Трёхфазный переменный ток. Получение трёхфазного тока
Работающие в настоящее время электростанции производят трёхфазный ток. Главное его преимущество заключается в
лёгкости получения вращающегося магнитного поля. Вращающееся поле используется в самом простом и надёжном двигателе в мире – асинхронном (его также называют индукционным двигателем). Трёхфазный ток легко производить и экономично передавать.
Трёхфазной системой переменного тока называется совокупность трёх однофазных токов одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга по фазе на 1/3 периода (или 120 градусов).
29. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ
Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были соединены в одну общую точку, а начала обмоток присоединены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком Y. На рис. 173 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0′). Обе точки 0 и 0′ соединены проводом, который называется нулевым, или нейтральным, проводом. Остальные
три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырех проводной системой трехфазного тока.
Сравнивая несвязанную (см. рис. 172) и четырехпроходную (см. рис. 173) системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором — один нулевой провод. По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме трех токов:
Напряжения, измеренные между началами фаз генератора (или потребителя) и нулевой точкой (или нулевым проводом), называются фазными напряжениями и обозначаются Uа,Uв, Uс, или в общем виде Uф. Часто задаются величины э. д. с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются ЕА, Ев, Ее, или Еф. Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:
Напряжения, измеренные между началами двух фаз: А и В, В и С, С и А — генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются Uab, Uвс, Uса, или в общем виде Uл. Стрелки, поставленные на рис. 173, показывают выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе — от потребителя к генератору.
Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение Uав. Так как положительные направления фазных напряжений Ua, Uв и Uс выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения U
Аналогично можно записать:
Иначе можно сказать, что мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений.
Рис.124.
На первом рисунке показан принцип получения однофазного тока и его форма. Здесь рамка вращается в поле постоянного магнита и в ней индуцируется синусоидальная ЭДС. Если мы возьмём 3 рамки, расположенных под углом 120˚ друг к другу, то в результате получим три ЭДС, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120˚. При этом предполагаем, что вращение происходит с постоянной скоростью. Если считать, что ЭДС первой фазной обмотки e1 начинается в начале периода, т.е. t = 0, то:
e1 = Em1∙sinωt, e2 = Em2∙sin(ωt – 120˚),
e3 = Em3∙sin(ωt + 120˚).
30. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Кроме соединения звездой, генераторы, трансформаторы, двигатели и другие потребители трехфазного тока могут включаться треугольником.
На рис. 179 представлена несвязанная трехфазная система. Объединяя попарно провода несвязанной шестипроводной системы и соединяя фазы так, как указано на чертеже, переходим к трехфазной трехпроводной системе, соединенной треугольником.
Как видно из рис. 180, соединение треугольником выполняется таким образом, чтобы конец фазы А был соединен с началом фазы В, конец фазы В соединен с началом фазы С и конец фазы С соединен с началом фазы А. К местам соединения фаз присоединяют линейные провода.
Если обмотки генератора соединены треугольником, то, как видно на рис. 180, линейное напряжение создает каждая фазная обмотка. У потребителя, соединенного треугольником, линейное
напряжение подключается к зажимам фазного сопротивления. Следовательно, при соединении треугольником фазное напряжение равно линейному:
Определим зависимость между фазными и линейными токами при соединении треугольником, если нагрузка фаз будет одинакова по величине и характеру.
Составляем уравнения токов по первому закону Кирхгофа для трех узловых точек А1, В1 и С1 потребителя:
откуда
Отсюда видно, что линейные токи равны геометрической разности фазных токов. При симметричной нагрузке фазные токи одинаковы по величине и сдвинуты один относительно другого на 120°. Производя вычитание векторов фазных токов согласно полученным уравнениям, получаем линейные токи (рис. 181). Зависимость между фазными и линейными токами при соединении в треугольник показана на рис. 182:
Так как
то
Следовательно, при симметричной нагрузке, соединенной треугольником, линейный ток в 
аз больше фазного тока.
На рис. 183 дана векторная диаграмма токов и напряжений при равномерной активно-индуктивной нагрузке, соединенной треугольником. Построение диаграммы производится следующим образом. В выбранном масштабе строим равносторонний треугольник линейных напряжений сети Uав, Ubc и Uас, которые равны фазным напряжениям потребителя. В сторону отставания под углами j
У двигателей и у других потребителей трехфазного тока в большинстве случаев наружу выводят все шесть концов трех обмоток, которые по желанию можно соединять либо звездой, либо треугольником. Обычно к трехфазной машине крепится доска из изоляционного материала (клеммная доска), на которую и выводят все шесть концов.
На рис. 184 показана схема присоединения концов обмоток трехфазной машины к зажимам клеммной доски. Медные перемычки позволяют легко менять схему включения обмоток.
Если у нас есть двигатель, на паспорте которого написано 127/220 в, значит этот двигатель можно использовать на два напряжения: 127 и 220 в.
Если линейное напряжение сети равно 127 в, то обмотки двигателя необходимо включить треугольником (рис. 184, б). Тогда на обмотку каждой фазы двигателя будет подано напряжение 127 в. При напряжении 220 в обмотки двигателя нужно включить звездой (рис. 184, а), тогда обмотка каждой фазы также будет под напряжением 127 в.
31. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Мощность, потребляемая нагрузкой от сети трехфазного тока, равна сумме мощностей, потребляемых отдельными фазами, т. е.
При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой,
где Uф — фазное напряжение,
Iф — фазный ток,
cos j — коэффициент мощности нагрузки.
Мощность, потребляемая всеми тремя фазами,
При соединении приемников энергии звездой соотношение между линейными и фазными значениями напряжений и токов:
Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой от трехфазной
При соединении приемников энергии треугольником соотношение между линейными и фазными значениями напряжений и токов:
Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой,
Таким образом, при равномерной нагрузке мощность, потребляемая от трехфазной сети, независимо от схемы включения нагрузки, выражается следующей формулой:
32. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредствомэлектромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока (ГОСТ 16110-82).
Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) изферромагнитного магнито-мягкого материала.
абота трансформатора основана на двух базовых принципах:
1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
Получение трехфазного тока
Электрические цепи трехфазного переменного тока
Трехфазный электрический ток
Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э.д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой ( φ = 120о) и создаваемые общим источником энергии. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, слово фаза в электротехнике имеет два значения – угол φ и часть многофазной системы (отдельный фазный провод).
Основные преимущества трехфазной системы: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода -нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно).
История появления трехфазных электрических цепей связана с именем М.С. Доливо-Добровольского Петербургского ученого, который в 1886 ᴦ., доказав, что многофазные токи способны создавать вращающееся магнитное поле, предложил (запатентовал) конструкцию трехфазного электродвигателя.
Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Этот принцип положен в основу работы трехфазных электродвигателей.
Предложив конструкцию электродвигателя переменного тока, М.С. Доливо-Добровольский разработал и все основные элементы трехфазной электрической цепи. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.
В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.
Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита͵ магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.
Трехфазный синхронный генератор
Важно заметить, что для симметричной системы ЭДС (рис. 28) справедливо
Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС
На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А, В, С). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное — А, С, В. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.
Существует два способа соединения обмоток (фаз) генератора и трехфазного приемника: ʼʼзвездаʼʼ и ʼʼтреугольникʼʼ.
Схема замещения трехфазной системы, соединенной «звездой»
Согласно первому закону Кирхгофа можно записать IO = IА+ IВ + IС.
При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (ᴛ.ᴇ. при равенстве значений токов IА,IВ,IС)в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток IO в центральном проводнике будет равен нулю. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, получается, что в симметричных системах (когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.
В распределительных низковольтных сетях, в которых присутствует много однофазных потребителей, обеспечение равномерной нагрузки каждой фазы становится не возможным, такие сети делаются четырехпроводными.
Для обеспечения электробезопасносности принято низковольтные потребительские сети (сети<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.
Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением, а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.
В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.
Стоит сказать, что для низковольтных сетей (с напряжением менее 1000В) основным стандартным линейным (между фазными проводами) напряжением принимается напряжение 380 В, при этом фазное напряжение (между фазным проводом и центральным) будет составлять 220 В.
Низковольтные сети являются потребительскими сетями разного назначения, не обязательно питающими трехфазные двигатели. В таких сетях для питания различных потребителей бывают использованы разные фазы по отдельности. В результате нагрузка разных фаз окажется неодинаковой. Вместе с тем, с целью техники безопасности, ПУЭ (правилами устройства электроустановок) устанавливается, что низковольтные трехфазные электрические сети должны устраиваться четырехпроводными, с глухозаземленной нейтралью. Для этого схема понижающего трансформатора (понижающей подстанции) обычно выглядит следующим образом.
(Высокое напряжение
от ЛЭП)
Т.е. центральный, называемый при этом ʼʼнулевымʼʼ, провод на вторичной обмотке трехфазного трансформатора подключается к заземляющему устройству и подводится к потребителям наряду с фазными проводами.
Трехфазный переменный ток | soedenimetall.ru
Получение трехфазного тока. Многофазной системой называют систему переменного тока, состоящую из нескольких цепей, в которых э.д.с. источников энергии имеют одинаковую частоту, но сдвинуты между собой по фазе. Однофазную цепь в такой системе называют фазой. Каждая э.д.с. может действовать в своей самостоятельной цепи и не быть связана с другими э.д.с. В этом случае электрическую систему называют несвязанной. Широкое применение на практике получили связанные многофазные системы, у которых отдельные фазы электрически соединены между собой.
По сравнению с однофазным многофазный ток имеет ряд преимуществ. Для передачи одной и той же мощности требуется меньшее сечение проводов. В работе двигателей и приборов переменного тока используется вращающееся магнитное поле, создаваемое неподвижными катушками или обмотками.
Рис. 1
Из всех систем многофазного тока широкое распространение на практике получил трехфазный ток. Цолучание трехфазного тока можно пояснить следующим образом. Если в однородном магнитном поле (рис. 1) поместить три витка, расположенных под углом 120° один к другому, и вращать их с постоянной угловой скоростью, в витках будут индуктироваться э.д.с., которые также будут сдвинуты по фазе на 120°. В промышленности для получения трехфазного тока на статоре генератора переменного тока делают три обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 120°. Такие обмотки называют фазами генератора.
Рис. 2
Соединения звездой. Соединив фазные обмотки генератора или потребителя таким образом, чтобы концы обмоток были замкнуты в одну общую точку, а начала обмоток подключив к линейным проводам, получим соединение, называемое звездой (рис. 2). Таким образом, мы видим, что при образовании из трех однофазных систем переменного тока трехфазной системы, соединенной в звезду, вместо шести проводов требуются только четыре. Условно соединение звездой обозначается знаком Y. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток, называют нулевыми, а провод, соединяющий их, — нулевым или нейтральным. Три провода, соединяющих свободные концы фаз генератора с концами фаз потребителя, называют линейными.
При равномерно нагруженной трехфазной симметричной системе нулевой провод не нужен; вся мощность может передаваться по трем проводам. Однако при включении в электрическую цепь однофазных потребителей нельзя достигнуть равномерной загрузки фаз. Поэтому в таких случаях нулевой провод необходим, хотя сечение его равняется половине сечения линейного провода.
Рис. 3
Соединение треугольником. При таком соединении конец первой фазы соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей, а конец третьей — с началом первой фазы, а к точкам соединения фаз подключаются линейные провода (рис. 3). Соединение треугольником условно обозначают знаком Δ.
При соединении треугольником фазы генератора образуют замкнутый контур с небольшим сопротивлением. При неправильном соединении обмоток э.д.с. может увеличиться вдвое. При малом сопротивлении контура может установиться режим, близкий к короткому замыканию.
При соединении треугольником каждая фазная обмотка создает линейное напряжение. Фазное напряжение в данном случае равно линейному. Соединение треугольником применяют для осветительной и силовой нагрузок.
В двигателях трехфазного тока обычно выводят все шесть концов трех обмоток, которые по желанию можно соединить звездой или треугольником.
§59. Трехфазный переменный ток
Трехфазная система переменного тока получила широкое распространение во всем мире благодаря тому, что она обеспечивает наиболее выгодную передачу электрической энергии и позволяет использовать надежные в работе и простые по устройству асинхронные электродвигатели. На всех электрических станциях Советского Союза электрическая энергия вырабатывается генераторами трехфазного переменного тока. Электрифицированные железные дороги также получают энергию по линиям трехфазного тока, который затем на тяговых подстанциях преобразуют в постоянный или однофазный переменный ток, подаваемый в контактную сеть.
Рис. 204. Генератор трехфазного тока
Простейший генератор трехфазного тока (рис. 204) отличается от генератора однофазного тока тем, что на статоре его расположены три отдельные обмотки (фазные обмотки), оси которых сдвинуты одна относительно другой на угол 120°. Каждую из обмоток трехфазного генератора вместе с присоединенной к ней внешней цепью принято называть фазой. Согласно государственному стандарту фазы обозначаются буквами А, В и С.
Ротор генератора представляет собой постоянный магнит или электромагнит, который вращается каким-либо первичным двигателем с определенной частотой вращения. При вращении ротора в трех фазных обмотках статора индуцируются синусоидальные э. д. с. еA, еB и еC одной и той же частоты и имеющие одинаковые амплитуды. Но так как магнитное поле вращающегося ротора пересекает эти обмотки не одновременно, то э. д. с. еA, еB и еC будут сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на 1/3 периода (рис. 205, а), чему соответствует угол ?t=120° (рис. 205,б). Такая система трех фазных э. д. с. называется симметричной. Особенностью ее является то, что сумма э. д. с. всех трех фаз в любой момент времени равна нулю:
еA+ еB+ еC = 0 (77)
Рис. 205. Кривые изменения э.д.с. в фазных обмотках трехфазного генератора (а) и векторное изображение этих э.д.с. (б)
Любая из фазных обмоток генератора трехфазного тока является самостоятельным источником электрической энергии и к ней может быть подключен свой приемник. В этом случае получается несвязанная трехфазная система, требующая для передачи электрической энергии шесть проводов. На практике такие системы не применяют. Обычно фазные обмотки трехфазных генераторов и трансформаторов и приемники электрической энергии соединяют по схеме «звезда» или «треугольник».
В электротехнике, широкое распространение и практическое применение получила трехфазная система переменного тока. Благодаря свойствам данной системы, передача электроэнергии по проводам на большие расстояния, осуществляется в наиболее оптимальных условиях. Кроме того, принцип действия переменного тока с тремя фазами, дал возможность создавать простые и удобные электрические двигатели. Понятие трехфазной системыУстройство трехфазной системы переменного тока включает в себя три цепи, в которых действуют электродвижущие силы, имеющие одинаковую частоту. Эти силы сдвигаются между собой по фазе на одну третью часть. Название фазы получила каждая отдельно взятая цепь, являющаяся составной частью системы. Вся система, включающая в себя три переменных тока, и есть не что иное, как трехфазный ток.
Все виды генераторов, установленных на электростанциях, являются устройствами трехфазного тока. Они представляют собой общую конструкцию, соединяющую сразу три генератора в одном агрегате. Это устройство состоит из трех отдельных якорей, расположенных на статоре. Между собой они смещены на 120 градусов. По центру генератора происходит вращение индуктора, воздействующего на все три якоря. В каждой из катушек происходит индуцирование переменной электродвижущей силы с одинаковой частотой. Через ноль прохождение этих ЭДС происходит со сдвигом на одну треть. Каждая обмотка представляет собой самостоятельный источник энергии и генератор тока. Фактически, весь генератор состоит из трех независимых цепей. В классическом варианте, электроэнергия может передаваться с помощью шести проводов. Однако, существуют другие виды соединений, позволяющие сэкономить большое количество провода. Виды соединений трехфазной системыКогда на практике применяется трехфазная система переменного тока, она предполагает два основных вида соединений. При соединении способом звезды, соединение концов всех обмоток осуществляется в одной точке генератора, получившей название нулевой точки. Соединение с потребителями осуществляется при помощи трех линейных проводов, выходящих из начала обмоток и одного нулевого провода, подключенного к нулевой точке генератора.
Способ треугольника предполагает соединение конца предыдущей обмотки с началом последующей. В результате, образуется правильный треугольник. По этой схеме, происходит соединение линейных проводов и вершин треугольника, из-за чего получается совпадение фазного и линейного напряжения. В сравнении с вариантом звезда, треугольник способствует снижению линейного напряжения приблизительно в 1.73 раза. Это допускается при одинаковой нагрузке фаз, в противном случае, увеличение силы тока в обмотках может быть опасным для генератора. Трехфазные цепи |
Трехфазный переменный ток | Онлайн журнал электрика
В текущее время в мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока.
Трехфазной системой электронных цепей именуют систему, состоящую из 3-х цепей, в каких действуют переменные, ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода (φ=2π/3). Каждую отдельную цепь таковой системы кратко именуют ее фазой, а систему 3-х сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях именуют просто трехфазным током.
Практически все генераторы, установленные на наших электрических станциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый таковой генератор представляет собой соединение в одной электронной машине 3-х генераторов переменного тока, сконструированных таким макаром, что индуцированные в их ЭДС смещены друг относительно друга на одну третья часть периода, как это показано на рис. 1.
Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока
Как осуществляется схожий генератор просто осознать из схемы на рис. 2.
Рис. 2. Три пары независящих проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть
Тут имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электронной машины и смещенных на 1/3 окружности (120о). В центре электронной машины крутится общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде неизменного магнита.
В каждой катушке индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (либо через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позднее, чем мимо предшествующей.
Любая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электронной энергии. Присоединив провода к концам каждой из их, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независящие цепи, любая из которых могла бы питать те либо другие электроприемники, к примеру электронные лампы.
В данном случае для передачи всей энергии, которую поглощают электроприемники, требовалось бы 6 проводов. Можно но, так соединить меж собой обмотки генератора трехфазного тока, чтоб обойтись 4-мя и даже 3-мя проводами, т. е. существенно сберечь проводку.
1-ый из этих методов, именуется соединением звездой (рис. 3).
Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электронных ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.
Будем именовать зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1‘, 2‘, 3‘ — концами соответственных фаз.
Соединение звезд состоит в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая именуется нулевой точкой либо нейтралью, и соединяем генератор с приемниками электроэнергии 4-мя проводами: 3-мя так именуемыми линейными проводами, идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым либо нейтральным проводом, идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки именуется четырехпроводной.
Напряжения меж нулевой точкой и началом каждой фазы именуют фазными напряжениями, а напряжения меж началами обмоток, т, е. точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, именуют линейными. Фазные напряжения обычно обозначают U1, U2, U3, либо в общем виде Uф, а линейные напряжения — U12, U23, U31, либо в общем виде Uл.
Меж амплитудами либо действующими значениями фазных и линейных напряжений при соединении обмоток генератора звездой существует соотношение Uл = √3Uф ≈ 1,73Uф
Таким макаром, к примеру, если фазное напряжение генератора Uф = 220 В, то при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение Uл — 380 В.
В случае равномерной нагрузки всех 3-х фаз генератора, т. е. при примерно схожих токах в каждой из их, ток в нулевом проводе равен нулю. Потому в данном случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще больше экономичной трехпроводной системе. Все нагрузки врубаются при всем этом меж надлежащими парами линейных проводов.
При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но, вообщем говоря, он слабее, чем ток в линейных проводах. Потому нулевой провод может быть тоньше, чем линейные.
При эксплуатации трехфазного переменного тока стремятся сделать нагрузку разных фаз по способности схожей. Потому, к примеру, при устройстве осветительной сети огромного дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из линейных с таким расчетом, чтоб в среднем на каждую фазу приходилась приблизительно однообразная нагрузка.
Другой метод соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку — это соединение треугольником, изображенное на рис. 4.
Рис. 4. Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником
Тут конец каждой обмотки соединен с началом последующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к верхушкам этого треугольника — точкам 1, 2 и 3. При соединении треугольником линейное напряжение генератора равно его фазному напряжению: Uл = Uф.
Таким макаром, переключение обмоток генератора со звезды на треугольник приводит к понижению линейного напряжения в √3 ≈ 1,73 раза. Соединение треугольником также допустимо только при схожей либо практически схожей нагрузке фаз. По другому ток в замкнутом контуре обмоток будет очень силен, что небезопасно для генератора.
При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также могут быть соединены или звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются к линейным проводам сети, или треугольником, т. е. так, что все нагрузки соединяются поочередно и образуют общий контур, к точкам 1, 2, 3 которого присоединяются линейные провода сети.
На рис. 5 показано соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки, а на рис. 6 — при четырехпроводной системе проводки (в данном случае общая точка всех нагрузок соединяется с нулевым проводом).
На рис. 7 показана схема соединения нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки.
Рис. 5. Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки
Рис. 6. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок
Рис. 7. Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки
Фактически принципиально подразумевать последующее. При соединении нагрузок треугольником любая нагрузка находится под линейным напряжением, а при соединении звездой — под напряжением, в √3раз наименьшим. Для варианта четырехпроводной системы это ясно из рис. 6. Но то же имеет место в случае трехпроводной системы (рис. 5).
Меж каждой парой линейных напряжений тут включены поочередно две нагрузки, токи в каких смещены по фазе на 2π/3. Напряжение на каждой нагрузке равно соответственному линейному напряжению, деленному на √3.
Таким макаром, при переключении нагрузок со звезды на треугольник напряжения на каждой нагрузке, а как следует, и ток в ней увеличиваются в √3 ≈ 1,73 раза. Если, к примеру, линейное напряжение трехпроводной сети приравнивалось 380 В, то при соединении звездой (рис. 5) напряжение на каждой из нагрузок будет равно 220 В, а при включении треугольником (рис. 7) будет равно 380 В.
Школа для электрика
При подготовке статьи использовалась информация из учебника физики под редакцией Г. С. Ландсберга.
Генератор трехфазного переменного тока
Читайте также: пособия по уходу за инвалидами 1 группы и 80-летними (компенсация)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА — Студопедия.Нет
Основные понятия о трехфазных системах и цепях
Трехфазная система переменного тока представляет собой совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 1/3 периода Т (120°).
Каждая из электрических цепей, входящих в состав трехфазной системы, называется фазой этой системы. Система считается симметричной (рисунок 5.1), если ЭДС во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты по фазе на одинаковый угол.
Впервые в мире передача энергии трехфазным током была осуществлена русским ученым М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г.
Рисунок 5.1 — Диаграмма ЭДС симметричной трехфазной системы: а) — векторная; б) — синусоидальная
Источником трехфазного переменного тока является обычно синхронный генератор. В зависимости от типа первичного двигателя различают турбогенераторы, гидрогенераторы, дизельгенераторы. Как правило, турбогенераторы строят на 3000 и 1500 об/мин, гидрогенераторы при больших мощностях — на 60 — 125 об/мин и при средних и малых — на 125 — 750 об/мин, т. е. они являются тихоходными.
В системах с электрически связанными фазами используют две схемы соединения источников и приемников: звездой и треугольником.
Соединение звездой
Соединение фаз генератора или приемника звездой получается при соединении их концов (или начал) в одну общую точку, которая называется нейтральной (рисунок 5.2). Провод, соединяющий нейтральные точки генератора 0 и приемника 0′, называется нейтральным, остальные провода — линейными. ЭДС, напряжения и токи в фазах генератора или приемника называются фазными: Еф, Uф, Iф. Токи в линейных проводах и ЭДС или напряжения между проводами называются соответственно линейными: Ел, Uл, Iл. Положительное направление линейных токов во всех линейных проводах принимается единообразным — от генератора к приемнику или наоборот. Аналогично линейные ЭДС или напряжения считаются положительными, если они направлены от предыдущей фазы к последующей (или все — противоположно). Фазные напряжения приемника считаются положительными, если они направлены от концов фаз (точка 0′) к их началам или наоборот (к точке 0′).
Рисунок 5.2 — Трехфазная система, соединения звездой
При равномерной нагрузке соотношения между линейными и фазными величинами следующие: линейное напряжение равно фазному, умноженному на 
т.е. Uл = 
∙ Uф, а линейный ток равен фазному, т.е. Iл = Iф.
Трехфазная цепь с нейтральным проводом называется четырехпроводной, а без него — трехпроводной.
При равномерной нагрузке фазные токи одинаковы по величине и сдвинуты по фазе на 120°, поэтому их сумма равна нулю. Следовательно, равен нулю и ток нейтрального провода. Таким образом, при равномерной нагрузке можно использовать систему без нейтрального провода.
В тех случаях, когда возможна неравномерная нагрузка, схему соединения звездой без нейтрального провода не применяют. Для большей надежности работы нейтрального провода, т. е. для предотвращения перехода от звезды с нейтральным проводом к звезде без нейтрального провода, в нем не устанавливают ни предохранителей, ни выключателей.
Схему «звезда» применяют для соединения приемников в тех случаях, когда их номинальное напряжение Uн меньше линейного напряжения Uл источника питания в √3 раз:
По схеме «звезда» без нейтрального провода включают равномерную нагрузку (электродвигатели, электрические печи, трансформаторы и другие трехфазные устройства), по схеме «звезда» с нейтральным проводом — неравномерную нагрузку (например, осветительную), а также обмотки трансформаторов и генераторов трехфазного тока.
Четырехпроводная система широко используется для электроснабжения смешанных осветительно-силовых нагрузок. Осветительные нагрузки включаются на фазное напряжение, а силовые (электродвигатели) — на линейное.
Пример. К трехфазной сети с линейными напряжениями Uл = 380 В подключена соединенная звездой равномерная нагрузка, каждая фаза которой содержит последовательно включенные сопротивления r = 11 Ом и xL = 6,35 Ом. Определить фазные напряжения и токи, а также коэффициент мощности фаз.
Решение.Фазные напряжения:
Общие сопротивления фаз:
Фазные токи:
Коэффициент мощности фаз:
Соединение треугольником
Соединение фаз генератора или приемника треугольником получается при соединении конца каждой фазы с началом следующей (рисунок 5.3).
Питание приемников, соединенных треугольником, осуществляется с помощью трех линейных проводов. Приемники включены непосредственно между линейными проводами. Поэтому для данной схемы справедливо соотношение Uл = Uф, т.е. линейное напряжение равно фазному, а линейный ток при равномерной нагрузке в раз больше фазного, т.е. Iл = 
.
Ток любой фазы треугольника (рисунок 5.3) может замыкаться через два линейных провода, минуя две другие фазы. Это обусловливает независимость фаз треугольника нормальную их работу как при равномерной, так и при неравномерной нагрузке. Возможность нормального питания приемников при неравномерной нагрузке с помощью только трех проводов — одно из основных достоинств этой схемы по сравнению с соединением звездой. Недостатком схемы является то, что при обрыве одного линейного провода перестают нормально работать две прилегающие к нему фазы, в то время как при таком же повреждении в соединении звездой с нейтральным проводом не работает только одна фаза.
Рисунок 5.3 -Трехфазная система, соединенная треугольником
Схему соединения треугольником применяют в тех случаях, когда их номинальное напряжение Uн равно линейному напряжению Uл источника питания, т. е. Uн = Uл. По этой схеме могут работать электродвигатели, трансформаторы, электрические печи и другие приемники с равномерной и неравномерной нагрузкой.
Трехфазные приемники приходится часто подключать к источникам с напряжением 220/127 и 380/220 В (числитель — линейное напряжение, знаменатель — фазное). Одни и те же приемники с номинальным напряжением Uн = 220 В в сеть 220/127 В должны быть включены по схеме «треугольник», в сеть 380/220 В — по схеме «звезда». В обоих случаях они находятся под номинальным напряжением и получают расчетную мощность.
Пример.К трехфазной сети с линейными напряжениями (Uл = 380 В) подключена соединенная треугольником равномерная нагрузка, каждая фаза которой имеет сопротивление z = 12,7 Ом. Определить фазные и линейные токи.
Решение.При соединении треугольником:
Фазные токи:
Линейные токи:
Мощность трехфазного тока
Активная мощность, потребляемая приемником от сети трехфазного тока, равна арифметической сумме активных мощностей отдельных фаз:
При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой:
Реактивная мощность равна алгебраической сумме реактивных мощностей фаз Q = QA + QB + QC,причем реактивная мощность индуктивностей берется со знаком плюс, а емкостей — со знаком минус.
Реактивная мощность, потребляемая каждой фазой:
Полная, или кажущаяся, мощность равна геометрической сумме общей активной и реактивной мощностей:
При равномерной нагрузке напряжения, токи и коэффициенты мощности всех фаз одинаковы, поэтому активная мощность трехфазной цепи:
Если приемники энергии соединены звездой:
Следовательно:
При соединении приемников треугольником:
Мощность:
Таким образом, активную мощность трехфазного тока при равномерной нагрузке независимо от способа ее соединения («звезда» или «треугольник») можно определить по формуле:
где U — линейное напряжение цепи, В;
I — линейный ток цепи, А.
В практических расчетах линейные величины напряжения и тока обозначают без индексов «л», т.е. U и I.
Аналогично можно выразить реактивную и полную мощности трехфазного тока:
В таблице 5.1 приведена зависимость величины тока от мощности приемника электроэнергии в трехфазной системе при различных номинальных напряжениях.
Для измерения мощности применяются измерительные приборы, называемые ваттметрами.
Активная энергия в цепи трехфазного тока:
Реактивная энергия:
Для измерения расхода электроэнергии в трехфазных цепях обычно пользуются трехфазными счетчиками.
Пример. К трехфазной линии переменного тока напряжением U = 380/220 В подключены звездой электрические лампы накаливания мощностью 100 Вт по 30 шт. в фазе (нагрузка активная) и трехфазный асинхронный электродвигатель номинальной мощностью Рн = 10 кВт, имеющий cosφ = 0,85; sin φ = 0,53; ηн = 0,88 (нагрузка реактивная) Определить токи в линиях цепи.
Решение. Суммарная мощность ламп накаливания :
Таблица 5.1 — Зависимость величины тока от мощности в трехфазной системе
Sн, кВА |
| |||||
| 127 | 220 | 380 | 500 | 660 | 3000 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 4,6 | 2,6 | 1,5 | 1,2 | 0,88 | 0,19 |
| 2 | 9,1 | 5,3 | 3 | 2,3 | 1,75 | 0,38 |
| 3 | 13,7 | 7,9 | 4,6 | 3,5 | 2,66 | 0,58 |
| 4 | 18,2 | 10,5 | 6,1 | 4,6 | 3,5 | 0,77 |
| 5 | 22,8 | 13,1 | 7,6 | 5,8 | 4,4 | 0,96 |
| 6 | 27,3 | 15,8 | 9,1 | 6,9 | 5,24 | 1,2 |
| 7 | 31,9 | 18,4 | 10,6 | 8,1 | 6,15 | 1,4 |
| 8 | 36,4 | 21 | 12,1 | 9,2 | 7 | 1,5 |
| 9 | 41 | 23,6 | 13,6 | 10,4 | 7,9 | 1,7 |
| 10 | 45,5 | 26,3 | 15,2 | 11,6 | 8,9 | 1,9 |
| 15 | 68,2 | 39,4 | 22,8 | 17,3 | 13,2 | 2,9 |
| 20 | 91 | 52,5 | 30,4 | 23,1 | 17,6 | 3,8 |
| 25 | 114 | 65,7 | 38 | 28,9 | 22 | 4,8 |
| 30 | 137 | 78,8 | 45,5 | 34,7 | 26,4 | 5,8 |
| 35 | 159 | 92 | 53,3 | 40,4 | 30,4 | 6,7 |
| 40 | 182 | 105 | 60,8 | 46,2 | 35,5 | 7,7 |
| 45 | 205 | 118 | 68,4 | 52 | 39,5 | 8,7 |
| 50 | 228 | 131 | 76 | 57,8 | 44 | 9,6 |
| 75 | 341 | 197 | 114 | 86,8 | 66 | 14,5 |
| 100 | 455 | 263 | 152 | 116 | 84,5 | 19,3 |
| 135 | 614 | 355 | 205 | 156 | 118,5 | 26 |
| 180 | 819 | 473 | 274 | 208 | 158 | 34,8 |
| 240 | 1092 | 630 | 365 | 278 | 217 | 46,4 |
Линейный ток осветительной нагрузки (cos φ = 1):
Активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети:
Ток, потребляемый электродвигателем:
Активная составляющая тока электродвигателя:
Активная составляющая тока:
Общий активный ток:
Ток в линейных проводах цепи:
Пример. К трехфазной сети напряжением U = 220 В присоединена треугольником активная нагрузка (по 50 ламп на фазу). Мощность лампы Pо = 100 Вт. Определить токи в фазах и линейных проводах.
Решение. Суммарная мощность ламп:
Линейные токи (cosφ = 1):
Фазные токи:
Вращающееся магнитное поле
Вращающееся магнитное поле можно получить с помощью трех катушек (рисунок 5.4), оси которых сдвинуты и пространстве на 120°, если питать их трехфазной симметричной системой токов. Токи, протекающие в катушках, возбуждают переменные магнитные поля, которые пронизывают обмотки в направлении, перпендикулярном их плоскостям. Направления магнитных полей всех трех катушек показаны векторами ВА, ВВ и ВС, сдвинутыми относительно друг друга также на 120°.
Суммарный магнитный поток, создаваемый трехфазной системой переменного тока в симметричной системе обмоток, является величиной постоянной и в любой момент времени равен полуторному значению максимального потока одной фазы, т. е. Ф = 1,5 Фм.
И любой другой момент времени это значение магнитногого потока не изменяется. С течением времени изменяется лишь его направление. Таким образом, во времени происходит непрерывное и равномерное изменение направления магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой, т. е. магнитное поле вращается с постоянной скоростью.
Рисунок 5.4 — Получение вращающегося магнитного поля
Направление вращения поля зависит от порядка чередования фаз, к которым подключаются катушки. Если его изменить, например, вторую катушку подключить к первой фазе, а первую — ко второй, направление вращения поля изменится на обратное. Этим широко пользуются на практике для изменения направления вращения двигателей переменного тока.
Вращающееся магнитное поле, образованное тремя катушками (одна пара полюсов), называется двухполюсным. Частота вращения поля определяется частотой переменного тока. При f = 50 Гц поле делает 50 об/с или 3000 об/мин. Увеличивая число катушек и тем самым число пар полюсов, можно замедлять вращение магнитного поля. Так, например, при шести катушках (2 пары полюсов) поле будет совершать 1500 об/мин. Следовательно, частота вращения магнитного поля в минуту обратно пропорциональна числу пар полюсов, т. е.:
где f — частота переменного тока, Гц;
р — число пар полюсов.
Вращающееся магнитное поле лежит в основе работы трехфазных электродвигателей — асинхронных и синхронных, оно возникает также в трехфазных генераторах. На нем базируется работа многих измерительных приборов (фазометров, тахометров и других устройств).
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №6
«Электрические цепи трехфазного переменного тока»
Задание 1
Указать единицы измерения:
| 1. Число оборотов вала | |
| 2. Период колебаний Т | |
| 3. Полное сопротивление | |
| 4. Полная мощность | |
| 5. Активная мощность | |
| 6. Реактивная мощность | |
| 7. Реактивная энергия | |
| 8. Активная энергия |
Задание 2
Написать формулу:
| 1. Линейное напряжение при соединении по схеме «звезда» | |
| 2. Линейные ток при соединении по схеме «звезда» | |
| 3. Линейное напряжение при соединении по схеме «треугольник» | |
| 4. Линейные ток при соединении по схеме «треугольник» | |
| 5. Активная мощность, потребляемая приемником от сети трехфазного тока. | |
| 6. Активная мощность, потребляемая фазой | |
| 7. Реактивная мощность потребляемая от сети трехфазного тока | |
| 8. Реактивная мощность, потребляемая фазой | |
| 9. Активная мощность трехфазной цепи при соединении в звезду | |
| 10. Активная мощность трехфазной цепи при соединении в треугольник | |
| 11. Реактивная мощность трехфазного тока | |
| 12. Полная мощность трехфазного тока | |
| 13. Активная мощность трехфазного тока | |
| 14. Реактивная энергия трехфазного тока | |
| 15. Ток в трехфазной цепи |
Задание 3
Решить задачу:
К трехфазной линии переменного тока напряжением U = 380/220 В подключены звездой электрические лампы накаливания мощностью 90 Вт по 20 шт. в фазе (нагрузка активная) и трехфазный асинхронный электродвигатель номинальной мощностью РН = 7,5 кВт, имеющий cos φ = 0,85; sin φ = 0,53; η Н = 0,88 (нагрузка реактивная) Определить токи в линиях цепи.
Задание 4
Решить задачу:
К трехфазной сети напряжением U = 380 В присоединена треугольником осветительная нагрузка (по 50 люминесцентных ламп на фазу). Мощность лампы P0 = 80 Вт, cos φ = 0.95 Определить токи в фазах и линейных проводах.
Задание 5
Решить задачу:
К трехфазной сети с линейными напряжениями (Uл = 380 В подключена соединенная треугольником равномерная нагрузка, каждая фаза которой имеет сопротивление z = 0,7 Ом. Определить фазные и линейные токи.
Задание 6
Изобразить схему подключения трехфазного электродвигателя: