Переваги трифазних електричних кіл

Трифазна ланцюг є окремим випадком багатофазних електричних систем, в яких діють синусоїдальні ЕРС однакової частоти, зрушені по фазі відносно один одного на певний кут. Найбільш раціональною та перспективною виявилася трифазна система, розроблена українським ученим М.О.Доливо-Добровольським. У розробку трифазних систем великий внесок також зробили вчені Н. Тесла, Ф. Хазельвандер, М. Депре, Ч. Бредлі та інші.

В даний час в енергетиці трифазні системи набули найбільшого поширення, що пов'язано з низкою переваг трифазних ланцюгів перед однофазними, найважливішими з яких є:

- економічність передачі електроенергії великі відстані, т.к. замість шести проводів (про однофазну систему) тут потрібно всього три проводи;

- найнадійнішим та економічним є трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором та трифазний трансформатор;

- можливість отримання магнітного поля, що обертається, на чому заснована робота синхронного, асинхронного і лінійного двигунів, а також ряду інших електротехнічних пристроїв.

Найпростіший трифазний генератор, зображений на рис4.1а є три однофазних генератора, розміщені в одному корпусі. Статор генератора є порожнистим циліндром на внутрішній поверхні якого є пази в яких розміщені три однакові обмотки (фази). Ці обмотки розташовуються таким чином, щоб їх магнітні осі були зсунуті в просторі один щодо одного на 120 °. На рис. 4.1а кожна фаза статора умовно показана як одного витка. Початки обмоток прийнято позначати великими літерами А, В, С, а кінці-відповідно великими Х, У, Z. Ротор являє собою постійний електромагніт при обертанні якого,нерухомих обмотках статора індукуються синусоїдальні ЕРС (рис. 4.2.б).

Рис.4.1. а) спрощена схема генератора б) часові діаграми ЕРС в) векторна діаграма фазних ЕРС

Основні співвідношення

При включенні обмотки збудження ротора в мережу постійного струму нею потече струм, що створює постійний магнітний потік. При обертанні ротора первинним двигуном цей потік, згідно із законом електромагнітної індукції, наведе в обмотках статораA,B,Cтри однакових за величиною та частотою синусоїдальних ЕРС, зрушених по фазі на кут 120° (рис. 4.1б).

Якщо ЕРС фазиАприйняти вихідну, тобто. поєднати з речовинною віссю комплексної площини (рис4.1в), то ЕРС інших обмоток (фаз) генератора можна записати у вигляді:

;

Така трифазна система ЕРС називаєтьсясиметричною системою.

Комплекси діючих значень фазних ЕРС у показовій формі запишуться у вигляді:

; ; .

Позначимо множник

черезaі називатимемооператором трифазного ланцюга.

;

.

Комплекси діючих значень ЕРС фаз можна записати і як

; ;

Нехай тоді

Алгебраїчна сума миттєвих значень ЕРС (напруг, струмів) симетричної системи у будь-який момент часу дорівнює нулю (рис. 4.1.б та 4.1.в):

,

або у комплексній формі (рис. 4.1. в)

або ,

Послідовність проходження ЕРС через однакові значення (наприклад, через нульове значення) називаютьпорядок проходження фаз. Розглянута система ЕРС (рис4.1.б,в) утворюєпрямийпорядок проходження фаз (АВС), в якій напруга (ЕРС) зсунуті на 120°. Якщо дві фази поміняти місцями (АСВ), то отримаємопробратнийпорядок проходження фаз (зсув фаз 240°). Якщо ЕРС всіх трьох фаз проходять через нуль одночасно, то маємонульовийпорядок проходження фаз (зсув фаз 360°). Порядок прямування фаз визначає характер (напрямок руху) магнітного потоку і, отже, впливає режим роботи ассинхронного двигуна.

Розглянемо способи з'єднання елементів трифазних ланцюгів.

Існують різні способи з'єднання обмоток трифазного генератора та навантаження. З них основні – «зірка» та «трикутник». З'єднанням «зірка» називається таке з'єднання, коли початок трьох фаз (X, Y, Z) об'єднуються в одну (нульову) точку, а кінці фаз (A, B, C) приєднуються до лінійних дротів (рис. 4.2. а).

У трифазних ланцюгах розрізняютьфазніілінійнівеличини напруг і струмів.

Провіди, що з'єднують генератор з навантаженням, називаютьсялінійними проводами, а струми, що протікають по них,лінійними струмами(

,,). (Рис.4.2. а)

Напругиміж лінійними проводами називаютьсялінійними (міжфазними) напругами(

,,- на джерелі та,, -на навантаженні) . (Рис.4.2. а)

Протікають по фазах генератора або приймача струми називаютьсяфазними струмами(

,,), а напруги між початком і кінцем фаз називаютьсяфазними напругами(,,- на генераторі та,,- на навантаженні).

При з'єднанні зіркою фазний струм дорівнює відповідному лінійному струму, т.к. фаза і лінія включені послідовно:

.

Виразимо лінійні напруги

,,через фазні,,(рис.4.2б).

Для цього запишемо рівняння за другим законом Кірхгофа для трьох контурів, утворених одним з лінійних напруг і двомафазними напругами і їх висловимо лінійні напруги (рис.4.2. б), отримаємо:

Рис.4.2. а) Схема з'єднання генератора «зірка» б) векторна діаграма фазних та лінійних напруг.

---