4 Трехфазные электрические цепи

Лекция 4

Цель лекции: Ознакомление с понятием трехфазной системы ЭДС, способами соединения фаз трехфазных источников питания и потребителей, соотношениями между фазными и линейными токами и напряжениями, способами измерения активной мощности системы.

4.1 Трехфазная система

Трехфазная система была изобретена и разработана, включая трехфазные трансформатор и асинхронный двигатель, выдающимся русским инженером М.О.Доливо- Добровольским в 1891 г. Источником трехфазного тока являлся трехфазный генератор, на статоре которого расположены три одинаковые, но смещенные в пространстве одна относительно другой на 120° обмотки: AX, BY, CZ. Обмотки пронизываются силовыми линиями магнитного поля ротора. В простейшем случае он имеет два полюса N и S, индукция магнитного поля которых определяется в зазоре ротором и статором по синусоидальному закону. ЭДС трехфазного генератора обозначают: Ė_A, отстающую от нее на 120° ЭДС – Ė_B, опережающую на 120° – Ė_C. Последовательность прохождения ЭДС через нулевые значения называют последовательностью фаз (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Векторы симметричной системы ЭДС при прямом (а) и обратном (б) чередовании фаз

Трехфазные системы ЭДС делятся на симметричные и несимметричные. Если все три ЭДС равны по величине и сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, то такая система называется симметричной (рисунок 4.1). Если ЭДС неравны по значению или сдвинуты относительно друг друга на угол, не равный 120°, то такая система ЭДС называется несимметричной.

Рисунок 4.2 – Несимметричная система ЭДС

Трехфазной цепью называют совокупность трехфазной системы ЭДС, трехфазной нагрузки и соединительных проводов. Токи, протекающие по отдельным участкам трехфазных цепей, сдвинуты относительно друг друга по фазе. Под фазой трехфазной цепи понимают ее участок, по которому протекает одинаковый ток (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Фазы трехфазной цепи

Начало и концы фазы генератора обозначают большими буквами и называют соответственно фазой А, В и С и Х, Y и Z. Начала и концы фаз потребителя обозначают аналогично фазам генератора, но маленькими буквами («а» и «х» и т. д.).

Существуют различные способы соединения обмоток генератора с нагрузкой, но в целях экономии обмотки трехфазного генератора соединяют по схемам «треугольник» или «звезда». При этом число соединительных проводов уменьшается до трех или четырех.

В случае соединения фаз обмоток генератора «звездой» концы фаз X, Y, Z соединяют в общий узел «О», который называют нейтралью или нейтральной точкой генератора (рисунок 8.4 а). При соединении фаз обмоток генератора «треугольником» в одну точку объединяют соответствующие начала и концы фаз (рисунок 4.4 б):

Рисунок 4.4 – Основные схемы соединения фаз обмоток генератора

На рисунке 4.5 показан способ соединения фаз генератора и приемника по схеме «звезда». Провод, соединяющий нейтральные точки генератора 0 и нулевую точку 0^’ приемника, называют нейтральным проводом, а провода, идущие от концов фаз генератора к приемнику, – линейными проводами.

Напряжения между зажимами фаз генератора (А, В и С), потребителя (а, в и с) и нейтральными точками (0 и 0^’), а также токи в фазах генератора и потребителя называют фазными токами и напряжениями.

Напряжения между линейными проводами и токи в этих проводах – линейными напряжениями и токами.

Рисунок 4.5 – Схема четырехпроводной цепи при соединении фаз

генератора и нагрузки по схеме «звезда»

На рисунке 8.6 показано соединение фаз генератора и нагрузки по схеме «треугольник». Геометрическая сумма ЭДС в замкнутом треугольнике равна нулю, поэтому, если к зажимам А, В, С не присоединена нагрузка, то по обмоткам генератора не будет протекать ток.

Рисунок 4.6 – Схема трехпроводной цепи при соединении фаз

генератора и нагрузки по схеме «треугольник»

Способы соединения генератора и приемника независимы друг от друга в том случае, если нет нейтрального провода.