Меню

Трехфазные цепи синусоидального тока это

Трёхфазная цепь

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Трёхфазная цепь» в других словарях:

ТРЁХФАЗНАЯ ЦЕПЬ — электрическая цепь переменного тока, в которой действуют три синусоидальных напряжения, имеющих одинаковые амплитуды и частоты и сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°. Электрическая цепь может быть получена путём соединения трёх цепей … Большая политехническая энциклопедия

трёхфазная цепь — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN three phase circuit … Справочник технического переводчика

трёхфазная цепь — электрическая цепь переменного тока, в которой действуют 3 синусоидальных напряжения одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга (обычно на 120°). Трёхфазные цепи экономичнее однофазных, дают существенно меньшие пульсации тока… … Энциклопедический словарь

ТРЁХФАЗНАЯ ЦЕПЬ — электрич. цепь перем. тока, в к рой действуют 3 синусоид, напряжения одинаковой частоты, сдвинутые по фазе (обычно на 120°). Т. ц. экономичнее однофазных, дают существенно меньшие пульсации тока после выпрямления, позволяют простыми средствами… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Трёхфазная цепь — … Википедия

Трёхфазная система электроснабжения — Трёхфазная система электроснабжения частный случай многофазных систем электрических цепей, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый… … Википедия

Электрическая цепь — совокупность источников, приёмников электрической энергии и соединяющих их проводов. Кроме этих элементов, в Э. ц. могут входить выключатели, переключатели, предохранители и другие электрические аппараты защиты и коммутации, а также… … Большая советская энциклопедия

Доливо-Добровольский, Михаил Осипович — Михаил Осипович Доливо Добровольский Дата рождения: 2 января 1862(1862 01 02) Место рождения … Википедия

Фазовый провод — Графическое представление зависимости фазных токов от времени Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим. Возможная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах Трёхфазн … Википедия

Выпрямитель тока — преобразователь электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. Большинство мощных источников электрической энергии вырабатывают ток переменного направления (см. Переменный ток). Однако многие электрические… … Большая советская энциклопедия

Источник



Трехфазные цепи синусоидального тока это

Электрические цепи трехфазного синусоидального тока

Трехфазной системой называется совокупность трехфазного источника и трехфазного приемника, электрически связанных между собой. Трехфазная система по сравнению с однофазной намного сложней, однако, она имеет и ряд преимуществ.

Экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазной

Возможность сравнительно простого получения вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя- одного из самых распространенных двигателей переменного тока

Возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Элементы трехфазной системы

Трехфазным источником называется совокупность трех однофазных источников одинаковой частоты с суммарным фазовым сдвигом равным 2 p .

Если амплитуды ЭДС в каждой фазе одинаковые и сдвиг по фазе между двумя любыми смежными ЭДС равен 2 p /3, то система ЭДС называется симметричной. При несоблюдении любого из этих условий система ЭДС называется несимметричной.

Выражения для мгновенных значений ЭДС симметричной трехфазной системы можно представить в следующем виде:

e A = E m sin ωt , e B = E m sin( ωt — 2 p /3), e C = E m sin( ωt — 4 p /3).

При переходе к комплексным амплитудам имеем

mA = E m , mB = E m e — j 2 p /3 , mC = E m e — j 4 p /3 = E m e + j 2 p /3 .

Важным свойством симметричной трехфазной системы является равенство нулю суммы мгновенных значений фазных ЭДС , т.е.

e A + e B + e C = 0.

Справедливым является и равенство

mA + mB + mC = E m (1 + e — j 2 p /3 + e + j 2 p /3 ) = 0,

что легко показать и на векторной диаграмме.

Чтобы уменьшить число проводов, которыми соединяются трехфазные источники и трехфазные приемники, и тем самым сократить стоимость линии электропередачи, отдельные фазы источников соединяют между собой по схеме “звезда” или “ треугольник”.

Соединение источников по схеме “звезда”

При соединении звездой концы X,Y,Z трех фаз (рис.9.1, а ), соединяют в один общий узел. Этот общий узел “О”называется нейтралью или нулевой точкой. За положительные направления ЭДС источников е А , е B , е C принимают направления от концов фаз к их началам (A,B,C). Для характеристики трехфазного источника используют понятия фазных и линейных напряжений.

Фазными напряжениями источника называют напряжения A , B , C между началами и концами фаз источника ( генератора или трансформатора) .

Провода, соединяющие зажимы А,В,С источника с приемниками, называются линейными. Токи А , B , C , протекаюшие в линейных проводах, называются линейными. Напряжения между линейными проводами называются линейными. На рис. 9.1,а эти напряжения обозначены как AB , BC , , CA .. Видно, что

AB = A — B , BC = B — C , CA = C — A .

Векторная диаграмма, соответствующая полученным уравнениям, представлена на рис. 9.1,б. Анализ этой диаграммы показывает, что

а) если равны действующие значения фазных напряжений источника, т.е.

U A = U B = U C = U Ф ,

то равны и действующие значения линейных напряжений источника, т.е.

U AB = U BC = U CA = Uл;

б) из геометрических соотношений легко установить, что U л = Ц 3U ф ;

в) если фазные напряжения образуют симметричную трехфазную систему, то и линейные напряжения образуют симметричную трехфазную систему, т.е.

AB + BC + CA = 0.

Наиболее распространены номинальные напряжения промышленных электрических сетей 380 В, 220 В, 127 В. При соединении звездой при U л =380 В U ф =380/ Ц 3=220 В, при U л =220 В U ф =220/ Ц 3=127 В.

Это дает возможность включать однофазные приемники, рассчитанные на 2 напряжения к одному трехфазному источнику.

Соединение фаз источника треугольником

При соединении фаз источника треугольником конец X фазы АX соединяется с началом B фазы BY, конец Y фазы BY соединяется с началом C фазы CZ и конец Z последней – с началом A фазы АX. Такая схема представлена на рис. 9.2,а, а векторная диаграмма – на рис. 9.2,б.

Анализируя схему и векторную диаграмму легко установить, что

а) линейные напряжения источника равны соответствующим фазным напряже-ниям, т.е. AВ = A , BC = B ,, CA = C ;

б) для симметричной трехфазной системы ЭДС действующие значения линейных и фазных напряжений одинаковы, т.е

U A = U B = U C = U AB = U BC = U CA = U л = U ф .

в) в замкнутом контуре, образованном источниками, не возникает тока только при идеальной симметриии источников, когда выполняется равенство e A + e B + e C = 0. При наличии несимметрии ток в этом контуре возникает даже при отсутствии нагрузки.

Трехфазные приемники (нагрузки)

Трехфазные приемники, как и источники, могут быть соединены звездой или треугольником, как показано на рис.9.3,а,б.

Если комплексные сопротивления фаз равны между собой, то нагрузка фаз называется симметричной. Если комплексные сопротивления фаз отличны друг от друга, то нагрузка называется несимметричной. Если пренебречь сопротивлениями линейных проводов, то в обоих случаях линейные напряжения трехфазных приемников равны соотвествующим линейным напряжениям источников, т.е.

AВ = ab , BC = bc ,, CA = ca

Для нагрузки, фазы которой Z a , Z b и Z c соединены звездой (рис.9.3,а), токи в фазах всегда равны соответствующим линейным токам, т.е. A = a , B = b , C = c . Напряжения на фазах нагрузки зависят от способа соединения с источником ( трехпроводной или четырехпроводной) и от параметров нагрузки.

При соединении треугольником ( рис.9.3,б) нагрузка каждой фазы включается непосредственно между линейными проводами и поэтому всегда фазные напряжения на нагрузке равны соответствующим линейным напряжениям источника. Токи в фазах нагрузки находятся по закону Ома как

ab = Y ab AB , bc = Y bc BC , ca = Y ca CA ,

где Y ab , Y сb , Y сa – комплексные проводимости фаз.

Применяя первый закон Кирхгофа к узлам цепи, получим линейные токи, выраженные через фазные токи:

A = ab — ca , B = bc — ab , C = ca — bc

Векторная диаграмма, соответствующая общему несимметричной нагрузки приведена на рис.9.4,а . Диаграмма на рис. 9.4,б соответствует симметричной нагрузке.

Для симметричной нагрузки справедливы равенства

I ab =I bc =I ca =I ф

Читайте также:  Трансформатор тока клеммная колодка

Важной особенностью соединения приемников треугольником является независимость режима работы каждой фазы от других фаз. При изменении сопротивления в одной из фаз будут меняться ток данной фазы и линейные токи в проводах, соединенных с этой фазой. Токи в двух других фазах при этом не изменятся. Поэтому схема соединения приемников треугольником широко используется при несимметричной нагрузке фаз.

Расчет и анализ различных схем трехфазных цепей

Четырехпроводная схема “звезда-звезда” (рис. 9.5,а).

Здесь источник и нагрузку связывают не только три линейных провода, но и провод, соединяющий нулевые точки источника и приемника (нулевой провод). Ток в этом проводе называется нулевым и обозначается 0 .

В этой схеме фазные напряжения источника и приемника одинаковы, т.е.

A = a , B = b , C = c .

Линейные токи находятся на основании закона Ома как

A = Y a A , B = Y b B , C = Y c C .

Ток в нулевом проводе находится на основании узлового уравнения Кирхгофа как сумма линейных токов

При симметричной нагрузке токи в фазах образуют симметричную систему токов и потому ток в нулевом проводе равен 0, т.е. 0 = A + B + C =0. Этому случаю соответствует векторная диаграмма, представленная на рис. 9.5,б.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен 0, т.е. 0 = A + B + C № 0. Этому случаю соответствует векторная диаграмма, представленная на рис. 9.5,в. В этом случае изменение сопротивления одной из фаз нагрузки влияет на ток только данной фазы и ток в нулевом проводе.

Трехпроводная схема “звезда-звезда” (рис. 9.6,а).

В общем случае в этой схеме из-за отсутствия нулевого провода фазные напряжения приемника не равны фазным напряжениям источника и могут быть найдены на основании второго закона Кирхгофа по формулам

a = A — 0 , b = B — 0 , c = C — 0 ,

где 0 –напряжение смещения нейтрали. В свою очередь последнее определяется как

Фазные и соответствующие им линейные токи, а так же ток в нулевом проводе находим из следующих соотношений

A = Y a a , B = Y b b , C = Y c c .

При симметричной нагрузке, когда Y a =Y b =Y c напряжение смещения нейтрали 0 =0 и фазные напряжения источника и приемника одинаковы, как и в четырехпроводной схеме (см. векторную диаграмму на рис. 9.6,б).

При несимметричной нагрузке, когда Y a № Y b № Y c напряжение смещения нейтрали 0 № 0 и фазные напряжения источника и приемника различны (см. векторную диаграмму на рис. 9.6,в).

Как видно при отсутствии нулевого провода изменение сопротивления одной из фаз приемника приводит к изменению напряжения 0 и, как следствие, к изменению фазных напряжений и токов других фаз.

Заметим, что при обрыве нулевого провода в четырехпроводной схеме несимметрия нагрузки приводит к несимметрии фазных напряжений и к взаимовлиянию фаз. Вот почему предохранители никогда не ставят в нулевой провод.

Мощность в трехфазной цепи

Трехфазная цепь является совокупностью трех однофазных цепей, поэтому ее мощность может быть определена как сумма мощностей фаз.

При соединении звездой активную P и реактивную Q мощности системы в общем случае можно определить как

P = P a + P b + P c = U a I a cos j a + U b I b cos j b + U c I c cos j c = I a 2 R a + I b 2 R b + I c 2 R c ,

Q = Q a + Q b + Q c = U a I a sin j a + U b I b sin j b + U c I c sin j c = I a 2 X a + I b 2 X b + I c 2 X c .

Если нагрузка соединена треугольником, то активная и реактивная мощности будут равны

P = P ab + P bc + P ca = U ab I ab cos j ab + U bc I bc cos j bc + U ca I ca cos j ca =

= I ab 2 R ab + I bc 2 R bc + I ca 2 R ca ,

Q = Q ab + Q bc + Q ca = U ab I ab sin j ab + U bc I bc sin j bc + U ca I ca sin j ca =

= I ab 2 X ab + I bc 2 X bc + I ca 2 X ca .

В частном случае симметричной нагрузки эти мощности равны соответственно

P = 3 U ф I ф cos j ф = Ц 3 U л I л cos j ф , Q = 3 U ф I ф sin j ф = Ц 3 U л I л sin j ф

Полную мощность можно определить из треугольника мощностей как

В частном случае симметричной нагрузки полную мощность можно найти по формуле

Следует обратить внимание на то, что полная мощность трехфазной цепи не является суммой полных мощностей фаз .

Источник

Трехфазные цепи синусоидального тока это

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Отметим, что обычно эти ЭДС, в первую очередь в силовой энергетике, синусоидальны. Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой, т.е. фаза – это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке.

Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два различных значения:

  • фаза как аргумент синусоидально изменяющейся величины;
  • фаза как составная часть многофазной электрической системы.

Разработка многофазных систем была обусловлена исторически. Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений.

Важнейшей предпосылкой разработки многофазных электрических систем явилось открытие явления вращающегося магнитного поля (Г.Феррарис и Н.Тесла, 1888 г.). Первые электрические двигатели были двухфазными, но они имели невысокие рабочие характеристики. Наиболее рациональной и перспективной оказалась трехфазная система, основные преимущества которой будут рассмотрены далее. Большой вклад в разработку трехфазных систем внес выдающийся русский ученый-электротехник М.О.Доливо-Добровольский, создавший трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, предложивший трех- и четырехпроводные цепи, в связи с чем по праву считающийся основоположником трехфазных систем.

Источником трехфазного напряжения является трехфазный генератор, на статоре которого (см. рис. 1) размещена трехфазная обмотка. Фазы этой обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на эл. рад. На рис. 1 каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С, а концы- соответственно прописными x,y,z. ЭДС в неподвижных обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, создаваемым током обмотки возбуждения вращающегося ротора (на рис. 1 ротор условно изображен в виде постоянного магнита, что используется на практике при относительно небольших мощностях). При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на рад. (см. рис. 2).

Трехфазные системы в настоящее время получили наибольшее распространение. На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются:

— экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния;

— самым надежным и экономичным, удовлетворяющим требованиям промышленного электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

— возможность получения с помощью неподвижных обмоток вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств;

— уравновешенность симметричных трехфазных систем.

Для рассмотрения важнейшего свойства уравновешенности трехфазной системы, которое будет доказано далее, введем понятие симметрии многофазной системы.

Система ЭДС (напряжений, токов и т.д.) называется симметричной, если она состоит из m одинаковых по модулю векторов ЭДС (напряжений, токов и т.д.), сдвинутых по фазе друг относительно друга на одинаковый угол . В частности векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствующей трехфазной системе синусоид на рис. 2, представлена на рис. 3.

Рис.3 Рис.4

Из несимметричных систем наибольший практический интерес представляет двухфазная система с 90-градусным сдвигом фаз (см. рис. 4).

Все симметричные трех- и m-фазные (m>3) системы, а также двухфазная система являются уравновешенными. Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует (см. рис. 5,а), изменяя за время одного периода не только величину, но в общем случае и знак, суммарная мгновенная мощность всех фаз остается величиной постоянной в течение всего периода синусоидальной ЭДС (см. рис. 5,б).

Читайте также:  Почему бьет током от антенного кабеля

Уравновешенность имеет важнейшее практическое значение. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Такая переменная механическая нагрузка вредно отражалась бы на энергогенерирующей установке, сокращая срок ее службы. Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям.

Если симметрия нарушается (двухфазная система Тесла в силу своей специфики в расчет не принимается), то нарушается и уравновешенность. Поэтому в энергетике строго следят за тем, чтобы нагрузка генератора оставалась симметричной.

Схемы соединения трехфазных систем

Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, т.е. будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично. В этой связи подобные системы не получили широкого применения на практике.

Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение в звезду

На рис. 6 приведена трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду. Здесь провода АА’, ВВ’ и СС’ – линейные провода.

Линейным называется провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной (на рис. 6 N и N’ – соответственно нейтральные точки генератора и нагрузки).

Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных, к линии — линейных. Как видно из схемы на рис. 6, при соединении в звезду линейные токи и равны соответствующим фазным токам. При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе . Если система фазных токов симметрична, то . Следовательно, если бы симметрия токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Как будет показано далее, нейтральный провод обеспечивает поддержание симметрии напряжений на нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные напряжения генератора (см. рис. 6) действуют от точек А,В и С к нейтральной точке N; — фазные напряжения нагрузки.

Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать

; (1)
; (2)
. (3)

Отметим, что всегда — как сумма напряжений по замкнутому контуру.

На рис. 7 представлена векторная диаграмма для симметричной системы напряжений. Как показывает ее анализ (лучи фазных напряжений образуют стороны равнобедренных треугольников с углами при основании, равными 300), в этом случае

Обычно при расчетах принимается . Тогда для случая прямого чередования фаз , (при обратном чередовании фаз фазовые сдвиги у и меняются местами). С учетом этого на основании соотношений (1) …(3) могут быть определены комплексы линейных напряжений. Однако при симметрии напряжений эти величины легко определяются непосредственно из векторной диаграммы на рис. 7. Направляя вещественную ось системы координат по вектору (его начальная фаза равна нулю), отсчитываем фазовые сдвиги линейных напряжений по отношению к этой оси, а их модули определяем в соответствии с (4). Так для линейных напряжений и получаем: ; .

Соединение в треугольник

В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывает несимметричной, очень важно на практике, например, в схемах с осветительными приборами, обеспечивать независимость режимов работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной, подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника в треугольник. Но в треугольник также можно соединить и фазы генератора (см. рис. 8).

Для симметричной системы ЭДС имеем

Таким образом, при отсутствии нагрузки в фазах генератора в схеме на рис. 8 токи будут равны нулю. Однако, если поменять местами начало и конец любой из фаз, то и в треугольнике будет протекать ток короткого замыкания. Следовательно, для треугольника нужно строго соблюдать порядок соединения фаз: начало одной фазы соединяется с концом другой.

Схема соединения фаз генератора и приемника в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно, что при соединении в треугольник линейные напряжения равны соответствующим фазным. По первому закону Кирхгофа связь между линейными и фазными токами приемника определяется соотношениями

Аналогично можно выразить линейные токи через фазные токи генератора.

На рис. 10 представлена векторная диаграмма симметричной системы линейных и фазных токов. Ее анализ показывает, что при симметрии токов

В заключение отметим, что помимо рассмотренных соединений «звезда — звезда» и «треугольник — треугольник» на практике также применяются схемы «звезда — треугольник» и «треугольник — звезда».

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. Какой принцип действия у трехфазного генератора?
  2. В чем заключаются основные преимущества трехфазных систем?
  3. Какие системы обладают свойством уравновешенности, в чем оно выражается?
  4. Какие существуют схемы соединения в трехфазных цепях?
  5. Какие соотношения между фазными и линейными величинами имеют место при соединении в звезду и в треугольник?
  6. Что будет, если поменять местами начало и конец одной из фаз генератора при соединении в треугольник, и почему?
  7. Определите комплексы линейных напряжений, если при соединении фаз генератора в звезду начало и конец обмотки фазы С поменяли местами.
  8. На диаграмме на рис. 10 (трехфазная система токов симметрична) . Определить комплексы остальных фазных и линейных токов.
  9. Какие схемы соединения обеспечивают автономность работы фаз нагрузки?

Источник

Трехфазные цепи синусоидального тока

В трехфазных цепях переменного тока используются три синусоидальные э.д.с. одинаковой амплитуды, частоты и с одинаковым фазовым сдвигом между соседними э.д.с., равным 120˚:

Для получения трехфазной системы э.д.с. используют электрические генераторы, в которых обмотки якоря расположены по статору равномерно с пространственным углом 120º.

Для передачи электрической энергии используют одну из двух схем соединения источников и приемников энергии – соединение звездой и треугольником. Могут использовать комбинации соединения, когда источники соединены звездой, а потребители – треугольником, или наоборот. Это позволяет применять трех- или четырехпроводную линию передачи. При симметричной нагрузке, что обычно бывает при подключении, например, трехфазных электродвигателей, достаточно трех проводов. При несимметричной нагрузке требуется четвертый провод, называемый нейтральным проводом, или нейтралью. На рис. 11 представлена схема трехфазной цепи переменного тока при соединении источников и приемников энергии звездой. Буквами А, В и С обозначены концы обмоток генераторов соответственно фаз А, В и С. Буквой О обозначена общая точка соединения начал обмоток источников фаз, О` – общая точка соединения потребителей.

Напряжение между началом и концом каждой обмотки генератора отдельной фазы называется фазным напряжением. Напряжение между концами обмоток отдельных фаз называется линейным. Линейное напряжение больше фазного в раз (или в 1,73 раза).

Рис. 11. Схема трехфазной цепи при соединении источников

и приемников энергии звездой

Читайте также:  Ток проводимости опн 35кв

В случае симметричной нагрузки и при соединении источников и приемников звездой токи в каждой нагрузке равны по величине, но сдвинуты относительно друг друга по фазе на угол 120˚, при этом в нейтральном проводе тока нет, и этот провод можно не использовать. Если нагрузка фаз не равна по величине или по характеру (в разных фазах используют неодинаковые активные, индуктивные и емкостные элементы), то будут либо разные по амплитуде токи, либо при равенстве величины токов нагрузок фаз будут их фазовые сдвиги будут отличаться от 120˚, поэтому в нейтральном проводе появится ток. Если же нейтрального провода не будет, то возникнет эффект перераспределения напряжений источников на нагрузках фаз, что приведет к разным напряжениям в нагрузках: на нагрузке каких-то фаз напряжение станет больше, а на нагрузке других фаз напряжение уменьшится. Это явление носит название перекоса фаз.

При соединении потребителей треугольником фазные и линейные напряжения равны, а токи в нагрузках фаз (при симметричной нагрузке) будут меньше токов в проводах линии (линейных токов) в 1,73 раза.

При построении векторной диаграммы цепи трехфазного тока сначала строят вектора фазных (при соединении звездой или) линейных (при соединении треугольником) напряжений, потом к полученной системе э.д.с. добавляют вектора токов нагрузок отдельных фаз, учитывая те фазовые сдвиги, на которые эти токи сдвинуты относительно своих напряжений.

Вопросы по теме

1. Как получают трехфазный электрический ток?

2. В чем преимущества трехфазного тока перед однофазным?

3. Способы соединения источников и приемников энергии в трехфазной линии передачи и потребления электрического тока.

4. Как определить фазные и линейные напряжения и токи?

5. Как построить векторную диаграмму цепи трехфазного тока?

6. Зачем нужен нейтральный провод?

7. В чем заключается явление перекоса фаз и как с ним бороться?

8. Нужен ли нейтральный провод при подключении к трехфазной цепи трехфазного электродвигателя?

9. Как выбрать способ включения нагрузки в трехфазной цепи – звездой или треугольником?

10. Можно ли в нейтральный провод включать выключатели, прерыватели, плавкие предохранители? Ответ обоснуйте.

11. Как измерить полную мощность в трехфазной цепи?

Задания для самостоятельного выполнения

Задание № 1

В симметричной трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой фазные напряжения равны 220 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз активные и равны 110 Ом. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, построить векторную диаграмму.

Задание № 2

В трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой фазные напряжения равны 220 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз R А = R В =110 Ом, R С=55 Ом. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, построить векторную диаграмму.

Задание № 3

В трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой фазные напряжения равны 380 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз R А=190 Ом, RВ=380 Ом, R С=95 Ом. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, построить векторную диаграмму.

Задание № 4

В трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой фазные напряжения равны 380 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз Z А=190 Ом, Z В=380 Ом, Z С=95 Ом. Нагрузки фаз А и В активные, а фазы С – индуктивная. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, построить векторную диаграмму.

Задание № 5

В трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой без нейтрального провода фазные напряжения равны 380 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз R А=0 Ом, R В=190 Ом, R С=190 Ом. Определить фазные и линейные токи, построить векторную диаграмму. Что произойдет в цепи, если включить нейтральный провод?

Задание № 6

В трехфазной цепи при соединении источников и потребителей звездой фазные напряжения равны 380 В, сопротивления нагрузки отдельных фаз R А=110 Ом, R В=220 Ом, R С=55 Ом. Что произойдет в такой цепи, если нейтральный провод окажется оборван?

Магнитные цепи

Магнитное поле возникает вокруг всякого проводника с током. Оно проявляется в силовом воздействии на проводник с током, внесенный в пространство, где это поле распространяется. Магнитное поле можно характеризовать напряженностью Н, которая равна силе, действующей на элемент линейного тока единичной длины, в котором протекает ток единичной величины.

Магнитное поле принято изображать силовыми линиями, которые направлены так, что касательная к ним в любой точке показывает направление напряженности поля, а их густота пропорциональна силе поля. Направление силовых линий поля проводника с током можно определить по правилу буравчика.

Источником магнитного поля является ток, поэтому его называют намагничивающей силой I. Если проводник с током свернуть в катушку, имеющую несколько витков W, то намагничивающая сила возрастет в W раз. Изменение направления и величины магнитодвижущей силы (намагничивающего тока) меняет величину и направление действия магнитного поля. Направление поля, создаваемого катушкой с током, можно также определить по правилу буравчика.

При распространении поля в различных материалах имеющиеся в них движущиеся заряженные частицы создают свое поле, которое может изменять основное поле. Эту способность вещества менять распространяющееся в них магнитное поле характеризует магнитная проницаемость μ. Обычно ее сравнивают с проницаемостью вакуума μо и называют относительной магнитной проницаемостью μа=μ/μо.

Для характеристики магнитного поля с учетом влияния среды, в которой она распространяется, используют понятие индукции магнитного поля B=μа H =μμо H.

Процесс создания магнитного поля в материале называют намагничиванием материала. Более сильная намагничивающая сила создает и более сильное поле (большую индукцию). Но этот процесс нелинейный и его принято характеризовать кривой намагничивания. Для ее снятия материал помещают в катушку, по виткам которой пропускают ток. Меняя ток (намагничивающую силу), определяют индукцию поля.

Существует большой класс материалов, в которых существуют участки начальной намагниченности (домены), которые во внешнем поле способны ориентироваться сразу целыми участками. При этом поле быстро и сильно нарастает. По мере вовлечения в процесс намагничивания все большего количества доменов наступает насыщения, рост индукции замедляется, а потом и прекращается. При уменьшении внешнего поля (размагничивание материала) уменьшение индукции отстает от уменьшения напряженности поля, что называют гистерезисом. Чтобы полностью размагнитить материал, требуется приложить намагничивающую силу противоположного знака (изменить направление намагничивающего тока). Полный цикл перемагничивания материала характеризует петля гистерезиса.

При перемагничиваниии магнитного материала в его толще образуются э.д.с. самоиндукции, которые вызывают в материале вихревые токи. Эти токи нагревают материал, что меняет его магнитные свойства, и ведут к потере энергии, затрачиваемой на перемагничивание. Для борьбы с ними ферромагнитный сердечник изготавливают из тонких обожженных пластин. Так как сопротивление зависит от сечения и длины проводника, а в этом случае сечение значительно уменьшается, а общая длина пути для тока растет, то величина вихревых токов сильно падает.

При внесении в магнитное поле проводника с током со стороны поля на него действует сила, величина которой зависит от длины проводника, тока в нем и его расположения по отношению к полю, а направление действия силы определяется по правилу левой руки. Если же перемещать проводник в магнитном поле так, чтобы он при движении пересекал силовые линии поля, то в нем наводится э.д.с., величина которой зависит от размеров проводника, скорости его движения и угла под которым проводник пересекает силовые линии поля, а направление определяется по правилу правой уки. Эти свойства поля используют в электрических машинах для получения электроэнергии и в электродвигателях.

Источник