3. Трехфазные цепи.

3.1. Основные понятия и определения.

Совокупность электрических цепей, в которых одним источником энергии создаются три синусоидальные электродвижущие силы одинаковой частоты и амплитуды, векторы которых сдвинуты относительно друг друга на угол 120⁰, называется трехфазной системой или трехфазной цепью.

Каждая из линий, входящая в трехфазную систему, называется фазой. Фазы обозначаются начальными буквами латинского алфавита А, В, С. Такими же буквами обозначаются начала фаз источника энергии; концы фаз обозначаются буквами X, Y, Z.

За положительное направление ЭДС в каждой фазе принято направление от конца фазы к ее началу.

Если ЭДС в фазе А изменяется по закону

еА = Еmsinωt,

(3.1)

то ЭДС в фазах В и С будут соответственно

,

(3.2)

а для комплексных значений ЭДС получим

.

(3.3)

В соответствии с 3.1 – 3.3 ЭДС можно изобразить графически или тремя векторами.

Рис. 3.1. Изображение ЭДС трехфазной системы в декартовых координатах (а) и вращающимися векторами на комплексной плоскости

При построении векторных диаграмм для удобства построения комплексную плоскость поворачивают на угол π/2 в направлении противоположном движению часовой стрелки, а вектор ЭДС фазы А совмещают с положительным направлением оси действительных величин +1.

Из рис. 3.1а видно, что сумма мгновенных значений ЭДС равна нулю, т.е.

,

(3.4)

а из 3.1б – что сумма комплексов ЭДС равна нулю

(3.5)

Система ЭДС, в которой ЭДС фазы В отстает по фазе от ЭДС фазы А, а ЭДС фазы С – от ЭДС фазы В, называется системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора, то последовательность фаз изменится, и будет называться обратной. Последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных асинхронных двигателей. Последовательность фаз можно определить с помощью специального прибора – фазоуказателя.

Фазы генератора соединяют звездой (рис 3.2).

Звезда – это такое соединение, при котором концы фаз X, Y, Z соединяются в один узел, который называется нейтральной или нулевой точкой, обозначается N, а начала фаз А, В, С соединяются с приемником. Нейтральная точка N может соединяться с нейтральной точкой n приемника.

Трехфазная цепь содержит все элементы присущие однофазной: источник энергии, соединительные провода, аппараты защиты, контроля и коммутации и трехфазные приемники. В химической промышленности наиболее распространенными трехфазными приемниками являются синхронные и синхронные двигатели, электрические печи, выпрямители.

Начала фаз приемника обозначаются буквами а, в, с, а концы x, y, z.

Фазы приемника могут соединяться звездой и треугольником.

Треугольник это такое соединение, при котором конец предыдущей фазы соединяется с началом последующей (рис. 3.3).

Одним из достоинств трехфазных систем является наличие двух рабочих напряжений.

Напряжение между началом и концом одной и той же фазы называется фазным. За положительное направление фазного напряжения принято направление от начала фазы к ее концу.

Напряжение между началами двух фаз называется линейным. За положительное направление линейного напряжения принято напряжение от начала предыдущей фазы к началу последующей, например от а к в.

Провода, соединяющие начала фаз трехфазного источника энергии с началами фаз приемника, называются линейными, в них протекает линейный ток.

Провод, соединяющий нейтральные точки источника и приемника, называется нейтральным или нулевым.

Токи, протекающие в фазах приемника, называются фазными.