Тема 4. Трехфазные цепи

§ 4.1. Особенности трехфазных систем

Трехфазная система – совокупность трех отдельных синусоидальных цепей, объединенных в одну общую систему. Напряжения в такой системе имеют одну и ту же амплитуду и частоту и сдвинуты на 120 между собой.

Трехфазная система может быть прямой и обратной. При прямой системе каждое следующее напряжение отстает по фазе от предыдущего на 120, а в обратной – опережает на 120.

Каждая отдельная цепь – фаза.

При прямом порядке чередования: A, B, C.

В трехфазной системе используются трехфазные синхронные генераторы, которые индуцируют в каждой фазе ЭДС. Эти ЭДС имеют одинаковую амплитуду и частоту и сдвинуты между собой на 120.

Основные достоинства этой системы:

• передача электрической энергии на большие расстояния в трехфазной цепи требует меньше материала на провода;

• с помощью трехфазной цепи осуществляется питание асинхронных двигателей;

• возможность получения разных уровней напряжения в цепи переменного тока;

• генераторы для получения трехфазной системы ЭДС являются наиболее экономичными.

§ 4.2. Получение трехфазной системы эдс (самостоятельно)

Трехфазная система ЭДС создается трехфазными генераторами. В неподвижной части генератора (статоре) размещают три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120. Это фазные обмотки, или фазы, которые обозначают A, B, C.

Концы обмоток – X, Y, Z. Начало обмоток – A, B, C.

У реальных генераторов каждая обмотка имеет множество витков, расположенных в нескольких соседних пазах, занимающих некоторую дугу внутренней окружности статора. На роторе располагают обмотку возбуждения, которая создает магнитный поток , постоянный относительно ротора, но вращающийся вместе с ним с частотой n.

в воздушном зазоре между ротором и статором распределяется по синусоидальному закону по окружности. Поэтому при вращении ротора, вращающийся вместе с ним , пересекает проводники обмоток статора (A–X, B-Y и C-Z) и индуцирует в них синусоидальные ЭДС. В момент времени, которому соответствует изображение на рисунке взаимное положение ротора и статора, в обмотке фазы A индуцируется максимальная ЭДС , так как плоскость этой обмотки совпадает с осевой линией полюсов ротора, и проводники пересекаются потоком максимальной плотности. Через промежуток времени , соответствующий оборота ротора, осевая линия его полюсов совпадает с плоскостью обмотки фазы B, и максимальная ЭДС индуцируется на фазе B. Еще через – на фазе C. Затем процесс повторяется.

Таким образом, ЭДС в каждой последующей фазе будет отставать на периода от предыдущей, то есть на . Если принять, что для фазы A начальная фаза равна 0, то ЭДС фазы A:

,

а ЭДС фаз B и C:

Изменение мгновенных значений трехфазной системы ЭДС

Векторы трехфазной системы ЭДС при прямом а) и обратном б) чередовании фаз

Максимальные значения всех ЭДС и их частоты будут одинаковы, так как число витков фазных обмоток одинаково, и число ЭДС индуцируется одним потоком .

При равных амплитудах действующие значения ЭДС всех фаз равны. При сдвиге двух фаз на они образуют симметричную систему.

Если вектор ЭДС отстает от вектора ЭДС по фазе против часовой стрелки и т.д., то – прямое чередование фаз. Если за вектором ЭДС сначала идет , а затем , то – обратное.