ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК — это… Что такое ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК?



ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК

ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК

— переменный ток, получающийся от сочетания трех самостоятельных однофазных токов, сдвинутых по фазе один относительно другого на 1/3 периода.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

• ТРЕХФАЗНАЯ МАШИНА
• ТРЕХФЛАЖНАЯ СИГНАЛЬНАЯ КНИГА

Смотреть что такое «ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК» в других словарях:

• ТОК ПЕРЕМЕННЫЙ — (Alternating current А. С.) электрический ток, направление и сила которого периодически меняются. При переменном токе с частотой в 50 Hz (герц) ток в течение 1 секунды 50 раз меняется от нуля до максимальной величины в прямом и обратном… …   Морской словарь

• трехфазный источник бесперебойного питания (ИБП) — трехфазный ИБП [Интент] Глава 7. Трехфазные ИБП … ИБП большой мощности (начиная примерно с 10 кВА) как правило предназначены для подключения к трехфазной электрической сети. Диапазон мощностей 8 25 кВА – переходный. Для такой мощности… …   Справочник технического переводчика

• трехфазный — ТРЁХФАЗНЫЙ ая, ое. 1. Филос. Состоящий из трёх фаз, этапов. Т ое развёртывание понятий. 2. Спец. Система трёх однофазных переменных токов одинаковой частоты и амплитуды, но отличающихся по фазе на 1/3 периода. Т. ток. 3. Электр. Связанный с… …   Энциклопедический словарь

• Переменный ток — Если какой либо источник тока вызывает в данном проводнике или в данной замкнутой цепи электродвижущую силу и эта электродвижущая сила непрерывно изменяется по величине и по направлению, т. е. представляется периодической функцией времени, то в… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• переменный ток — ▲ физические колебания ↑ электрический ток трехфазный. многофазный. выпрямитель преобразователь переменного электрического тока в постоянный. реактор. фазоинвертор. фазокомпенсатор. аттенюатор …   Идеографический словарь русского языка

• Электродвигатели — Попытки применить электричество как двигательную силу были сделаны еще в начале прошлого столетия. Так, после того как (1821 г.) Фарадеем было открыто явление вращения магнитов вокруг проводников с токами и наоборот, Sturgeons и Barlow построили… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Доливо-Добровольский, Михаил Осипович — [21 дек. 1861 (2 янв. 1862) 15 ноября 1919] рус. электротехник. Родился в Петербурге в семье чиновника. В 1878 поступил в Рижский политехнич. ин т. За участие в политич. выступлениях студенчества Д. Д. был исключен из ин та без правд поступления… …   Большая биографическая энциклопедия

• РЕНТГЕНОТЕХНИКА — РЕНТГЕНОТЕХНИКА. Содержание: Рентгеновские трубки……………659 Трансформаторы………………665 Работа трубки и требования к аппаратам …. 668 Выпрямители тока……………..6 70 Аппараты…………………671 Методы измерения лучен …   Большая медицинская энциклопедия

• Трансформаторы* — Т. называются приборы, служащие 1) либо для преобразования электрических токов одного напряжения в токи другого напряжения, 2) либо для преобразования токов переменных в токи постоянные и обратно. Т. первого рода, т. е. Т. напряжении,… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Трансформаторы — Т. называются приборы, служащие 1) либо для преобразования электрических токов одного напряжения в токи другого напряжения, 2) либо для преобразования токов переменных в токи постоянные и обратно. Т. первого рода, т. е. Т. напряжении,… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

08 Лекция Цепи трехфазного тока

Цепи трехфазного тока

Многофазные и трехфазные системы. Принцип получения трехфазной ЭДС

Многофазный источник питания представляет собой совокупность ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Совокупность многофазного источника и многофазного приемника образуют многофазную электрическую цепь. Отдельные электрические цепи, входящие в состав многофазной системы, называются фазами. Таким образом, фаза — понятие двоякое. С одной стороны – это стадия периодического процесса, с другой стороны – часть многофазной электрической цепи.

Если число фаз m=3 – получаем трехфазную систему. Трехфазная система является основной для энергоснабжения предприятий. Благодаря техническим и экономическим характеристикам трехфазный ток обеспечивает наиболее экономичную передачу электрической энергии, позволяет создавать простые по устройству, надежные и экономичные трансформаторы, генераторы, электродвигатели.

Основополагающие исследования, которые привели к внедрению в практику трехфазных систем были сделаны Николой Тесла (происхождение – Австро-Венгрия, сейчас – Хорватия) и русским ученым Доливо-Добровольским.

Основные изобретения, относящиеся к трехфазным системам электроснабжения были сделаны и запатентованы Тесла. Вместе с тем огромное теоретическое и практическое значение имеют работы Доливо-Добровольского, которые впервые применил трехфазные ток в промышленных целях. Все звенья трехфазной цепи: трансформаторы, генераторы, линии передач и двигатели были разработаны М.О. Доливо-Добровольским настолько глубоко, что принципиально не изменились до наших дней.

В отдельных технических устройствах находят применение двухфазная, четырехфазная, шестифазная системы.

Трехфазная система ЭДС получается в трехфазных генераторах. Такой генератор состоит из статора и ротора. В пазах статора размещены три обмотки сдвинутых друг относительно друга в пространстве на 120°. Ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. При его вращении в обмотках наводится ЭДС, графики мгновенных значений которых представлены на рис. 1

Рис. 1

Все ЭДС рассмотренной системы имеют равные амплитуды Е_m и сдвинуты друг относительно друга по фазе на угол 120°.Такая система ЭДС называется симметричной.

Трехфазная симметричная система

Приняв начало отсчета в момент, когда е_a=0, запишем мгновенные значения всех ЭДС.

е_L1=E_m*sin ωt

е_L2=E_m*sin (ωt-120°)

е

L3=E_m*sin (ωt-240°)= E_m*sin (ωt+120)

В символической форме (в виде комплексных амплитуд):

,

,

, где .

Векторная диаграмма симметричной трехфазной системы представлена на рис. 2.

Рис 2

Симметричная трехфазная система обладает свойством :

,

.

Это свойство справедливо и для токов при симметричной нагрузке.

Виды соединений трехфазных цепей

.

Существует два основных вида соединения обмоток трансформаторов, генераторов, и приемников в трехфазных цепях: соединение звездой и соединение треугольником.

Соединение источника и приемника звездой представлено на рис 3.

Рис 3

Рис 3.2

Напряжения на зажимах отдельных фаз приемника или источника называются фазными напряжениями.

— фазные напряжения. Напряжения между линейными проводами , соединяющими трехфазный источник с приемником, называются линейными напряжениями. — линейные напряжения. Токи, протекающие в фазах приемника или генератора, называются фазными токами. Токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными токами. Очевидно, что для соединения звездой линейные токи являются фазными токами. Провод, соединяющий нулевые узлы источника и приемника (узлы n, N), называется нулевым (общим, нейтральным) проводом. По закону токов Кирхгофа ток в нулевом проводе равен

.

При симметричной нагрузке токи в фазах равны. Тогда

=

ток в нулевом проводе будет равен нулю. Следовательно, при симметричной нагрузке источник с нагрузкой может быть связан только тремя линейными проводами.

На рис. 4 приведена векторная диаграмма цепи при симметричном режиме и активно-индуктивном характере нагрузки, при котором токи отстают от напряжений.

Рис. 7.4

Установим соотношение между линейными и фазными напряжениями. Линейные напряжения определяются как разности фазных напряжений.

; ; .

Из равнобедренного треугольника ANB следует

,

или

.

На рис. 5 показано соединение источника и приемника треугольником

Рис. 5

При этом типе соединения фазные ЭДС соединяются последовательно. Общие точки каждой пары фазных ЭДС и общие точки каждой пары ветвей приемника соединяются линейными проводами. На первый взгляд такое соединение фазных ЭДС является аварийным короткозамкнутым режимом. Однако не следует забывать, что сумма мгновенных значений ЭДС трехфазного симметричного источника в любой момент времени равна нулю.

На рис. 6 приведены векторные диаграммы напряжений и токов при симметричном режиме и активно-индуктивной нагрузке для соединения треугольником.

Рис. 6

Линейные токи определяются как разности фазных токов:

; ; .

При этом:

; .

Расчет трехфазных цепей при несимметричной нагрузке.

Расчет трехфазной цепи при соединении источника с приемником треугольником не содержит ничего принципиально нового по сравнению с расчетом обычной цепи синусоидального тока. В цепи на рис. 5 находим фазные токи:

; ; .

По найденным фазным токам определяем линейные токи на основе закона токов Кирхгофа:

; ; .

Аналогично рассчитывается трехфазная цепь при соединении источника и приемника звездой с нулевым проводом (рис 3). По закону Ома определяем фазные токи:

; ; .

Фазные токи для соединения звездой являются токами линейными. Ток в нулевом проводе определяется по закону токов Кирхгофа:

.

Для расчета несимметричной трехфазной цепи при соединении звездой трехпроводной линией используем метод двух узлов.

Определим напряжение между нулевыми точками источника и нагрузки –, которое называется напряжением смещения нейтрали.

Зная напряжение , определим линейные (они же фазные) токи по закону Ома для участка цепи с ЭДС:

= ,

откуда

.

Аналогично

Напряжение на фазах нагрузки будут равны:

,

,

.

Рассмотрим два частных случая несимметричной нагрузки.

1) Короткое замыкание одной из фаз нагрузки при равенстве сопротивлений в двух других фазах.

, .

Напряжение смещения нейтрали определим по известному выражению, предварительно умножив его числитель и знаменатель на .

Напряжения на фазах нагрузки будут равны:

,

,

.

Таким образом, при коротком замыкании нагрузка в фазе А, напряжение на ней становится равным нулю, а напряжения на фазах В и С нагрузки увеличиваются до линейных, т.е. в раз. Напряжение смещения нейтрали для этого случая будет равным фазному напряжению. Векторная диаграмма для этого случая представлена на рис. 8а.

Рис. 8.

2) Обрыв в одной из фаз нагрузки при равенстве сопротивлений в двух других фазах.

, .

Напряжение смещения нейтрали для этого случая будет равно:

Напряжения на фазах нагрузки будут равны:

,

,

.

Таким образом, при обрыве в фазе А нагрузки, напряжение в ней становится в 1.5 раза больше фазного, напряжения на фазах В и С нагрузки уменьшаются и становятся равными половине линейного напряжения, напряжение смещения нейтрали становится равным половине фазного напряжения.

Векторная диаграмма для этого случая представлена на рис. 8б

7.5.Мощность в трехфазной цепи и ее измерение.

Принимая во внимание то, что для симметричной трехфазной цепи, соединенной звездой , , а для соединенной треугольником , , получим, независимо от вида соединения

,

где — сдвиг по фазе между фазным напряжением и фазным током (cosφ – коэффициент мощности).

Аналогично для реактивной и полной мощностей при симметричной нагрузке получим:

,

.

В случае несимметричной нагрузки мощности рассчитываются для каждой из фаз нагрузки (источника) отдельно и затем складываются.

Для измерения мощности в четырех проводной трехфазной цепи соединенной звездой ваттметры включают по схеме, приведенной на рис. 7.9.

Рис 7.9

Полная мощность, потребляемая нагрузкой, будет равна сумме показаний трех вольтметров, включенных в фазы А, В и С. В трех проводной цепи обходятся двумя ваттметрами, включенными по схеме, приведенной на рис. 7.10.

Рис 7.10

Покажем, что мощность, показываемая двумя ваттметрами, будет равно полной мощности трехфазной цепи (так называемая схема двух ваттметров, или схема Аарона).

Трехфазные электрические цепи Основные понятия и определения

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

• экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

• возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

• возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1

На статоре 1 генератора размещается обмотка 2, состоящая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Обмотки фаз располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рис. 3.1 каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4, расположенной на роторе.

При вращении ротора турбиной с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения.

На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают как показано на рис. 3.2.

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной.

Рис. 3.2

Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться графиками, тригонометрическими функциями, векторами и функциями комплексного переменного.

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3.

Если ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять за исходную и считать её начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде

(3.1)

e_A = E_m sin ωt, e_B = E_m sin (ωt — 120°), e_C = E_m sin (ωt — 240°) = E_m sin (ωt + 120°).

Из графика мгновенных значений (рис 3.3) следует

(3.2)

e_A + e_B + e_C = 0

Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения:

(3.3)

Ė_A = E_m e^j0° = E_m (1 + j0), Ė_B = E_m e^-j120° = E_m (-1/2 — j/2), Ė_C = E_m e^+j120° = E_m (-1/2 + j/2).

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис 3.4а.

Рис. 3.4

На диаграмме рис. 3.4а вектор Ė_A направлен вертикально, так как при расчете трехфазных цепей принято направлять вертикально вверх ось действительных величин. Из векторных диаграмм рис 3.4 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

(3.4)

Ė_A + Ė_B + Ė_C = 0.

Систему ЭДС, в которой ЭДС фазы В отстает по фазе от ЭДС фазы А, а ЭДС фазы С по фазе – от ЭДС фазы В, называют системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора, то последовательность фаз изменится (рис. 3.4б) и будет называться обратной.

Последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей. Для определения последовательности фаз имеются специальные приборы – фазоуказатели.

В период зарождения трехфазных систем имелись попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами (рис. 3.5). Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генератора с приемником требовалось шесть проводов (рис. 3.5)

Рис. 3.5

Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой. Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения «звезда» и «треугольник». При этом способ соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены «звездой», фазы потребителей соединяются либо «звездой», либо «треугольником».

Что такое трехфазный ток

Современный образ жизни невозможно представить без электроэнергии и благ, которые с ней связаны. Отсутствие природного газа легко компенсируется твердотопливными источниками тепла, вода также доступна, а вот без электричества настает самый настоящий «конец света».

Подавляющее большинство современных электростанций генерируют трехфазный переменный ток. Среди его преимуществ особо следует отметить легкость получения и последующих преобразований, высокую надежность и простоту конструкции предназначенных для него асинхронных электродвигателей. Трехфазный ток – это наиболее распространенный во всем мире тип электроэнергии.

Система трехфазного электрического тока представляет собой совокупность трех цепей однофазного тока с одинаковой частотой и амплитудой, однако, смещенных относительно друг друга на 120 градусов (или, что одно и то же, 1/3 периода). Каждая из этих цепей называется фазой, соответственно, все три формируют трехфазный ток.

Теоретические основы довольно просты: металлическая рамка вращается в магнитном поле, пересекая линии напряженности. Чтобы в соответствии с законом электромагнитной индукции получить электрический ток, достаточно подключить к ее выводам нагрузку и создать цепь. Если же необходим трехфазный ток, то устройство усложняется: в механизме располагаются три идентичные рамки, сдвинутые одна относительно другой на 120 градусов. Итогом является генерация трех электродвижущих сил (ЭДС). В стандартных электростанциях скорость вращения неизменна.

На практике же реализация немного отлична от теории. Трехфазный ток создают специальные машины – генераторы. В них обмотки фазных цепей неподвижны (сравните с теорией) и определенным образом расположены на полюсах статора (неподвижная часть машины). А вращающееся магнитное поле создается ротором. Момент вращения ему сообщает энергия падающей воды в гидроэлектростанциях, паровой турбины в АЭС и пр.

Одна из особенностей цепей, использующих трехфазный ток, заключается в задействовании на стороне потребителя всего трех или четырех проводов – три фазных и нулевой. Этого удается добиться благодаря способу соединения обмоток генератора – звездой или треугольником.

Соединение звездой подразумевает, что концы всех трех обмоток сходятся в одной нулевой точке. Исходя из закона Кирхгофа, следует, что сумма всех токов в этой точке (узле) равняется нулю, поэтому никакого замыкания не происходит. Из нулевой точки выводится нулевой провод. Напряжение, замеренное между этим проводом и любым из трех линейных, в 1.73 раз меньше, чем значение напряжения между самими линейными проводами. В первом случае получается фазное напряжение, а во втором линейное.

Важной особенностью соединения звездой является необходимость избегать перекоса фаз, то есть, контролировать, чтобы протекающие в ветках токи были примерно равны. Та небольшая неизбежная разница приводит к появлению небольшого тока в нулевом проводе, но он невелик.

Совершенно иной тип соединения обмоток генератора – треугольником, позволяет упразднить нулевой провод. При ее реализации каждый конец обмотки соединяется с началом следующей, фактически, образуя треугольник, а напряжения снимаются с его вершин. При таком способе фазное и линейное напряжения равны. Также необходим контроль за равенством токов в ветвях, так как при игнорировании этого общее значение тока в замкнутой цепи может стать чрезмерным, вызывая нагрев генератора и выход его из строя.

Большинство электрических двигателей, предназначенных для трехфазной сети, предусматривают возможность выбора способа соединения обмоток на звезду или треугольник. Это позволяет выбирать рабочее напряжение. Так, при соединении обмоток нагрузки звездой расчетное напряжение будет в 1.73 раз меньше, чем при треугольнике.