Тема 3. Електричні кола трифазного змінного струму (Лекція 6/7)

3.1. Трифазні електричні кола

В сучасних умовах для промислових потреб виробляється, передається і розподіляється енергія багатофазної системи синусоїдних струмів.

Багатофазною електричною системою називають сукупність декількох електричних кіл, в яких діють періодичні ЕРС однієї частоти та однакової напруги, створені спільним джерелом електричної енергії і зсунуті між собою за фазою. Найбільше розповсюдження серед багатофазних електричних систем у промисловості отримала трифазна система, де джерелом електричної енергії є трифазний синхронний генератор. На практиці її використовують для живлення як трифазних, так і однофазних споживачів. Якщо ж повернутися до моделі пристрою отримання однофазного змінного струму, яку було розглянуто вище (рис. 2.3), то для отримання трифазного струму потрібно було б на одній осі пристрою розташувати три електрично незв’язані між собою рамки, площини яких зсунуті у просторі одна відносно одної за колом обертання.

Окремі електричні кола, які входять до складу такої системи називають фазами. На електричних схемах їх позначають великими буквами латинського алфавіту, наприклад для трифазної системи: А, В, С. На розподільчих пунктах шини трифазної системи виділяють відповідним кольором: фаза А – жовтим, В – зеленим, С – червоним.

Багатофазні (трифазні) електричні системи поділяють на симетричні і несиметричні; врівноважені і неврівноважені; зв’язані і незв’язані.

Симетричною багатофазною (трифазною) системою ЕРС (струмів) називають електричну систему, в якій генераторні ЕРС (струми) всіх фаз однакові між собою по величині і зсунуті за фазою одна відносно іншої на однаковий кут .

,

де m – кількість фаз у багатофазній системі.

З рівняння випливає, що в трифазній симетричній системі, де m = 3, фазні ЕРС (рис. 3.1) зсунуті між собою на  = 2/3 (тобто на 120) і їх миттєві значення можна записати так:

;

;

.

Рис. 3.1. Електрорушійні сили трифазної симетричної системи

При цьому комплекси діючих значень цих ЕРС будуть:

;

;

.

Якщо система не відповідає вказаним вище умовам, то її називають несиметричною.

Врівноваженою трифазною називають систему, в якій діє симетрична система генераторних ЕРС та у якої комплекси опорів навантаження фаз однакові – Z_а = Z_в = Z_с. За цих умов миттєва потужність такої системи не змінюється у часі і є величиною сталою. Це є визначальною перевагою трифазних систем у порівнянні з однофазними. Якщо система не відповідає вказаним умовам то її називають неврівноваженою.

Систему, у якій фази електрично не зв’язані між собою, називають незв’язаною. Якщо окремі фази джерела зв’язані між собою в електричному відношенні і з’єднані з зв’язаними фазами споживача, то таку систему називають зв’язаною.

Зазначимо, що у силовій електроенергетиці використовують тільки зв’язані системи, де фази джерела і фази споживача з’єднують у зірку Y або у трикутник . При цьому, схема з’єднання фаз джерела (обмоток генератора) не залежить від схеми з’єднання опорів споживача і навпаки. Всього, комбінацій з’єднання фаз джерела і споживача може бути п’ять: –; –Y; Y–; Y–Y; Y–0–Y. Остання із схем з’єднання фаз джерела і споживача – зірка-зірка з нейтральним (нульовим) проводом, є чотирипровідною схемою, решта – трипровідні схеми.