1.1.4. Трехфазные электрические цепи.
Трехфазной называется электрическая цепь, содержащая три источника ЭДС, фазы которых отличаются на 120°. Трехфазные цепи широко применяются в электроэнергетике, благодаря их экономичности (меньшему количеству проводов, связывающих источники ЭДС с нагрузкой) и простоте реализации трехфазных электрических двигателей.
Трехфазное напряжение вырабатывается трехфазным электромашинным генератором, устройство которого показано на рис. 1.31.
Рис. 1.31. Трехфазный электромашинный генератор
На неподвижной части машины — статоре (1) по его окружности через 120° размещены три пары полюсов (2): А—Х, B—Y и С—Z с обмотками, которые называют фазными обмотками или фазами. Фазы обозначаются буквами А, В, С. Подвижная вращающаяся чисть машины — ротор (3), представляет собой электромагнит. Концы обмотки (4) этого электромагнита ротора соединены с медными кольцами на валу машины, на которые через контактные угольные щетки подается постоянное напряжение возбуждения. При вращении электромагнита ротора, силовые линии его магнитного поля пересекают обмотки статора и наводят в них три ЭДС, смещенные по фазе друг относительно друга на 120°.
.
Векторная диаграмма напряжений имеет вид, показанный на рис. 1.32.
Рис. 1.32. Векторная и временная диаграммы напряжений на выходе трехфазного
генератора
В трехфазных электрических цепях фазные обмотки генератора соединяются звездой или треугольником, образуя соответствующие системы трехфазного переменного тока.
В случае соединения фазных обмоток генератора звездой (рис. 1.33) их концы X, Y, Z соединяются в общей нейтральной точке, обозначаемой, как точка условного нулевого потенциала ― «0». Начала фазных обмоток подключаются к линейным проводам, соединяющим генератор с нагрузкой. Обычно сопротивления нагрузки так же включаются звездой. Нейтральные точки нагрузки и генератора при этом соединяются нулевым проводом, который, как правило, заземляется.
Рис. 1. 33. Система трехфазного тока «Звезда»
Напряжение
между линейными проводами называется
линейным Uл,
(на рисунке ― это
а между началом и концом фазной обмотки
― фазным Uф
(
).
Из векторной диаграммы (рис. 1.33) следует,
что
.
(например, при Uф=220
В, Uл=380
В). Линейный ток в схеме «Звезда» равен
фазному (
).
В схеме с нулевым проводом каждая
нагрузка подключена к своей фазе и ток
в ней не зависит от тока других фаз, что
позволяет работать системе с несимметричной
нагрузкой.
При соединении фаз треугольником конец одной фазной обмотки генератора соединяется с началом другой и так для всех обмоток (рис. 1.34). Ветви нагрузки при этом обычно тоже соединяются треугольником.
Рис. 1.34. Система трехфазного тока «Треугольник»
В
системе «Треугольник» при симметричной
нагрузке линейное и фазное напряжения
равны (
),
а линейный ток
.
Мощность трехфазной электрической цепи равна сумме мощностей фаз.
При симметричной нагрузке:
.
Мгновенная мощность
Таким образом, при симметричном режиме работы цепи мощность трехфазной цепи не зависит от времени и активна. Это постоянство мощности нагрузки создает благоприятные условия для работы трехфазного генератора.