Трехфазные цепи 1. 2. 3. 4. Получение трехфазного тока Соединение звездой Соединение треугольником Мощность трехфазной системы Автор: Баженова Лариса Михайловна, преподаватель ГБПОУ Иркутской области «Ангарский политехнический техникум» , 2014 г.
1. Получение трехфазного тока Трехфазной системой переменного тока называется совокупность трех однофазных переменных токов одинаковой часты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга по фазе на 1/3 периода (120°). Трехфазный генератор состоит из трех одинаковых изолированных друг от друга обмоток, расположенных на статоре и разнесенных в пространстве на 120°. В центре статора вращается электромагнит. e 1 = Eo sinωt e 2 = Eo sin(ωt-120˚) e 3 = Eo sin(ωt-240˚)
1. Получение трехфазного тока Временная и векторная диаграммы трехфазной системы Из векторной диаграммы видно, что сумма 3 -х ЭДС равна 0
1. Получение трехфазного тока Устройство синхронного генератора Неподвижная часть машины, которая крепится к станине, называется статором. По внутренней расточке статора сделаны пазы в которые уложены три статорные обмотки (обмотка А, обмотка В и обмотка С). Внутри статора укреплен ротор (подвижная часть машины) на поверхности которого уложена обмотка возбуждения
1. Получение трехфазного тока К обмотке возбуждения подведено постоянное напряжение, под действием которого по ней протекает постоянный ток. Таким образом ротор намагничивается и на нем образуются два явных полюса – южный S и северный N. Ротор приводится во вращение с угловой скоростью ω паровой или гидротурбинами. Электрические оси обмоток статора сдвинуты в пространстве на углы 120º, вследствие чего ЭДС, наводимые в них вращающимся электромагнитным полем ротора имеют временной сдвиг, численно соответствующий также 120º Если в трехфазной системе действуют электродвижущие силы, равные по величине и сдвинутые по фазе на 120°, а полные сопротивления нагрузок всех трех фаз как по величине, так и по характеру (по величине и знаку фазового сдвига) одинаковы, то режим в ней называется симметричным. Невыполнение одного из этих условий или обоих вместе является причиной несимметричного режима.
Способы соединения генераторов и нагрузок Любую трехфазную систему можно разделить части: генерирующую, потребляющую и на транспортную (в виде линии электропередач) части. Отдельные фазы трехфазной системы принято обозначать латинскими буквами А, В и С. Этими же буквами обозначают начала обмоток генератора. Концы обмоток обозначают буквами X, Y и Z. Способы соединения генераторов и нагрузок.
2. Соединение звездой При соединении звездой все концы обмоток генератора соединяют в одной точке N (О), а к их началам присоединяют провода, идущие к приемникам электрической энергии (у которых концы также соединены в общей точке n (О'). Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приемниками электроэнергии, называются линейными. Точка соединения концов фаз генератора и нагрузок называется нейтральной точкой, обозначается буквами N и n , либо О и О'.
2. Соединение звездой При анализе трехфазных цепей приняты следующие обозначения: токи, пересекающие по фазам источник и нагрузку, называются фазными токами и обозначаются Iф, а токи протекающие в линейных проводах (в линии) называются линейными токами и обозначаются Iл. Как следует из рисунка при соединении звездой Iф = Iл
2. Соединение звездой Если соединить нейтральные (нулевые) точки генератора и нагрузки, то получим так называемую четырехпроводную систему, которая наиболее часто применяется в технике. Ток, протекающий по общему проводу, будет равен сумме токов трех фаз: I 0=IA+ IB+IC. Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120°: IA=Im sinωt IB=Im sin(ωt-120˚) IC=Im sin(ωt-240˚) При симметричной нагрузке ток в общем проводе равен нулю, поэтому провод ОО' называется нулевым. Точка соединения концов обмоток генератора или концов нагрузок называется нулевой.
2. Соединение звездой Выведем соотношение между фазными и линейными напряжениями. Исходя из построения напряжений на комплексной плоскости: Таким образом, в трехфазной системе, соединенной звездой линейное напряжение в √ 3 раз больше фазного, а линейные токи совпадают с фазными.
3. Соединение треугольником При соединении треугольником обмотки генератора соединяют так, что конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй с началом третьей, конец третьей с началом первой, а к общим точкам подключают линейные провода. При соединении треугольником существуют только линейные напряжения (UАВ , Uвс , UАС ), но появляются фазные (IAB, IBC, ICA) и линейные (IA, IB, IC) токи. Соотношения между линейными и фазными токами по первому закону Кирхгофа: IA = IAB– ICA IB = IBC – IAB IC = ICA -IBC Из векторной диаграммы можно вывести соотношение Iл = √ 3 Iф. Таким образом, в трехфазной системе, соединенной треугольником, линейные токи больше фазных в √ 3 раз, а фазные напряжения совпадают с линейными.
4. Мощность трехфазной системы Активной мощностью трехфазной системы называют сумму активных мощностей ее отдельных фаз. Р=РА+РВ+РС = Iф. АUф. А cosφА + Iф. BUф. B cosφB + Iф. CUф. C cosφc При симметричной нагрузке мощности отдельных фаз равны между собой, а общая мощность будет равна Р = 3 Iф. Uф cosφ На практике мощность трехфазной системы чаще выражают через линейные, а не через фазные токи и напряжения. При соединении звездой Uф = UЛ √ 3 и Iф = Iл, а при соединении треугольником Uф = Uл и Iл = I√ 3. В обоих случаях, заменяя фазные величины линейными, мы получим одно и то же выражение для мощности трехфазной системы при симметричной нагрузке Р = 3 Iф. Uф cos ф = √ 3 Iл Uл cos ф. Для трехфазной системы также справедливы следующие соотношения для полной, активной и реактивной мощностей, соответственно: S = √ 3 Iл Uл P = √ 3 Iл Uл cos φ. Q = √ 3 Iл Uл sin ф.
Задание 1. С какой точкой соединяется начало первой обмотки при включении треугольником? 2. Сколько соединительных проводов подводят к генератору, обмотки которого образуют звезду с нулевым проводом? 3. Чему равен ток в нулевом проводе при симметричной трехфазной звезде? 4. Какой из токов на рис. 1 линейный, какой фазный? 5. Симметричная нагрузка соединена звездой. Линейное напряжение 380 В. Определить фазное напряжение: 380 В, 250 В, 220 В, или 127 В. 6. Как соединены обмотки на рис. 2 (треугольник, звезда с нулевым проводом? ) 7. Линейное напряжение 380 В. Определить фазное напряжение при соединении треугольником (380, 220, или 127 В). 8. Линейный ток равен 2, 2 А. Рассчитать фазный ток при соединении треугольником (3, 8; 2, 2; или 1, 27 А)
Задание 1. Соединить генератор и нагрузку способом звезда-звезда с нейтралью. 2. Отметить линейные и фазные напряжения и токи.