3. Трёхфазные электрические цепи
3.1. Преимущество трёхфазного тока. Принцип получения трёхфазной эдс
В современной электроэнергетике наибольшее распространение получили трёхфазные цепи. Они обладают рядом преимуществ перед однофазными цепями переменного тока. Среди преимуществ можно отметить экономичность производства и передачи электрической энергии. По сравнению с однофазными электрическими машинами мощность трёхфазных машин повышается в 1,5 раза при одинаковых габаритах. При этом возможно простое получение вращающегося магнитного поля, необходимого для 3-х фазного асинхронного двигателя, самого распространенного из двигателей переменного тока, а также получение в одной установке двух эксплуатационных напряжений (фазного и линейного).
На рис.3.1 изображена модель трёхфазного генератора, с помощью которой можно пояснить принцип получения трёхфазной ЭДС.
На
неподвижном статоре генератора
размещаются три одинаковые и сдвинутые
друг относительно друга на угол
по
магнитным осям обмотки, которые называются
фазными обмотками генератора.
Начала
обмоток обозначены буквами A,B,C,
концы - X,Y,Z.
ЭДС в неподвижных витках обмоток статора
индуктируются в результате пересечения
этих витков магнитным полем, возбуждаемым
током вращающегося ротора (ротор с
обмоткой условно изображен в виде
постоянного магнита с полюсами N
и S).
Расположенная на роторе обмотка возбуждения питается от источника постоянного напряжения.
Рис.3.1. Модель трёхфазного генератора
При
вращении ротора с равномерной угловой
скоростью
,
в обмотках фаз статора индуктируются
периодически изменяющиеся синусоидальные
ЭДС
,
,
одинаковой частоты. Мгновенные ЭДС
индуктивных
элементов
сдвинуты по фазе на угол
.
За условное положительное направление
ЭДС в каждой фазе принимается направление
от конца к началу (рис.3.2).
Рис.3.2. Направления мгновенных ЭДС обмоток статора трёхфазной цепи
Совокупность
ЭДС, напряжений и токов трёхфазной цепи
называется трёхфазной системой. При
сдвиге фаз между ЭДС, напряжениями и
токами на угол
и
равенстве их амплитудных значений
трёхфазная система называется
симметричной. Симметричная трехфазная
система может изображаться
тригонометрическими функциями, графиками,
векторами.
Если
принять, что мгновенная ЭДС фазы A
в нулевой момент времени равна
,
то
мгновенные ЭДС в фазах индуктивных
элементов
В
и С
будут
определяться тригонометрическими
функциями
и
.
Мгновенные
значения ЭДС трёхфазного генератора
графически выразятся в виде трёх
синусоид, сдвинутых друг относительно
друга по фазе на угол
(рис.3.3).
Рис.3.3. Мгновенные значения ЭДС трёхфазного генератора
При
симметричной нагрузке геометрическая
сумма трёх симметричных ЭДС фаз равна
0.
или
.
Векторная диаграмма значений ЭДС
симметричного трехфазного генератора
представлена на рис.3.4.
Рис.3.4. Векторная диаграмма значений ЭДС симметричного трехфазного генератора
Частота вращения ротора синхронного генератора равна частоте вращения поля статора и сохраняется постоянной, независимо от нагрузки. Частота ЭДС генератора f зависит от числа пар полюсов ротора p и частоты его вращения n, то есть f = pn, при f = 50 Гц, p = 1, n = 50 об/c = 3000 об/мин. В качестве первичных двигателей вращения генераторов используют дизели или турбины.