Электронный учебно-метод ический комплекс по учебному предмету
Главная»Раздел 3. Электрические цепи переменного тока»3.2. Трехфазная система переменного тока»Общие сведения
3.2.1 Общие сведения
Совокупность трех электрических цепей, в которых действуют три ЭДС одной и той же частоты, но сдвинутые по фазе, называется трехфазной системой или трехфазной цепью. При сдвиге фаз между ЭДС на 120° и равенстве их амплитудных значений трехфазная система называется симметричной. Электрические цепи называются фазами трехфазной цепи. Источником энергии для трехфазной системы служат трехфазные генераторы. Трехфазный генератор состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части). Простейший трехфазный генератор имеет в статоре три одинаковые и сдвинутые между собой в пространстве на 120° обмотки, которые называются фазами генератора. Одни выводы фазных обмоток являются началами фаз генератора и обозначаются буквами A, B, С, а другие — концами фаз генератора и обозначаются буквами X, Y, Z (рис. 3.2.1).
Аналогично и фазы трехфазного генератора называются фазами А,В,С. Ротором трехфазного генератора является электромагнит, который служит индуктором. При вращении индуктора с угловой скоростью w, в фазных обмотках статора, которые являются якорем, будут возбуждаться ЭДС индукции еА, ев и ес, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120°, т.е.
Графики мгновенных значений этих ЭДС представлены на рисунке 3.2.2.
Для демонстрации устройства и принципа действия простейшего трехфазного генератора воспользуемся школьной моделью трехфазного генератора. Подключив фазы генератора к школным демонстрационным гальванометрам и вращая индуктор генератора, можно наблюдать поочередное отклонение стрелок гальванометров, что свидетельствует о сдвиге фаз ЭДС в обмотках статора генератора на 120° друг относительно друга.
Алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС трех фаз генератора в любой момент времени равна нулю. Например, для момента времени получим:
Рисунок 3.2.1
(3.2.1)
Рисунок 3.2.2
Следовательно,
На векторной диаграмме (рис. 3.2.3) ЭДС трехфазного генератора изобразится в виде трехлучевой симметричной звезды.
Геометрическая сумма действующих значений ЭДС трехфазного генератора также равна нулю, так как сумма векторов дает вектор, равный вектору и сдвинутый по фазе относительно него на 180°.
В каждую фазу генератора подключается нагрузка. Нагрузка фаз называется симметричной, если в каждую фазу включены приемники, имеющие равные по величине и одинаковые по характеру (одинаковые емкости и индуктивности) сопротивления.
При симметричной нагрузке фаз генератора векторная диаграмма падения напряжений на фазных нагрузках (фазных напряжений) также представится трехлучевой симметричной звездой.
Геометрическая сумма фазных напряжений при симметричной нагрузке равна нулю:
В зависимости от характера фазных нагрузок векторы токов будут отставать, совпадать или опережать векторы фазных напряжений. При симметричной нагрузке, обладающей активным и индуктивным сопротивлением, векторная диаграмма токов будет представлять собой трехлучевую симметричную звезду, сдвинутую относительно фазных напряжений по ходу часовой стрелки на угол (рис. 3.2.4).
При нагрузке, обладающей активным и емкостным сопротивлением, векторная диаграмма токов будет смещена против хода часовой стрелки относительно векторной диаграммы напряжения на угол .
При симметричной нагрузке фаз генератора для действующих и мгновенных значений токов по аналогии с ЭДС и напряжениями можно записать:
Трехфазные генераторы в зависимости от источника механической энергии, приводящей во вращение ротор, делятся на паратурбинные, газотурбинные и гидрогенераторы, а также маломощные генераторы с двигателями внутреннего сгорания.
Статор турбогенератора и гидрогенератора представляет собой сердечник, набранный из листов электротехнической стали, в пазах которого размещаются три фазные обмотки, смещенные друг относительно друга на угол 120°. Сердечник размещается в станине, отлитой из чугуна или сваренной из листовой стали и установленной на фундаменте или раме. Концы фазных обмоток статора выводятся к зажимам, расположенным на поверхности станины в зажимной коробке.
Роторы по своей конструкции бывают с явно выраженными полюсами и применяются в тихоходных машинах (гидрогенераторах). Сердечник такого ротора имеет на своей поверхности полюсы с обмотками, по которым проходит постоянный ток. В роторах с неявно выраженными полюсами обмотка вкладывается в пазы цилиндрического сердечника, насаженного на вал. Роторы с неявно выраженными полюсами применяются в быстроходных генераторах (паро- и газотурбинных).
При вращении ротора его магнитное поле пересекает обмотки статора, в которых возбуждается переменная ЭДС. Так как три фазные обмотки статора смещены друг относительно друга на 120°, то и ЭДС в них отличаются по фазе на 120°.
Вопросы для самопроверки
1. Что понимают под фазой трёхфазной сети?
2. Дайте определения симметричной трехфазной системы.
3. Устройство трехфазного генератора.
Рисунок 3.2.3
(3.2.2)
Рисунок 3.2.4
(3.2.3)