Главная Движение носителей электрических зарядов



Глава 4

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

§ 4.1. Основные определения. Трехфазная система э. д. с

Трехфазные электрические цепи представляют собой частный случай многофазных цепей. Многофазная система электрических цепей есть совокупность нескольких однофазных электрических цепей, в каждом из которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, создаваемые общим источником энергии и сдвинутые друг относительно друга по фазе на один и тот же угол. Следует отметить, что термин «фаза» применяют для обозначения угла, характеризующего стадию периодического процесса, а также для названия однофазной цепи, входящей в многофазную цепь.

Обычно применяют симметричные многофазные системы, у которых амплитудные значения э. д. с. одинаковы, а фазы сдвинуты друг относительно друга на один и тот же угол 2я/т, где т - число фаз. Наиболее часто в электротехнике используют двухфазные, трехфазные, щестифазные цепи. Так, ь автоматике и в электроизмерительной технике широко распространены двухфазные системы, в электроэнергетике наибольшее практическое значение имеют трехфазные системы.

Трехфазные цепи - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2я/3. Передача электрической энергии на дальние расстояния по трехфазным цепям более выгодна, чем передача энергии по однофазным цепям; кроме того, трехфазные синхронные генераторы и двигатели, трехфазные асинхронные двигатели и трансформаторы более просты в производстве, экономичны и надежны в эксплуатации. В трехфазных системах достаточно просто получить вращающееся магнитное поле, воздействие которого на проводники с током положено в основу принципа работы асинхронных и синхронных электродвигателей.

Источником электрической энергии в трехфазной цепи является синхронный генератор, в трех обмотках которого, конструктивно сдвинутых друг относительно друга на угол 2я/3 и называемых фазами, индуцируются три э. д. с, фазы которых, в свою очередь, также сдвинуты относительно друг друга на угол 2я/3.

Устройство трехфазного синхронного генератора схематически показано на рис. 4.1. В пазах сердечника статора расположены три одинаковые обмотки. Для простоты будем считать, что каждая из обмоток состоит только из одного витка, т. е. из двух проводов, заложенных в диаметрально противоположных пазах статора. Эти два провода каждой из обмоток на заднем торце статора соединены друг с другом (показано пунктиром). На переднем торце статора витки обмоток оканчиваются зажимами А, В, С (начало обмоток) и соответственно зажимами X, У, Z (концы обмоток). Начала обмоток смещены относительно друг друга на угол 2я/3, и соответственно их концы также сдвинуты




Рис. 4.1

Рис. 4.2

относительно друг друга на угол 2я/3. Э. д. с. в обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, которое возбуждается постоянным током, проходящим по обмотке вращающегося ротора, которая называется обмоткой возбуждения. При равномерной частоте вращения ротора в обмотках статора индуцируются синусоидальные э. д. с. одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 2я/3.

Трехфазная система э. д. с, индуцируемых в статоре синхронного генератора, обычно представляет собой симметричную систему.

На электрических схемах обмотки статора трехфазного генератора условно изображают так, как показано на рис. 4.2, а; за условное положительное направление э. д. с. в каждой фазе генератора принимают направление от конца к началу обмотки.

Если фазу фазной э. д. с. А принять за исходную, равную нулю, то мгновенные значения э. д. с. трехфазного генератора (рис. 4.2, б) можно выразить аналитически:

. ел = Е,„&тса;

ев = E,„sin(at-2n/3y, (4.1)

ее = Е„ sin (ой - 4я/3) = £,„ sin (т -¥ 2я/3).

Для симметричной трехфазной системы э. д. с, согласно (4.1), справедливо равенство

+ ев + % = 0. (4.2)

Итак, алгебраическая сумма мгновенных значеннй э. д. с. симметричной трехфазной системы равна нулю.

Учитывая, что вектор э. д. с. фазы А совмещен с вещественной осью комплексной плоскости (рис. 4.3, а, б), для комплексных значений э. д. с. систему (4.1) можно записать следующим образом:

£е" = Е;





Рис. 4.3

£в = Ее-"" = Е cos

-jEsm\->l=--E-jE;

Ее = Ее- = £ cos + /Б sin "Y") ~

(4.3)

Из векторных диаграмм рис. 4.3, а, а также из уравнений (4.3) следует, что

Ёа + Ёв + Ёс = 0. (4.4)

Таким образом, сумма амплитуд или действующих значений э. д. с. симметричной трехфазной системы равна нулю.

На рис. 4.2, б показано изменение мгновенных значений э. д. с. трехфазного генератора, а на рис. 4.3, а,б даны его векторные диаграммы для прямой и обратной последовательности чередования фаз. Последовательность, с которой 3. д. с. в фазных обмотках генератора принимает одинаковые значения, назьшают порядком чередования фаз или последовательностью фаз. Если ротор генератора вращать в направлении, указанном на рис. 4.1, то получается последовательность чередования фаз ABC, т. е. э. д. с. фазы В отстает по фазе от э. д. с. фазы а и э. д. с. фазы с отстает по фазе от э. д. с. фазы В. Такую систему э. д. с. называют системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора на противоположное, то последовательность чередования фаз будет обратной. У генераторов роторы всегда вращаются в одном направлении, вследствие чего последовательность чередования фаз никогда не изменяется. На практике у генераторов обычно применяется прямая последовательность чередования фаз.

От последовательности чередования фаз зависит направление вращения трехфазных синхронных и асинхронных двигателей. Достаточно поменять местами две любые фазы двигателя, как возникает обратная последовательность чередования фаз и, следовательно, противоположное направление вращения двигателя.

Последовательность фаз необходимо также учитывать при параллельном включении трехфазных генераторов.-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [25] 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.011