трехфазные цепи

4

Лекция 3. Трехфазные цепи

1. Принцип получения трехфазной э.д.с.

Вся электроэнергия вырабатывается на электростанциях трехфазными генераторами, передается к местам потребления по трехфазным линиям и основная ее доля используется в трехфазных приемниках.

Преимущества трехфазных электрических цепей по сравнению с однофазными:

– возможность получения вращающегося магнитного поля и возможность применения наиболее простых, надежных и дешевых асинхронных двигателей;

– меньший расход проводниковых материалов на сооружение линий электропередач и электрических сетей;

– лучшие экономические показатели трехфазных генераторов и трансформаторов;

– возможность подключения к трехфазному источнику или трехфазной цепи потребителей, рассчитанных на два различных по уровню напряжения.

Помимо трехфазной, практическое значение имеет шестифазная система, которая применяется в устройствах выпрямления переменного тока. И двухфазная в устройствах автоматики и телемеханики.

Трехфазной электрической цепью или трехфазной системой цепей называют такую систему, в которой действуют три синусоидальные э.д.с., одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутые друг относительно друга по фазе на угол (или 120°) и создаваемые общим источником энергии.

 Большой вклад в разработку трехфазных систем внес выдающийся русский ученый-электротехник М.О.Доливо-Добровольский, создавший трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, предложивший трех- и четырехпроводные цепи, в связи с чем по праву считающийся основоположником трехфазных систем.

Трехфазный синхронный генератор состоит из неподвижной части статора и подвижной части – ротора. Статор представляет собой пустотелый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. На внутренней поверхности цилиндра выштампованы канавки – пазы. В пазы статора укладываются три одинаковых обмотки, оси которых смещены относительно друг друга на треть окружности статора, т.е. на 120º.

Ротор представляет собой электромагнит, обмотка которого питается постоянным током. Этот ток называется током возбуждения. Постоянный ток возбуждения подводится к обмоткам электромагнитов через два изолированных друг от друга и от вала машины кольца и через щетки, скользящие по кольцам. Если ротор генератора двухполюсный, то оси фазных обмоток генератора повернуты в пространстве относительно друг друга на угол .

На рис. 1 каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С. Концы - прописными x,y,z. ЭДС в неподвижных обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, создаваемым током обмотки возбуждения вращающегося ротора (на рис. 1 ротор условно изображен в виде постоянного магнита, что используется на практике при относительно небольших мощностях). При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на  рад. (рис. 2).

Если ротор генератора многополюсный, то каждой паре его полюсов соответствуют на статоре три изолированных друг от друга катушки трехфазных обмоток. Фазы трехфазного генератора принято обозначать первыми буквами латинского алфавита: А, В, С.

Последовательность обозначения фаз генератора, т.е. чередования фаз, определяется последовательностью изменений во времени фазных э.д.с, т.е. она не может быть случайной. Обозначения выбираются так, чтобы э.д.с. фазы А достигала максимального значения на одну треть периода раньше, чем э.д.с. фазы В и на 2/3 периода раньше, чем э.д.с. фазы С. Такая последовательность чередования фаз называется нормальной или прямой. Соблюдение последовательности фаз (фазировка) играет важную роль, т.к. от нее зависит направление вращения трехфазных двигателей.

Векторная диаграмма временная диаграмма

Показан график мгновенных значений фазных э.д.с. и три вектора соответствующих им комплексных значений.

Из временной диаграммы видно: при прямой последовательности чередования фаз мгновенные значения э.д.с. трех фазных обмоток равны:

Здесь с нулевой начальной фазой выбрана э.д.с. фазы А.

Из временной диаграммы видно: сумма трех векторов комплексных значений э.д.с. =0. => алгебраическая сумма комплексных значений фазных э.д.с. и алгебраическая сумма мгновенных значений фазных э.д.с. генератора равны0:

3. Соединение фаз источника и приемника звездой и треугольником

Можно фазные обмотки трехфазного генератора соединить с тремя приемниками энергии шестью проводами и получить три независимые фазные цепи. Но такая система, которая называется необъединенной трехфазной системой, практически не применяется.

Для получения трехфазной системы необходимо определенным образом соединить фазы источника и фазы приемника. Возможны два основных способа соединения в трехфазной системе – соединение фаз источника энергии и приемника звездой и треугольником.