ПЛАН
Трехфазные генераторы. Соединения обмоток генератора
Соединения приемников энергии
ВОПРОС 1. ТРЕХФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.
СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА
Ранее рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин.
Так, например, при одинаковых габаритах, массе активных материалов (стали и меди) и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для электрификации используется трехфазная система переменного тока.
Трехфазной системой переменного тока или просто трехфазной системой называется цепь или сеть переменного тока, в которой действуют три ЭДС одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на одну треть периода. То есть в простейшем трехфазном генераторе на якоре содержится не одна, а три одинаковые обмотки, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 120º. Такая система трех ЭДС называется симметричной.
Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему, называются фазами.
Рисунок 1. Кривые изменения ЭДС в трехфазной обмотке генератора
При нагрузке генератора на зажимах катушек устанавливаются напряжения, называемые фазными.
Если нагрузка отсутствует (холостой ход), фазные напряжения равны ЭДС, индуктируемым в катушках статора.
Обмотки генератора соединяют между собой в звезду или в треугольник.
При соединении обмоток генератора звездой (рисунок б) концы всех трех фаз соединяют в общую точку О, а к началам подсоединяют провода, отводящие энергию в сеть.
Рисунок 2. Соединение обмоток генератора в звезду
Эти три провода называются линейными, а напряжение между любыми двумя линейными проводами — линейным напряжением Uл.
От общей точки соединения концов (или начал) трех фаз (от нулевой точки звезды) может быть отведен четвертый провод, называемый нулевым.
Напряжение между любым из трех линейных проводов и нулевым проводом равно напряжению между началом и концом одной фазы, фазному напряжению Uф.
Обычно все фазы обмотки генератора выполняются одинаковыми, так что действующие значения ЭДС в фазах равны.
По векторной диаграмме легко установить соотношение между линейным и фазным напряжениями.
Uл =  3Uф или Uф = Uл/ 3;
Iл = Iф.
|
т. е. при соединении обмоток симметричного генератора звездой линейное напряжение в 3 = 1,73 раза больше фазного.
На основании первого закона Кирхгофа ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов в фазах генератора:
 o = А+ В+ С.
|
При соединении обмоток генератора треугольником (рисунок а) начало каждой фазы соединяется с концом другой фазы. Таким образом, три фазы генератора образуют замкнутый контур.
Рисунок 3. Соединение обмоток генератора в треугольник
При соединении обмоток генератора треугольником:
| Uл = Uф;
Iл = 3Iф
|
ВОПРОС 2. СОЕДИНЕНИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ
Итак, трехфазный ток передается четырех или трехпроводной системой переменного тока. Потребители энергии могут быть включены в сеть по схеме «звезда» и по схеме «треугольник».
Приемники энергии, включенные в четырехпроводную систему звездой, одним проводом подсоединены к линейному проводу, а другим — к нулевому.
Рисунок 4. Схемы включения обмоток генератора и потребителей звездой (а) и треугольником (б).
При равномерной нагрузке в нулевом проводе тока не будет и надобность в нем отпадает. Поэтому при симметричной нагрузке нулевой провод может отсутствовать.
Поэтому трехфазные двигатели переменного тока при равномерной нагрузке включаются в сеть звездой без нулевого провода.
При неравномерной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, поэтому он обязателен в четырехпроводной системе, хотя его и выполняют обычно с меньшим, чем линейные провода, поперечным сечением.
Очень ценным свойством четырехпроводной системы является возможность получения двух различных напряжений.
Включив приемники энергии между линейными проводами и нулевым проводом, соединяют их в звезду. Эти приемники окажутся включенными на фазное напряжение.
Другую группу приемников соединим в треугольник так, что они будут включены только между линейными проводами и окажутся под линейным напряжением, большим в 3 раз фазного.
Рисунок 5. Схема включения потребителей электроэнергии в четырехпроводную сеть на фазное и линейное напряжения
Четырехпроводная система широко используется для электроснабжения смешанных осветительио-силовых нагрузок. Осветительные нагрузки включаются на фазное напряжение, а силовые нагрузки (электродвигатели) — на линейное.
Для трехфазных систем справедливы соотношения, выведенные для однофазного переменного тока:
Iф = Uф/Zф;
cos  = Rф/Zф
|
где Uф, Zф, Rф — соответственно напряжение, полное и активное сопротивления рассматриваемой фазы.