Трехфазная система ЭДС и трехфазная цепь

В простейшем случае работу трехфазной электрической цепи синусоидального тока можно проследить по структурной схеме, показанной на рис. 9.1.

Рис. 9.1.

Каждый из элементов этой структурной схемы представляет собой сложное электротротех-ническое устройство и выполняет определенные функции, основные из которых мы Вам напомним (см. гл.1,ч.1).

За счет сгорания топлива на тепловой электрической станцни (ТЭС) вода превращается в пар с температурой около 550 °C. Этот пap из котла поступает в паровую турбину, где тепловая энергия лара преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины. Вал турбины соединен с валом электрического генератора. В генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Обычно место расположения ТЭС, определяемое ресурсами топлива и 'источниками водоснабжения, находится на значительном удалении от потребителя. Поэтому возникает необходимость передачи (транспортировки) электрической энергии от ТЭС k потребителю. Достаточно экономным н универсальным средством транспортировки электрической энергии являются воздушные линии электропередачи (ЛЭП). При транспортировке электроэнергии на небольшие расстояния перспективными оказываются и кабельные линии. Посредством ЛЭП электрическая энергия передается от генератора к потребителю.

Обычно потребители электроэнергии бывают разнообразными как по видам приемников энергии, так н по режимам потребления энергии, по требованиям к надежности электроснабжения и т. д.

Выделяя из электрической системы генератор, ЛЭП и нагрузку (потребитель) и соединяя их между собой определенным образом, получаем электрическую цепь.

Для однофазного исполнения электрическая цепь будет иметь вид, показанный на рис. 9.2.

Особенность простейшего трехфазного генератора заключается в том, что три его обмотки, от которых получают электрическую энергию внешняя цепь, конструктивно выполнены так, что в пространстве они сдвинуты на 120° одна относительно другой. Это обуславливает то, что наводимыев обмотках ЭДС (каждая из них bo времени изменяются по синусоидальному закону) отличаются одна от другой по начальной фазе на 120°. Принято каждую из обмоток называть «фазой» генератора (не следует путать понятие «фаза» с аргументом синусоидально 'изменяющейся величины), а наводимую в ней ЭДС—фазной ЭДС. Чтобы показать упорядоченность фазных ЭДС, их обозначают индексами А, В, С, т. е. е_А, е_В, е_С. При этом мгновенные значения фазных ЭДС генератора будут иметь вид.

(9.1).

где — амплитуда фазной ЭДС; - начальная фаза фазной ЭДС е_А.

Графики мгновенных значений фазных ЭДС показаны на рис. 9.3. Чередование фаз на этом рисунке и в (9.1) называют прямой последовательностью чередования фаз.

На комплексной плоскости векторы амплитудных значений фазных ЭДС прямой последовательности показаны на рис. 9.4, где значение начальной фазы выбрано произвольно.

Рис. 9.4 Рис. 9.5 Рис. 9.6

Из всех возможных способов соединения между собой обмоток трехфазного генератора на практике применяют два способа: соединение обмоток в симметричную звезду и в симметричный треугольник. При соединении обмоток в симметрнчную звезду их начала соединяют в одну точку, называемую нулевой точкой генератора, а концы обмоток подключают к внешней части цепи. Нулевую точку иногда также подключают к внешней части цепи, тогда от генератора будет отходить четыре провода и в этом случае цепь будет называться трехфазной четырехпроводной. На рис. 9.5 показано соединение обмоток генератора в симметричную звезду с нулевым проводом N. Провода, соединяющие генератор с нагрузкой, называются линейными проводами. Они начина ются от точек А, В и С, обозначающих одноименные концы обмоток генератора. Названия фаз генератора совпадают с названием точек А, В и С. Принято при графическом изображении трехфазной цепи обмотки фаз генератора и сопротивления фаз потребителя изображать на рисунках под углами, характерными для способа их соединения. Так, для соединения обмоток генератора в симметричный треугольник, когда каждая последующая обмотока соединяется с npeдыдущей разноименными концами, схема примет вид, показанный на рис. 9.6. При соединении генератора треугольником, трехфазная цепь может быть только трехпроводной.

Если принять, что начало обмоток фаз генератора обозначается буквами х, у, z и условные положительные направления ЭДС фаз генератора имеют направление от начала обмотки к ее концу, то электрическая схема соединений обмоток генератора с положительными направлениями ЭДС и напряжений и топографическая диаграмма напряжений на них будут иметь вид, показанный на рис. 9.7 и 9.8.

Рис. 9.7.

За положительные принимаются направления токов в линейных проводах от генератора к нагрузке, а в нулевом проводе— от нагрузки к генератору.

Рис. 9.8.

Элементы трехфазной нагрузки в простейшем случае соединяются звездой или треугольником.

Если сопротивления фаз нагрузки одинаковы, то нагрузка называется симметричной.

В данной главе мы будем рассматривать трехфазные симметричный генератор, симметричную.

линию электропередачи и симметричную или несимметричную нагрузку, образующие трехфазную электрическую цепь. Определяющим признаком трехфазной цепи следует считать трехфазный генератор, в трех обмотках которого возбуждаются синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, одной и той же по величине амплитуды, сдвинутые относительно друг друга по начальной фазе на одну треть периода. Такую совокупность фазных ЭДС называют симметричной трехфазной системой ЭДС, а совокупность синусоидальных токов в трехфазных цепях называют трехфазной системой токов. Особенность трехфазной системы ЭДС и трехфазной системы типов состоит в том, что.

(9.2).

для трехпроводной системы, а для четырехпроводной.

(9.3).