Трёхфазные цепи Трёхфазная система эдс

Трёхфазная электрическая цепь может быть представлена как совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутых относительно друг друга на одну треть периода, т.е. на .

Принцип получения трёхфазной системы ЭДС показан на рис. 1.

Рис. 1. Принцип получения трёхфазной системы ЭДС

В равномерном магнитном поле с постоянной угловой скоростью ω вращаются три одинаковых, жестко скрепленных друг с другом, катушки. Плоскости катушек смещены в пространстве на 120° одна относительно другой. В каждой из катушек наводится синусоидальная ЭДС одинаковой амплитуды, но по фазе они сдвинуты на 120°.

Рис. 2. Несвязная трёхфазная цепь.

Если каждую катушку соединить с нагрузкой, то получим схему несвязанной трёхфазной цепи, показанную на рис. 2.

Часть трёхфазной цепи, по которой протекает одинаковый ток, называют фазой. На рис. 2 фазы А, В, С изображены под углом 120°, для того что бы подчеркнуть, что ЭДС Е́_А, Е́_В, Е́_Ссдвинуты одна относительно другой на 120°.

При равенстве амплитуд ЭДС и одинаковых сопротивлениях нагрузки токи Í_A,Í_B,Í_Cтак же равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, т. е. на 120°, образуя симметричную систему.

График мгновенных значений ЭДС, наводимых в катушках схемы рис. 2, показан на рис. 3, векторная диаграмма ЭДС на рис. 4.

Рис. 3. График мгновенных значений ЭДС е_А, е_B, е_C

Рис. 4. Векторная диаграмма ЭДС

Мгновенные ЭДС, показанные на рис. 4, выражаются аналитически следующим образом:

е_А=Е_msinωt

е_B=Е_msin(ωt-) (1)

е_C=Е_msin(ωt+)

Для осуществления трехфазной системы по схеме рис. 2 нужно шесть проводов, что очень неэкономно.

Сумма токов Í_A+Í_B+Í_C при равенстве амплитуд ЭДС и одинаковых сопротивлениях нагрузки равна нулю в любой момент времени

Í_A+Í_B+Í_C=0 (2)

Поэтому если три провода, по которым токи возвращаются к источникам объединить в один провод, то ток в этом проводе будет равен нулю. Получится связанная трёхфазная цепь.

Создание связанной трёхфазной цепи переменного тока явилось важным событием в истории электротехники.

Связанная трёхфазная цепь показана на рис. 5.

Рис. 5. Связанная трёхфазная цепь

Данная схема по сравнению с схемой рис. 2 позволяет экономить два провода.

Впервые связанную трёхфазную цепь переменного тока в 1889 г. осуществил выдающийся русский инженер и учёный Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862-1919 гг.). Им были разработаны основные звенья генерирования, передачи, распределения и преобразования электроэнергии трёхфазного тока; а именно: трёхфазный синхронный генератор, трёхфазный трансформатор, трёхфазный асинхронный двигатель. Изобретение М.О. Доливо-Добровольским трёхфазного асинхронного двигателя, являющегося самым дешёвым и простейшим двигателем переменного тока, существенно способствовало широкому промышленному внедрению трёхфазного тока.

Аналогичным путём можно получить двух-, четырёх-, и вообще n-фазную систему ЭДС. Но наибольшее практическое применение получила трёхфазная система.

Последовательность прохождения ЭДС через одинаковые значения (например через ноль) называют последовательностью фаз. Так на рис. 3 через ноль проходит сначала е_А, затем е_В, и лишь потом_­е_С. Последовательность фаз будет – А, В, С.