3. АНАЛИЗ ТРЁХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

3.1. Общие сведения

Трёхфазная электрическая цепь представляет собой совокуп-

фазе на угол 2π/3 (120°). Такая система трёх ЭДС, равных по величине и сдв нутых по фазе на 120º по отношению друг к другу, называет-

вамиL с ц фровым ндексом 1, 2, 3 или A, B, C (для напряжений выше 1000 В), а ш ны на станциях и подстанциях окрашивать соответствен-

ся симметричной [6].

Каждая з действующих ЭДС находится в своей фазе периодиче-

ского процесса, поэтому часто называется просто фазой. Также фазами называют проводн ки – носители этих ЭДС. Согласно ГОСТ 2.709–89, отдельные фазы трёхфазной цепи принято обозначать латинскими бук-

Источникомбтрёхфазной системы ЭДС является трёхфазный синхронный генератор (см. подр. 8.5). На статоре генератора размещают три индуктивных о мотки, сдвинутые в пространстве на 120°, именно они являются источниками трёх Э С. При вращении ротора,

но: А – в жёлтый, В – зеленый, С – красный цвета.

обмотка возбужденияАкоторого является постоянным электромагнитом, вращающийся вместе с ним магнитный поток пересекает проводники обмоток статора и индуцирует в них синусоидальные ЭДС.

например, максимума или нуля, называютДпоследовательностью фаз. ЭДС фазы А достигает максимального значения на одну треть периода раньше, чем ЭДС фазы В, и на две трети периода раньше, чем ЭДС фазы С. Такая последовательность чередования фаз называется нор-

Последовательность достижения Э С определённых значений,

мальной или прямой.

Трехфазную систему ЭДС (рис. 3.1) можно записать в виде мгновенных или комплексных действующих значений [6]

где Em – амплитудное значение ЭДС фазы; E – действующее значение ЭДС фазы; ω – циклическая частота ЭДС.

73

торый впервые предложилАтрёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ таких трёхфазных

•возможность полученияДкругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы асинхронных двигателей (см. подр. 7.4);

•экономичность и эффективность – меньшаяИметаллоёмкость силовых линий и трёхфазных трансформаторов (см. подр. 6.10) по сравнению с тремя однофазными системами;

•возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений – фазного и линейного, действующие значения которых обычно составляют 230 В и 400 В соответственно (см. подр. 3.2);

•уравновешенность трёхфазной системы, которая обеспечивает равномерную механическую нагрузку на генератор, что значительно увеличивает срок его службы.

На сегодняшний день используются два основных способа соединения в трёхфазной системе – соединение фаз источника трёхфазной системы ЭДС и приёмника звездой и треугольником.

74

Между линейными и фазными напряжениями приёмника при соединении звездой имеется зависимость согласно второму закону Кирхгофа:

75

Уравнениям (3.3), связывающим векторы фазных и линейных напряжений, соответствует векторная диаграмма (рис. 3.3). Такую векторную диаграмму, когда одни векторы электрических величин геометрически связывают другие векторы, называют топографической.

Рис. 3.3. Топографическая векторная диаграмма при соединении

фаз приёмника звездой с нейтральным проводом

76

При обрыве/отсутствии нейтрального провода при несимметричной нагрузке нормальный режим трёхфазной установки нарушается. Фазные токи изменяются и устанавливаются таким образом, чтобы векторная сумма их стала равной нулю. При этом нарушается

При симметричнойАнагрузке напряжение смещения нейтрали UnN равно нулю и трёхфазная цепь не нуждается в нейтральном проводе.

При несимметричной нагрузке в нейтральном проводе ЗАПРЕЩЕНА установка предохранителей или автоматических выключателей, так как при отключении нейтрального проводаИможет возникнуть напряжение смещения нейтрали и так называемый перекос фаз.

На рис. 3.4 приведён пример векторной диаграммы токов и напряжений трёхфазной цепи с активной нагрузкой фазы А, активноёмкостной нагрузкой фаз В и С. Вследствие асимметрии появляется

вектор напряжения смещения нейтрали UnN . Однако линейные и фазные напряжения генератора, определяемые его ЭДС, остались неизменными. Поэтому векторы фазных напряжений нагрузки U А, U B , UC приходят в те же точки, что и векторы фазных напряжений генератора Ua , Ub , Uc . Относительно векторов U А, U B , UC строят векторы токов IА, IB , IC с учётом фазового угла нагрузки φ.

78