ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

9.1 Определение трехфазной системы. Получение 3фазного тока

Трёхфазной электрической системой называется совокупность трёх электрически связанных однофазных систем, в которых с одинаковой частотой действуют одинаковые по величине ЭДС, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов и генерируемые одним генератором.

Трехфазная система переменного тока была разработана, а затем практически освоена выдающимся русским инженером-электротехником М. О. Доливо-Добровольским (1862 — 1919) в 1891 г. Им были разработаны трехфазные генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Простое устройство, относительная дешевизна, высокая надежность в эксплуатации трехфазных генераторов, трансформаторов и двигателей, более экономичная передача энергии на расстояние по сравнению с однофазной системой способствовали широкому промышленному внедрению трехфазной системы переменного тока.

Простейший трёхфазный генератор показан на рисунке 9.1, состоит из двух основных частей: статора и ротора.

Рисунок 9.1- Простейший трёхфазный генератор.

На статоре - неподвижная часть генератора, расположены три одинаковые обмотки, смещенные одна относительно другой на 120° по внутренней поверхности сердечника.

Начала обмоток обозначают буквами А, В, С, а их концы — буквами X, Y, Z.

Каждую обмотку генератора и её электрическую цепь называют фазой.

Подвижная часть генератора — ротор — мощный электромагнит с обмоткой, получающей питание от источника постоянного тока.

На практике все начала и концы фазных обмоток статора выводятся в коробку или на щиток выводов и расположены в порядке показанной на рисунке 9.2. Указанное расположение выводов на щитке, как будет показано ниже, удобно для включения обмоток заданным способом.

Рисунок 9.2 - Щиток выводов обмоток статора

Нужно заметить, что для удобства технического обслуживания и для маркировки на станциях и подстанциях электрические фазы имеют строгую расцветку.

Цвета шин фаз стандартизированы: Ах- желтый, Ву - зелёный, Cz - красный.

При вращении ротора будет вращаться и его магнитный поток. В результате этого, в каждой обмотке статора наводится синусоидальная ЭДС с максимальной амплитудой Е_тА, Е_тВ, Е_тС, следовательно считаем: Е_тА= Е_тВ= Е_тС = Е_т

Таким образом, амплитудные значения ЭДС всех фаз имеют одинаковые значения. Между ЭДС соседних фаз образуется угол сдвига по фазе относительно ЭДС соседней обмотки на 120°. Частота изменения ЭДС - f, пропорциональна скорости вращения ротора.

Принимая за начало отсчета момент времени, когда ЭДС - Е_А,в обмотке Ах равна нулю, то при вращении ротора против часовой стрелки уравнения ЭДС можно записать в следующем виде: ЭДС первой обмотки описывается уравнением:

е_А= Е_тsin 9.1

тогда ЭДС второй обмотки:

е_В= Е_тsin(wt — 120) 9.2

а ЭДС третьей обмотки:

е_с= Е_тsin(/nt —240°) 9.3

Этим уравнениям соответствуют векторная диаграмма и графики изменения ЭДС, изображенные на рисунках 9.3 и 9.4

Если принять за исходный вектор ЭДС Е_А, то ЭДС Е_в отстает от Е_А, а ЭДС Е_с отстает от Е_в. Следовательно, максимальных значений ЭДС в фазах достигают в таком порядке: сначала в фазе А, затем в В и далее в С.

Векторы ЭДС вращаются против часовой стрелки, а мимо неподвижной вертикальной оси они будут проходить в следующем порядке:

Рисунок 9.3 - Векторная диаграмма ЭДС в обмотках статора

Трехфазная симметричная систем ЭДС — это совокупность трех ЭДС имеющих одинаковую

частоту и амплитуду, сдвинутых по фазе относительно друг друга на углы 120°.

Для расчетов, обычно, строят векторную диаграмму токов и напряжений изображая вектор напряжения на фазе А - Ua, направленным вертикально вверх.

На рисунке 9.5 показаны: а — векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС генератора, б — векторная диаграмма напряжений на равномерной нагрузке - трёхпалая звезда.

ЭДС всех фаз трехфазного генератора принимают максимальные (амплитудные) значения в определенной последовательности. Рассмотренную последовательность А-В-С принято называть прямой последовательностью фаз ЭДС.

Различают симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи. При симметричном режиме сопротивления трех фаз одинаковы и ЭДС образуют трехфазную симметричную систему. В этом случае токи фаз /_а, 1_в, /_с будут равны по величине и сдвинуты по угол 120 градусов.

При несимметричном (неравномерном) режиме комплексные сопротивления фаз не равны друг другу, токи и их фазные сдвиги при этом будут различными.

Признаком не симметрии трехфазной системы ЭДС является неравенство амплитуд или неравенство углов сдвига фаз между каждой парой ЭДС.

Основное свойство симметричных трехфазных систем синусоидальных величин заклю­чается в том, что алгебраическая сумма мгновенных значений этих величин в любой момент времени равна нулю.

Значит, при симметричной трехфазной системе ЭДС:

е_А+ е_В+ е_с= 0 9.4

4 ⁺^в⁺^с = ⁰