5.1. Получение трехфазной э.Д.С.

Трехфазную систему получают при помощи трехфазных синхронных генераторов, которые состоят их двух основных частей: ротора и статора. Ротор представляет собой вращающийся электромагнит, который приводится во вращение паровой или водяной турбиной. Статор – неподвижная часть генератора, имеет три обмотки, расположенных под углом 120°, которые называются фазами генератора. Начала обмоток (рис 3.1) обозначаются буквами А,В,С, а концы – X,Y,Z.

Для момента времени t=0 мгновенные значения э.д.с. обмоток:

Если представить каждую э.д.с вектором, то получим систему трех векторов, расположенных друг относительно друга под углами 120° (рис. 3.2).

Если сложить эти три вектора то можно сделать вывод, что сумма мгновенных значений э.д.с. тоже будет равна нулю:

Рис. 5.1. Соединение фаз

генератора в звезду

Рис. 5.2. Трехфазная симметричная система э.д.с.

На рис. 3.1 концы фаз генератора x,y,z объединены в одну точку, которая называется нулевой, или нейтральной, точкой. Такое соединение называется соединение звездой. Если соединить зажимы фаз генератора, как показано на рис. 3.3, т.е. начало одной фазы с концом другой, то получится соединение треугольником. При отклонении формы э.д.с. от синусоидальной, а также при разной величине э.д.с. фаз по обмоткам генератора могут протекать уравнительные токи, которые нагревают обмотки и снижают к.п.д. генератора. Поэтому обмотки генераторов всегда соединяют в звезду.

Рис. 5.3. Соединение фаз генератора треугольником

5.2. Четырехпроводная трехфазная цепь

Четырехпроводная трехфазная цепь широко применяется для электроснабжения промышленных предприятий, фабрик, заводов, жилых домов.

Провода, соединяющие фазы генератора и приемника, называются линейными (провода А-А, В-В, С-С). Точка О – нулевая (нейтральная) точка генератора, соответственно точка О´– нулевая (нейтральная) точка приемника, потребителя. Провод, соединяющий точки О -О´, называется нулевым, или нейтральным.

Напряжение между началом и концом фазы называется фазным напряжением (U_A, U_B, U_C). Ток, протекающий по фазе, называется фазным током (I_A ,I_B, I_C). Напряжение между двумя любыми линейными проводами называется линейным напряжением (U_AB, U_BC, U_CA).

Ток, протекающий по линейному проводу, называют линейным (I_A ,I_B, I_C). Как видно из схемы рис. 3.4, если потребители соединены в звезду с нулевым проводом, то фазный ток равен линейному току (I_Ф=I_Л), а напряжения отличаются в раз (U_Л= U_Ф). В данной схеме могут быть два напряжения, отличающиеся в раз, поэтому ГОСТ установил следующие номинальные напряжения приемников переменного тока – 127, 220, 380, 660 В, соответственно применяется три системы 220/127, 380/220 и 660/380.

Линейные напряжения равны разности фазных напряжений:

,

,

.

5.2.1. Симметричный режим работы четырехпроводной трехфазной цепи

Если три фазы потребителя имеют одинаковые сопротивления Z_A=Z_B=Z_C, то в этом случае наступает симметричный режим работы цепи, который является основным рабочим режимом. В качестве примера симметричной нагрузки можно назвать трехфазные трансформаторы, трехфазные асинхронные двигатели.

Токи в фазах равны и определяются по закону Ома:

.

Углы сдвига по фазе определяются отдельно для каждой фазы:

Ток в нейтральном проводе в данном случае будет равен нулю:

Напряжение между нейтралями генератора и приемника также равно

Где – фазные напряжения; – проводимость трехфазных и одного нейтрального провода.

Векторная диаграмма для случая симметричной нагрузки строится следующим образом (рис. 3.5).

Рис. 5.5. Векторная диаграмма для режима симметричной нагрузки при соединении потребителей в звезду

Откладываем три вектора фазных напряжений , под углом 120˚ друг относительно друга. Векторы фазных токов отстают от векторов соответствующих напряжений U_A, U_B, U_C на углы (активно-индуктивная нагрузка). Звезда линейных напряжений опережает звезду фазных напряжений на угол 30˚.