Трифазний струм. ( №6)

1. Отримання трифазного струму.

Трифазна система змінного струму отримала широке розповсюдження у всьому світі так як система, що забезпечує найбільш вигідну систему передачі енергії дозволяє ство-

рити надійні в роботі та прості в будові електродвигуни, генератори і трансформатори.

Трифазною системою електричних кіл називається система, що створена із трьох електричних кіл змінного струму однієї частоти, з системою трьох Е.Р.С., які зсунуті по фазі на періоду. Якщо при цьому амплітуди Е.Р.С. рівні між собою, то систему Е.Р.С. названо симетричною.

Кожне окреме коло трифазної системи скорочено названо фазою.

мал.1 мал.2

На мал.1 схематично показано пристрій найпростішого генератора трифазного стру-

му. Між полюсами NS електромагніту розміщено стальний циліндр – ротор, на поверхні якого закріплено три обмотки (котушки), зсунуті в просторі одна відносно одної по ко-

лу циліндра на кут °, форма полюсів електромагніту вибрана такою, що магнітна індукція на поверхні циліндру змінюється вздовж кола циліндра по синусоїді

При обертанні ротора з постійною швидкістю в котушках будуть наводитись Е.Р.С. з однією і тією ж частотою, що мають однакові амплітуди. За один оберт ротора Е.Р.С. в кожній котушці пройде повний цикл зміни, тобто поворот ротора на 360° відповідає періоду Т зміни Е.Р.С. Так як обмотки зсунуті в просторі на кут 120°, то Е.Р.С. будуть зсунуті по фазі одна відносно одної на періоду.

Прийнявши за відрахунок часу момент, в якій Е.Р.С. першої фази проходить через своє нульове значення (мал.2), можна виразити його рівнянням: . Електрорухома сила другої фази генератора, що відстає від Е.Р.С. першої фази на пе-

ріоду: так як

Електрорухома сила третьої фази, що відстає від Е.Р.С. другої фази на періоду:

.

На малюнках 2 та 3 представлено графіки цих Е.Р.С та векторну

мал.3 діаграму.

120° 120° Домовимося називати затискачі обмоток А,В,С початками, а затис-

120° качі X,Y,Z – кінцями фаз і рахуємо напрямки Е.Р.С. в обмотці гене- ратора від кінця фази до початку за позитивне. Векторна діаграма Е.Р.С. трифазного генератора. 1

Кожна з обмоток трифазного генератора може бути самостійним джерелом енергії і може замикатись на свій приймач енергії. В даному випадку отримується незв’язана трифазна система, яка потребує для передачі енергії шість провідників. На практиці такі системи не застосовуються. Зазвичай обмотки трифазного генератора з’єднуються зіркою або трикутником.

2. З`єднання обмоток генератора «зіркою».

При з`єднанні обмоток генератора зіркою, кінці обмоток X,Y,Z з’єднуються в одну точку, яку називають нульовою або нейтраллю генератора.(мал.4)

А лінійний провідник А

Н

Мал.4

ульова

т очка

нульовий провідник

Х Y О

Z

С В лінійний провідник В

лінійний провідник С

Генератор з’єднується з приймачами чотирма провідниками. Троє із них з`єднано із початками обмоток (А,В,С), названо лінійними провідниками. Провід, приєднаний до нульової точки , названо нульовим або нейтральним провідником.

Напруга між початками і кінцями фаза або,що те саме, напруга між кожним із лінійних проводів і нульовим названо фазною напругою і позначають

загальному вигляді . При відсутності спаду напруг в обмотках генератора фазні напруги рівні Е.Р.С. в обмотках генератора.

Напруга між початками обмоток або, що те саме, між лінійними проводами називають лінійною напругою і позначають або в загальному випадку .

Встановимо відношення між лінійними і фазними напругами при з`єднанні обмоток генератора зіркою. Так як кінець першої фази Х з`єднано не з початком другої фази, а з кінцем її Y, що аналогічне зустрічному з`єднанню двох джерел Е.Р.С. при постійному струмі, то миттєве значення лінійної напруги між проводами А та В буде рівне різниці відповідних фазних напруг, тобто: аналогічно миттєве значення інших лінійних напруг: .

Так як змінюються за синусоїдальним законом і мають однакову частоту, то лінійна напруга будуть змінюватись синусоїдально, причому діюче значення лінійних напруг буде визначатись із векторного співвідношення: .

При визначенні величини і фаз лінійних напруг розглянемо векторну діаграму (мал.5).

Фазні напруги зсунуті одна відносно одної на 120°. Для визначення вектора лінійної напруги із вектора напруги віднімається вектор (або, те ж саме, до вектора додається вектор - ).

Аналогічно вектор лінійної напруги отримується із різниці векторів напругою і вектор лінійної напруги як різниця векторів .

Опускаючи перпендикуляр із кінця довільно взятого вектора фазної напруги, наприклад , на вектор лінійної напруги , отримаємо прямокутний трикутник ОНМ із якого слідує, що:

2

звідси . Із векторної діаграми (мал.5) та останньої формули слідує, що діюче значення лінійної напруги в раз більше діючого

- значення фазної напруги і що лінійна напру-

га на 30° випереджає фазну напругу ;

Мал.5 на такий же кут лінійна напруга виперед-

жає фазну напругу і напруга фазну

напругу .

Суміжні лінійні напруги зсунуті одна від-

носно одної на такі ж кути (120°), як і суміж-

0 H ні фазні напруги. Зірка векторів лінійних

30° - напруг повернута в позитивну сторону віднос

30° но зірки векторів фазних напруг на кут 30°.

M Необхідно звернути увагу на те, що отрима

ні співвідношення між лінійними та фазними

напругами має місце тільки при симетричній

- системі фазних напруг.

3. З`єднання обмоток генератора «трикутником».

При з`єднанні обмоток трифазного генератора трикутником ( мал.6 ) кінець першої обмотки Х з’єднується із початком другої обмотки Y з’єднується з початком третьої обмотки С і кінець третьої обмотки Z – з початком першої А. Три лінійних провідника, що йдуть до приймачів енергії, приєднуються до початків фаз А,В і С.

При такому з`єднанні обмоток фазні напруги рівні лінійним, тобто: ;

; . При з`єднанні трикутником три фази генератора утворюють замкнутий контур з досить малими опорами. Таке співпадіння можливе тільки тоді, коли сума Е.Р.С. діючих в цьому контурі, буде рівна нулю, так як у супротивному випад

ку в контурі навіть при відсутності навантаження виникає значний струм, що може викликати перенагрівання генератора.

Сума трьох симетричних Е.Р.С. рівна нулю. На мал.7 показано три вектора Е.Р.С.

A

М ал.6

Z A

C X

Y B B мал.7

С

3

Складаючи та отримаємо вектор, який рівний протилежному вектору , тобто:

, а сума трьох векторів Е.Р.С.: .

Небезпечно не вірне підключення обмоток генератора трикутником, коли, наприклад, кінець першої фази Х з`єднано з початком другої фази В, проте кінець другої фази Y з`єднано не з початком третьої фази С, а з її кінцем Z,а початок третьої фази С з`єднано з початком першої фази А.

Так як в цьому випадку Е.Р.С. віднімається від суми та , то результуюча Е.Р.С. в обмотці: .

Таким чином, при не вірному підключенні трикутником сума Е.Р.С. в обмотці за абсолютною величиною рівна подвоєному значенню фазної Е.Р.С., що при малих опорах обмоток генератора рівносильне короткому замиканню.