Трехфазные электрические цепи основные понятия и определения

Трехфазные электрические цепи

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие "фаза" имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

· экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

· возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

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

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, светильниками).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис.

На статоре 1 генератора размещается обмотка 2, состоящая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Фазы располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рисунке каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4, расположенной на роторе.

При вращении ротора турбиной с равномерной скоростью в фазах статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения.

На схемах фазы источника питания изображают как показано на рис.

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. 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.

Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться графиками, тригонометрическими функциями, векторами.

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3.

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

Из графика мгновенных значений следует

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС .

Из векторных диаграмм рис 3.4 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

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. 3.4б) и будет называться обратной.

Последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей. Для определения последовательности фаз имеются специальные приборы – фазоуказатели.

Читайте также:  Как сделать печь фото

В период зарождения трехфазных систем имелись попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами (рис. 3.5). Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генератора с приемником требовалось шесть проводов (рис. 3.5)

Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой. Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения "звезда" и "треугольник". При этом способ соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены "звездой", фазы потребителей соединяются либо "звездой", либо "треугольником".

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 1134 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Однофазный переменный ток

Переменный электрический ток по сравнению с постоянным имеет большое преимущество в быту и на производстве. Преимущество переменного тока обусловлено в первую очередь в том, что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать (трансформировать) почти без потерь энергии и передавать на большие расстояния. Именно поэтому переменный ток и напряжение широко применяется в промышленности.

В промышленности (на электростанциях) переменный электрический ток вырабатывается генераторами переменного тока, в которых используется явление электромагнитной индукции. Простейшая схема получения переменного тока и напряжения показана на рис.7:

Проволочная рамка (виток) вращается в однородном магнитном потоке с постоянной скоростью. Изменения проходящего через поверхность рамки (витка) магнитного потока будет происходить непрерывно, при этом поток создаваемый электромагнитом (индуктивной катушкой и стальным сердечником), будет оставаться неизменным. В рамке возникает ЭДС индукции, которую измеряет вольтметр.

Для наглядного убеждения рассмотрим положения рамки в разные моменты времени на Рис. 8. В начальный момент (Рис. 8, а) плоскость рамки перпендикулярна магнитным линиям, соответственно магнитный поток через рамку максимален, через четверть периода (Рис. 8, в) рамка расположена параллельно магнитным линиям и магнитный поток равен нулю:

Но ЭДС индукция определяется не самим потоком, а скоростью его изменения, в первом положении рамки (Рис. 8, а) ЭДС будет равна 0, а соответственно в третьем положении (Рис. 8, в) ЭДС индукции будет иметь максимальное значение. При других значениях ЭДС индукции меняет также своё значение и знак, т.е. будет переменной.

Ток, возникающий в рамке под действием ЭДС индукции, с течением времени будет изменяться как и сама ЭДС. Такой ток называется переменным синусоидальным током.

Промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание (один оборот), называется периодом переменного тока. Период колебания обозначают Т, число колебаний за 1 сек. Называют частотой тока и обозначается буквой f. Единицей частоты обозначают в герцах (Гц):

Заметим, что в нашей стране и в большинстве других стран в промышленности и в быту применяют переменный ток с частотой 50 Гц.

Например, если генератор вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту (60 сек.), и имеет один полюс (Рис. 7), то тогда:

Уравнения и графики синусоидальных величин

Рассмотрим более подробно анализ электрических цепей переменного тока синусоидальных величин с помощью уравнений и графиков.

В любой точке воздушного зазора, положение которой определяется углом β, отчитанным от нейтральной плоскости (нейтрали) против движения часовой стрелки, магнитная индукция выражается уравнением:

В – магнитная индукция; Вm – амплитудная (наибольшая величина) магнитной индукции; sinβ – угол магнитного поля.

Нейтральная плоскость перпендикулярна оси полюсов и делит магнитную систему на симметричные части, из которых одна условно северная, а другая — южная. Наибольшую величину (см. Рис. 9) магнитная индукция имеет под серединой полюсов, т.е. при углах β = 900 и β = 2700, а на нейтрали β = 00 и β = 1800 магнитная индукция равна нулю.

Читайте также:  Мастер флеш температурный режим

Приведем характеристики и определения синусоидальных величин к синусоидальной ЭДС:

Мгновенная величина (или мгновенное значение) ЭДС (е) – величина ЭДС в рассматриваемый момент времени. Мгновенное ЭДС определяется уравнением:

при подстановке в него времени t, прошедшего от начала отчета до данного момента.

Амплитуда Еm – наибольшая величина, которую принимает ЭДС в течении периода. Амплитуда является одной из мгновенных величин, которая соответствует аргументу ωt ± ψ, равному + 900, где k любое целое число или нуль.

Фаза (фазовый угол ωt ± ψ) – аргумент синусоидальной ЭДС, отчитываемый от ближайшей предшествующей точки перехода ЭДС через нуль к положительному значению. Фаза в любой момент времени определяет стадию гармонического изменения синусоидальной ЭДС.

Начальная фаза ψфаза синусоидальной ЭДС в начальный момент времени. Сдвиг по фазе – две синусоидальные величины, имеющие разные начальные фазы. Угловая частота ω, (или угловая скорость) – угол поворота (α) генератора в ед. времени (t). За время одного периода Т угол поворота ротора равен в радианах, следовательно:

Трехфазные цепи Основные понятия:

Многофазной системой называется совокупность электрических цепей, называемых фазами, в которой действуют синусоидальные напряжения одной частоты, отличающиеся друг от друга по фазе. Чаще всего применяются симметричные многофазные системы, напряжения которых равны по величине и сдвинуты по фазе на угол 2π/m, где m – число фаз. Наибольшее распространение имеет трехфазная система (созданная русским ученым М.О. Доливо-Добровольским в 1891 году), он также изобрел и разработал все звенья этой системы (генераторы, трансформаторы, линии электропередач и двигатели трехфазного тока). Трехфазной системой называют систему, состоящую из трех цепей, в которой действуют переменные ЭДС, имеющие одинаковые амплитуды и частоту, но сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120° или на 1/3 периода (так называемый электрический угол) см. Рис. 10.:

Для получения связанной трехфазной цепи (несвязанные трехфазные цепи в настоящее время не применяются) используют трехфазный генератор. Простейший трехфазный генератор схематически показанный на Рис. 11, где обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120°/р, где р — число пар полюсов. В случае двухполюсного генератора (Рис. 11) р = 1 и угол равен 120° (2р/3). При вращении ротора в силу идентичности трех обмоток генератора в них наводится ЭДС сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на одну треть периода. Векторы, изображающие эти ЭДС, равны по модулю и расположены под углом 120° (2р/3), см. Рис. 12.:

Для примера приведем формулы расчет потерь электроэнергии в линии:

1. Проверка линии по длительно допустимому току:

Ip= Рр / (√3 х Uн х cos φ), (А); где:

2. Расчет линии на потерю напряжения:

∆U% = (100 / ﻻ х Uн²) х (Рр х Lo / Sпр), (∆U%); где: 3. Расчет линии на потерю мощности: ∆Р(%) = Ip²х 3 х (ro x Lo) / Pp х 100, (∆Р); где: 4. Расчет линии на потерю полной мощности: S кВА = P/cos φ, (кВА).

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Основные определения и термины

Трехфазной системой называют совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС ?А, ?B, ?C одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга (рис. 1а).

Отдельные цепи, входящие в состав системы, называют фазами (фаза А, фаза В, фаза С).

Рис. 1. Трехфазная система

Следует подчеркнуть многозначность понятия «фаза»:

Читайте также:  Современные шторы для ванной комнаты

1. Фаза синусоидального тока или напряжения — величина (cot + t), определяющая мгновенное значение тока или напряжения в момент времени t.

2. Фаза трехфазной системы — отдельная ее цепь (фаза А, фаза В, фаза С).

3. В термодинамике — состояние системы. Например, вода может находиться в трех фазах: твердая (лед), жидкая (вода), газообразная (пар).

Если соединить зажимы X, Y, Z источника питания (например, концы обмоток трехфазного трансформатора на стороне низшего напряжения), то получим схему соединения источника в звезду (Y). Точка соединения зажимов X, Y, Z называется нейтралью. Питание трехфазных приемников производится с помощью проводов фаз А, В, С, называемых линейными проводами. Нейтраль источника питания при необходимости соединяют с нейтралями приемников нулевым проводом N. При отсутствии провода N получается трехпроводная цепь, а при наличии — четырехпроводная. Иногда, подсчитав число проводов на линии, говорят: «пятипроводная сеть». Это неверно, т. к. дополнительный пятый провод дублирует для каких-либо целей провод одной из фаз. В последнее время получает распространение пятипроводная сеть с двумя нулевыми проводами — рабочим (N) и защитным (РЕ).

Токи в линейных проводах называют линейными токами и обозначают Iл. Напряжения между линейными проводами называют междуфазными (линейными) напряжениями и обозначают Uл. Трехфазное оборудование обычно характеризуют линейным номинальным напряжением и обозначают его Uhom без указания индекса «л».

Токи в отдельных фазах источника называют его фазными токами и обозначают Iф. При соединении источника в звезду, у него Iф = Iл.

Напряжения между зажимами источника и нейтралью называют его фазными напряжениями и обозначают Uф.

При соединении источника в звезду Uл = √3 Uф , а при соединении в треугольник Uл = U .

Трехфазная система имеет несколько специфических характеристик, приведенных ниже.

Уравновешенной называют систему, в которой мгновенная мощность р = const, т. е. отсутствует переменная ее составляющая.

Симметричной называют систему, в которой ЭДС равны по величине Ед = Ев = Ес, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 2π/3 (на электрический угол, равный 120°), и одинаковы сопротивления в фазах приемника.

Преимущества трехфазных систем

Основной причиной распространения трехфазных систем является то, что в них достаточно просто создать вращающееся магнитное поле.

На рис. 2 показано упрощенное устройство неподвижной части (статор) трехфазной электрической машины. Обмотки фаз соединены в звезду, причем в каждой фазе имеется только по одному витку.

При прохождении по обмотке токов создается такое же магнитное поле, как будто оно было создано вращением постоянного магнита (рис. 3).

Для получения вращающегося магнитного поля необходимо выполнить следующие условия.

1. ЭДС в фазах равны по величине и сдвинуты по фазе друг относительно друга на электрический угол, равный 120°.

2. Токи в фазах равны и также сдвинуты по фазе друг относительно друга на электрический угол, равный 120°.

3. Обмотки отдельных фаз сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120°. Здесь имеется в виду не электрический, а геометрический угол.

Рис. 2. Упрощенное устройство статора трехфазной электрической машины
Рис. 3. Вращающееся магнитное поле

Эти три условия выполняются в электрических машинах трехфазного переменного тока — генераторах и электродвигателях. Благодаря указанному явлению машины получаются простыми по конструкции и надежными.

Вращающуюся часть электрической машины называют ротором.

Скорость вращения магнитного поля статора определяется по формуле:

где р — число пар полюсов обмотки статора (для рис. 2 – р = 1); n — скорость вращения магнитного поля, измеряемая в оборотах в минуту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector