19.2 Симетричні та несиметричні трифазні системи. Одержання трифазної системи

Багатофазні системи поділяються на:

1 Симетричні і несиметричні:

Симетричною багатофазною системою ЕРС (або струмів) називається багатофазна система, у якій ЕРС (або струми) всіх фаз рівні по величині і зрушені по фазі одна відносно другої на однаковий кут

α = 2p / m,

де m – число фаз.

Якщо багатофазна система ЕРС (або струмів) не відповідає зазначеним умовам, то вона називається несиметричною.

В даний час з багатофазних систем найбільш широке застосування отримала симетрична трифазна система (трифазний струм). Трифазний симетричний генератор має три обмотки (фази), зрушені в просторі одна відносно другої на 120° (рис.19.1).

Рисунок 19.1 - Трифазний симетричний генератор, векторна та хвильові діаграми ЕРС цього генератора

Процес одержання трифазного змінного струму аналогічний однофазному змінному струму. Тобто є генератор, який складається з ротора (рухома частина) і статора (нерухома частина). На обмотку статора подається струм збудження, який створює магнітне поле. Так як ротор обертається виникаюче магнітне поле буде обертовим (тобто змінним). Це обертове магнітне поле перетинає три обмотки ротора, які зрушенні в просторі одна відносно другої на кут 120°, і наведе в них змінні ЕРС, зрушені одна відносно другої на 120°. Полюса статора і пази ротора мають спеціальну конфігурацію, щоб наведені ЕРС в обмотках ротора змінювалися за законом синусу. Початки обмоток джерел електроенергії позначаються великими буквами А, В та С відповідно фазі. Кінці - Х (для фази А), Y (для фази В) та Z (для фази С). За додатний напрямок ЕРС в обмотках генератора приймають напрямок від кінця обмоток до їх початку, а за умовно додатний напрям векторів напруги кожної фази джерела - напрям від початку фази до її кінця. На схемах початок обмоток позначають однаковим знаком (точкою, зіркою тощо). Напрям фазних струмів збігається з напрямом ЕРС кожної фази. Якщо за початок відліку часу прийняти момент, коли ЕРС фази А проходить через нульове значення, то ЕРС, які індуковані у фазах А, В та С, будуть відповідно рівні:

де e_А, e_В і е_C - миттєві значення ЕРС окремих фаз, В

Е_m - амплітуда фазних ЕРС, В

w - кутова частота, с^-1

t - час, с

Побудуємо векторну та хвильові діаграми симетричної трифазної системи (рис.19.1). Виразимо діючі значення фазних ЕРС у символічній формі, при цьому вектор ЕРС фази А Е_A направимо за дійсною віссю, тоді:

де Е_A, E_B, Е_С - ЕРС окремих фаз, В.

При розрахунках трифазних систем часто використовують вертикальний напрям вісі дійсних величин.

2 Врівноважені і неврівноважені:

Врівноваженими багатофазними системами називаються такі системи, миттєва потужність яких не залежить від часу. Неврівноваженими багатофазними системами називаються такі системи, миттєва потужність яких з часом змінюється.

3 Зв'язані і незв'язані:

Якщо до кожної фази генератора приєднаний приймач енергії і ці фази не з'єднані між собою, то така система називається незв'язаною багатофазною системою (рис.19.2).

Таким чином, ми отримуємо 6 виводів обмоток. Якщо до кожного виводу обмоток приєднати приймачі, то потрібно 6 проводів, що не дуже економічно і на практиці не використовується. Якщо ж окремі фази генератора і приймача з'єднані одна з одною і між собою, то така система називається зв'язаною багатофазною системою (рис.19.3).

У зв'язаній трифазній системі фази можуть бути з'єднані зіркою або трикутником, що дозволяє замість 6 проводів використовувати 3 або 4. При цьому приймачі теж з’єднують в трикутник або зірку. Тобто зв’язана трифазна система може бути трьохпровідною або чотирьохпровідною.

Рисунок 19.2 - Незв'язана багатофазна система

Рисунок 19.3 - Зв'язана багатофазна система

В зв’язаній трифазній системі (далі просто трифазній системі) може бути 5 схем сполучення системи джерела та споживача: трипровідні трифазні системи:

1. « Y - Y » - обмотки генератора та навантаження з’єднанні зіркою,

2. « ∆ - Y » - обмотки генератора з’єднанні трикутником, а навантаження - зіркою,

3. « Y - ∆ » - обмотки генератора з’єднанні зіркою, а навантаження - трикутником,

4. « ∆ - ∆ » - обмотки генератора та навантаження з’єднанні трикутником,

5. чотирьохпровідна трифазна система: « Y─Y » - обмотки генератора та навантаження з’єднанні зіркою з нульовим проводом.

На навантаженні початки та кінці фаз позначають маленькими прописними буквами згідно фази: а – х, в – y, c – z