Трехфазный переменный ток

Трехфазный переменный ток — это система трех синусоидальных токов, сдвинутых по фазе один относительно другого на треть периода.

Трехфазный переменный ток получил широкое распространение благодаря его важным преимуществам по сравнению с постоянным током:

трехфазный переменный ток одного напряжения легко преобразовать в трехфазный ток другого напряжения с помощью трансформатора, что используют, например, при передаче электроэнергии на большие расстояния;

получают экономию металла, расходуемого на провода (30…50%);

легко получают вращающееся магнитное поле, которое используется в асинхронных электродвигателях.

Трехфазный переменный ток получают с помощью генератора трехфазного тока, который состоит из двух основных частей: неподвижной — статора Сг и вращающейся — ротора Р (рис. 1.9).

Статор набирают из отдельных кольцеобразных изолированных один от другого специальным лаком листов электротехнической стали толщиной 0,3…0,5 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Три обмотки (фазы генератора) АХ, BY и CZ укладывают в специально выштампованные на внутренней поверхности статора пазы. Оси обмоток сдвинуты одна относительно другой на угол 120°.

Ротор трехфазного генератора — это двухили более полюсный постоянный магнит (или электромагнит), расположенный на валу. В мощных генераторах ротор набран, так же, как и статор, из

Рис. 1.9. Устройство трехфазного генератора: а — схематическое изображение; 6 — графики ЭДС.

отдельных изолированных стальных листов и имеет обмотку возбуждения, которая питается постоянным током.

Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем — водяной паровой или газовой турбиной, двигателем внутреннего сгорания и т. п. Так как силовые линии магнитного поля вращающегося ротора неодновременно пересекают витки фазных обмоток генератора, то ЭДС обмоток сдвинуты одна относительно другой на 1/3 периода, как показано на рисунке 1.9. В любой момент времени сумма мгновенных значений ЭДС в обмотках трехфазного генератора равняется нулю.

Каждая из обмоток фаз трехфазного генератора может служить самостоятельным источником энергии и питать отдельный электроприемник. При этом получают так называемую несвязанную трехфазную систему.

У каждой фазы генератора различают начало (А, В, С) и конец (*, У, Z).

При соединении всех трех концов или трех начал фаз генератора в одну точку, как показано на рисунке 1.10, получают соединение, называемое звездой (условное обозначение У). При соединении конца первой фазы с началом второй, конца второй с началом третьей и конца третьей с началом первой фазы (рис. 1.11) получают соединение, называемое треугольником (условное обозначение Д).

Рис. 1.11. Соединение фаз генератора и потребителя треугольником

Рис. 1.10. Соединение фаз генератора и потребителя звездой

Трехфазные генераторы, трансформаторы, электроприемники, питаемые ими, и провода их соединяющие образуют трехфазную систему.

При соединении фаз генератора (трансформатора) звездой точку, в которой соединены все фазы (точка N), называют нулевой, а провод Nn, идущий от нее к приемникам электрической энергии, — нейтральным проводом, или нулевым. Нулевую точку генератора (трансформатора) в ряде случаев заземляют.

Рис. 1.12. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной четырехпроводной системы электроснабжения

Провода Аа, Вв и Сс, соединяющие фазы генератора и фазы электроприемника, называют линейными. Между линейными проводами действуют линейные напряжения U_Ag, Uао U. во а между нейтральным проводом и каждым из линейных действует фазное напряжение U_A, Ug, ^ис?

Соотношение между линейными и фазными напряжениями в трехфазной системе при соединении фаз генератора звездой легко установить по векторной диаграмме (рис. 1.12).

напряжения больше в V3 раз фазных

При этом линейные jokh равны фазным (/_л = /_ф), а линейные

Линейные токи:

где Ua, U_B, U_c — фазные напряжения; Z_A, Z_B. Z_c — сопротивления фаз приемника.

Ток в нулевом проводе I_N равен геометрической (векторной) сумме линейных токов

При соединении фаз генератора и электроприемника треугольником (рис. 1.13) линейные напряжения U_Ag, Ubo Uca одновременно являются и фазными. Фазные токи электроприемника.

где Z_AB, Z_BC, Zqa — сопротивление фаз элсктроприемника.

Линейные токи в этом случае равны геометрической (векторной) разности фазных токов:

Линейные токи в V3 раз больше фазных.

Активная мощность трехфазной системы при соединении фаз электроприемника звездой и треугольником равна сумме мощностей отдельных фаз.

При равномерной нагрузке фаз.

Мощность, потребляемая трехфазными электроприемниками,.

В сельскохозяйственном производстве получила распространение трехфазная четырехпроводная система 380/220 В (звезда с нейтральным проводом), которая позволяет иметь два значения напряжения, отличающиеся в Траза. В практике находит применение также трехфазная система с напряжением 660/380 В.

Электроприемники, включаемые в трехфазную сеть, могут быть как однофазными, так и трехфазными. Трехфазная система может иметь симметричную или несимметричную нагрузки. Симметричная нагрузка — это нагрузка, у которой все три фазы имеют одинаковые активные и реактивные составляющие сопротивлений. Если это требование не выполняется, то нагрузку называют несимметричной. Формулы (1.31) и (1−32) справедливы для симметричных нагрузок.

Фазы трехфазных электроприемников соединяют звездой или треугольником в зависимости от номинального напряжения, на которое рассчитан электроприемник. На рисунке 1.13 показана схема включения однофазных и трехфазных электроприемников в

Рис. 1.13. Схема включения однофазных и трехфазных электроприемников в трехфазную сеть трехфазную четырехпроводную систему с напряжением 380/220 В. Группа ламп накаливания EL соединена звездой, однофазный электродвигатель Ml включен на линейное напряжение U" = 380 В, нагревательный элемент ЕКтакже включен на линейное напряжение U_AC, трехфазный электродвигатель М2 соединен звездой, батарея конденсаторов СВ — треугольником.