Главная › Новости

Что такое трехфазная система. Трехфазная система переменного тока

Опубликовано: 27.08.2018

Трехфазные системы электроснабжения

Система трех сдвинутых по фазе на 1/3 периода переменных токов называют трехфазным током.

Такой ток можно получить при помощи специального генератора. Рассмотрим его конструкцию.

(рис. 23). На статоре расположены три самостоятельных обмотки, смещенные на 1/3 окружности (120 о). В центре электрической машины вращается индуктор, изображенный на схеме в виде постоянного магнита.

В каждой обмотке (катушке) индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 оборота друг относительно друга, т.к. индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей. По существу, такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них э.д.с. сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода. Графическое изображение трехфазного тока представлено на рис. 24. Любая из фазных обмоток генератора

трехфазного тока является самостоятельным

источником электрической энергии и к ней

может быть подключен свой приемник. В

этом случае получается три независимые цепи (рис. 25). Такая схема носит название «несвязанная трехфазная система» , она требует для передачи электрической энергии шесть проводов.

На практике такие системы не применяют. Фазные обмотки трехфазных генераторов и трансформаторов и приемники электрической энергии соединяют по схеме «звезда» или «треугольник». В таком случае можно обойтись четырьмя и даже тремя проводами.

Соединение «звездой» заключается в том, что концы фазных обмоток соединяются в одну точку генератора (рис. 26), которая называется нулевой точкой или нейтралью, и генератор соединяется с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя линейными, идущими от начала обмоток, и нулевым или нейтральным проводом, идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной.

В случае равномерной нагрузки всех трех фаз генератора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю. Поэтому в этом случае можно нулевой провод упразднить и перейти к более экономной трехпроводной системе (рис.27). Все потребители включаются при этом между соответствующими парами линейных проводов и нулевой точкой нагрузки.

При соединении «треугольником» (рис.28) конец каждой обмотки соединен с началом следующей так, что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам этого треугольника.

Рядовой потребитель с электричеством сталкивается, ежедневно заживая свет и включая тот или иной прибор в розетку. Выключатели друг от друга отличаются мало, а вот с розетками все гораздо сложнее. Попробуем разобраться, как устроена розетка.

Начнем с той, которая была изготовлена и установлена лет этак 10-15 назад. Она подключена всего к двум проводам. Изоляция одного из проводов обязательно должна иметь голубоватую или синюю окраску. Именно так определяется рабочий нулевой проводник. Ток по нему идет не от источника, а от потребителя. Этот провод вполне безобидный, и если схватиться за него, не прикасаясь ко второму, то ничего страшного и ужасного не случится.

А вот второй провод, окраска которого может быть любой, за исключением синей, голубой, желто-зеленой в полоску и черной, более опасный и коварный. Называется он фазный проводник.

Дотронувшись до этого провода, можно получить хорошенький разряд. И это не шутки, поскольку напряжение бытовой сети переменного тока 220 В, а любой ток, напряжение которого свыше 50 В, убивает человека за несколько секунд. Наличие напряжения на фазных проводниках можно определить специальными индикаторами. На рис. 1.12 показан один из таких индикаторов. Он выполнен в виде обыкновенной отвертки с плоским шлицем (встречаются индикаторные отвертки с крестообразным шлицем). Рукоятка, внутри которой встроена лампочка-диод, изготовлена из полупрозрачного пластика. Верхняя часть рукоятки - металлическая. Дотроньтесь рабочей частью индикатора до проводника, а большим пальцем руки - до металлической части на рукоятке. Если диод загорелся, трогать этот провод не стоит - он сейчас под напряжением. Заметьте, что при прикосновении к нулевому проводнику светодиод не заго рается (естественно, если этот проводник не соприкасается с фазным проводом).

Многие слышали такие загадочные слова, как одна фаза, три фазы, ноль, заземление, или земля, и знают, что это важные понятия в мире электричества. Однако не все понимают, что они обозначают. Тем не менее знать это обязательно. Не углубляясь в технические подробности, которые не нужны домашнему мастеру, можно сказать, что трехфазная сеть - это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Вышесказанное надо немного пояснить. Любая электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например, к чайнику), а по другому - возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи. Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым или просто фазой, а по которому возвращается - нулевым или нолем. Трехфазная цепь состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему проводу на 120° (рис. 1.13). Более подробно на этот вопрос поможет ответить учебник по электромеханике. Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно экономически - не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток разделяется на три фазы, и каждой из них дается по нолю. В таком виде он обычно и попадает в квартиры и дома, хотя иногда трехфазная сеть заводится прямо в дом. Как правило, речь идет о частном секторе, и такое положение дел имеет свои плюсы и минусы.

Как видно из названия, трехфазная система состоит из трех источников электроэнергии и трех цепей, соединенных общими проводами линии передач.

Источником энергии для всех фаз является трехфазный генератор, условно показанный на рис. 1.14 и рис. 1.15 в виде трех обмоток: АХ, ВУ и CZ.

Рис. 1.12. Простейший индикатор

Рис. 1.16. Схема подключения трехэтажного дома

Обмотки фаз генератора можно было бы соединить шестью проводами (рис. 1.14) с нагрузками Z A , Z B , Z c и получить таким путем три независимые фазные цепи. Но если соединить концы обмоток фаз генератора X, Y, Z с концами трех нагрузок одним проводом, то можно сэкономить два соединительных провода (рис. 1.15). Такой способ соединения называется соединением звездой. Указанный общий провод называется нейтральным или просто нейтралью.

Поскольку очередность подключения трехфазных двигателей в качестве нагрузки оказывается существенной для установления направления их вращения, то для обеспечения этой однозначности приняты следующие условные цветовые обозначения фаз: А - желтая изоляция; В - зеленая; С - красная и нейтраль - черная.

Рис. 1.17. Электрическая схема соединения треугольником

При соединении звездой, кроме равного напряжения на зажимах каждой из фаз (фазного напряжения между фазой и общим проводом - (Уф), существует и напряжение между разными фазами, называемое линейным напряжением - (/„. Линейное напряжение в этом случае больше фазного в л/з раз.

Если ток во всех фазах оказывается одинаковым (такая нагрузка называется симметричной; примером может служить трехфазный двигатель), то ток в нейтральном проводе отсутствует и этот провод не нужен. Но другие подключаемые нагрузки бывают несимметричными, поэтому для них нейтральный провод необходим. На рис. 1.16 приведен пример подключения электропитания трехэтажного дома.

Несколько реже, чем соединение звездой, в трехфазных сетях применяют соединение треугольником (рис. 1.17). Обмотки фаз источника электродвижущей силы при этом соединяются так, что конец одной соединяется с началом следующей и т. д.

Преимуществом соединения фаз треугольником считается то, что даже при несимметричной нагрузке нет необходимости использовать четвертый провод. На рис. 1.18 показана схема осветительной сети жилого дома при соединении фаз приемников треугольником. Заметим, что подключение нагрузок в случае подведения напряжения от источника способом треугольника может быть произведено как треугольником, так и звездой.

Рис. 1.18. Схема осветительной сети при соединении фаз треугольником

ГЛАВА V

ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

§ 61. ТРЕХФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Выше были рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин. Так, например, при одинаковых габаритах, весах активных материалов (стали и меди)! и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для передачи электроэнергии по проводам на большие расстояния с меньшими потерями энергии используют трехфазные системы переменного тока.

Трехфазной системой переменного тока или просто трехфазной системой назы­вается цепь или сеть переменного тока, в которой действуют три э. д. с. одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на одну треть периода.

Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему, назы­ваются фазами .

Если э. д. с. во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду, то такая трехфазная система называется симметрич­ной .

Впервые в мире передача трехфазного тока была осуществлена русским ученым М. О. Доливо-Добровольским в 1891 г.

На рис. 63 показана схема простей­шего двухполюсного трехфазного генератора. В пазах статора (неподвижная часть машины) расположены

три катушки А - X, В - Y и С - Z, сдвинутые в пространстве на 1/3 окружности (120°). Внутри статора помещается ротор (вра­щающаяся часть машины), представляющий собою двухполюс­ный электромагнит, питаемый постоянным током, возбуждаю­щим магнитное поле. Ротор приводится во вращение каким-либо двигателем. Магнитные линии, вращаясь вместе с ротором, пересе­кают проводники катушек, заложенных в пазах статора, и индуктируют в этих катушках э. д. с, изменяющиеся синусоидально. Одна­ко синусоиды э.д. с. фаз А, В и С будут сдвинуты одна по отноше­нию к другой на 1/3 периода (рис. 64).

Пусть положительный максимум э.д.с. Е m в катушке А - X на­ступает в момент, когда сторона А окажется против центра север­ного полюса, а сторона X - против центра южного полюса. Поло­жительный максимум э. д. с. Е m в катушке В - Y наступит в тот мо­мент, когда центр северного полюса окажется под проводником В,

а центр южного полюса - под проводником Y. Для этого ротор дол­жен повернуться на 1/3 окружности (120°), что соответствует про­межутку времени, равному 1/3 периода. Положительный максимум э. д. с. Е m в катушке С - Z наступит через 1/3 периода после такого же максимума в катушке В - Y, что соответствует дальнейшему повороту ротора на 1/3 окружности.

При нагрузке генератора на зажимах катушки А-X, В - Y и С - Z устанавливаются напряжения, называемые фазными . При от­сутствии нагрузки (при холостом ходе) фазные напряжения равны э.д. с, индуктируемым в фазах обмотки статора.