Принцип построения трехфазной системы.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Принцип построения трехфазной системы.



Трехфазной системой переменного тока сегодня называется совокупность трех однофазных переменных токов одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга на 1/3 периода (120°).

Для того чтобы выяснить, как получают трехфазный переменный ток, кратко рассмотрим устройство трехфазного генератора. Трехфазный генератор состоит из трех одинаковых, изолированных друг от друга обмоток, расположенных на статоре и сдвинутых по фазе на 120°.

 

Рис. 5. 1

 

В центре статора вращается электромагнит (рис. 5.1). При этом форма магнита такова, что магнитный поток, пронизывающий каждую катушку, изменяется по косинусоидальному закону.

 

e1 = E0 sin ωt;     e2 = E0 sin (ωt - 1200);

e3 = E0 sin (ωt - 2400).         5. 1

 

Рис . 5. 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. Каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z.

Схема трехфазной системы изображена на рис. 5.3.

Рис. 5. 3

 

На рис. 5.3 показаны обмотки генератора, в которых индуктируются три сдвинутые по фазе ЭДС: Е1, Е2, Е3; справа – подключенные к генератору приемники энергии: Z1, Z2, Z3. Трехфазная шестипроводная система является неэкономичной из-за значительного числа проводов. Поэтому чаще всего применяют четырех - или трехпроводные системы.  

По закону электромагнитной индукции в катушках будут индуцироваться ЭДС равной амплитуды и частоты, отличающиеся друг от друга по фазе на 120°.

Рис. 5. 4

Эти три ЭДС можно изобразить на временной (рис. 5.4) и векторной (рис. 5.5) диаграммах.

 

Рис. 5. 5

 

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

eA = Em sin ωt, eB = Em sin (ωt – 120°), eC = Em sin (ωt – 240°).             5. 2

 

Из графика мгновенных значений (рис. 5.4) следует

eA + eB + eC = 0.                                                             5. 3

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис. 5.5, а.

На диаграмме рис. 5.5, а вектор ЕA направлен вертикально, так как при расчете трехфазных цепей принято направлять вертикально вверх ось действительных величин. Из векторных диаграмм рис. 5.5 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

ЕА + ЕВ + ЕС = 0.                                        5. 4

 

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. 5.5, б) и будет называться обратной. Невыполнение одного из этих условий или обоих вместе является причиной несимметричного режима. Для получения трехфазной системы, необходимо определенным образом соединить ее цепи. Существуют два основных способа соединения: звездой и треугольником.

 5.3. Соединение звездой

Отдельные фазы трехфазной системы принято обозначать латинскими буквами А, В и С. Этими же буквами обозначают начала обмоток генератора. Концы обмоток обозначают буквами X, Y и Z.

Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через ее начало и входит в нее через ее конец (рис. 4.6). Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам присоединить провода, идущие к приемникам электрической энергии (у которых концы также соединены в общей точке СГ), то мы получим соединение звездой (рис. 5.6).

Рис. 5. 6

 

Мы видим, что контуры, по которым замыкаются фазные токи, при таком соединении не изменятся. Следовательно, по общему обратному проводу будет протекать ток, равный сумме токов трех фаз:

.                                            5. 5

Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120°:

IA = Im sin ωt;    IB = Im sin (ωt – 120o);    IC = Im sin (ωt – 240o).          5. 6

Рис. 5. 7

 

Точка соединения концов обмоток генератора или концов нагрузок называется нулевой. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приемниками электроэнергии, называются линейными. Система трехфазного тока с нулевым проводом называется четырехпроводной. В цепях трехфазного тока вне зависимости от способа соединения различают два типа напряжений – линейные  и фазные – и два типа токов – линейные  и фазные. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным и нулевым проводом – фазным, для обозначения линейных напряжений будем пользоваться двойными индексами, а фазных – одинарными (см. рис. 5.7). Токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в нагрузках фаз – фазными.

На первый взгляд, может показаться, что поскольку в нулевом проводе ток равен нулю, то этот провод можно совсем убрать, оставив только три линейных провода. Однако это, не всегда возможно. В случае несимметричной нагрузки отсутствие нулевого провода приведет к перераспределению фазных напряжений, в результате чего некоторые из них станут выше номинального (что недопустимо), а некоторые – ниже. Если при несимметричной нагрузке включить нулевой провод, то по нему будет протекать некоторый ток, а все фазные напряжения будут равны номинальному. Наличие нулевого провода обеспечивает равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке.

При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным, т.е. IL = IФ.

По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n(N) имеем в комплексной форме

İN = İA + İB + İC.                                                                  5. 7

 

 

Рис. 5. 8

 

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.

ÚAB = ÚAÚB; ÚBC = ÚBÚC; ÚCA = ÚCÚA.                            5. 8

 

Согласно этим выражениям на рис. 5.8, а построена векторная диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична: UAB, UBC, UCA равны по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение UЛ), и опережают, соответственно, векторы фазных напряжений UA, UB, UC, (UФ) на угол 30°.

Действующие значения линейных напряжений можно определить графически по векторной диаграмме или по формуле, которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:

UЛ = 2 UФ cos 30°,

или

UЛ = UФ.                                                                     5. 9

 

Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношениями:

UЛ = 660 В; UФ = 380 В; UЛ = 380 В; UФ = 220 В; UЛ = 220 В; UФ = 127 В.

Наличие двух напряжений (линейного и фазного) является достоинством четырехпроводной линии.

Можно считать, что между нулевой точкой генератора и нулевой точкой приемника разность потенциалов отсутствует.

Соединение звездой без нулевого провода применяют при подключении обмоток трехфазных двигателей, а соединение с нулевым проводом при электрификации жилых домов. При электроснабжении жилых домов в них вводят четырехпроводной кабель. В квартиры же подается один нулевой провод и один линейный. При этом линейные провода чередуются от квартиры к квартире для того, чтобы наиболее равномерно загрузить сеть по фазам.

Рис. 5. 9. Схема электроснабжения жилого дома

 

Установка предохранителей в нулевом проводе на распределительных щитах категорически запрещена, так как при его перегорании фазные напряжения могут стать неравными, а это приводит к превышению номинального напряжения в некоторых фазах и выходу из строя осветительных и бытовых приборов.

 



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.16.13 (0.011 с.)