Соединение обмоток генератора и фаз приемника треугольником

Лекция 3

ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Принцип получения трехфазной симметричной синусоидальной системы ЭДС

Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии.

Если все три ЭДС равны по значению и сдвинуты по фазе на 120° по отношению друг к другу, то такая система ЭДС называется симметричной. Аналогично определяются трехфазные системы напряжений и токов.

Рис. 3.1. Трехфазная система ЭДС: а — симметричная; б, в — несимметричная Часть трехфазной системы электрических цепей, в которой может протекать один из

токов трехфазной системы, называется фазой. Таким образом, фазой являются обмотка генератора, в которой индуцируется ЭДС, и приемник, присоединенный к этой обмотке. Это второе значение термина «фаза», которое широко используется в прак- тической электротехнике.

Преимущества трехфазной системы - экономичная и на большие расстояния пере- дача электрической энергии и превосходное качество двигателей.

Трехфазная система ЭДС создается трехфазными генераторами. В неподвижной части генератора (статоре) размещают три обмотки сдвинутые в пространстве на 120°. На вращающейся части генератора (роторе) располагают обмотку возбуждения, которая питается от источника постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитный поток Ф₀, постоянный (неподвижный) относительно ротора, но вращающийся вместе с ним с частотой п. Вращение ротора осуществляется каким-либо двигателем.

Благодаря конструктивным приемам магнитный поток Ф₀ в воздушном зазоре между статором и ротором распределяется по синусоидальному закону по окружности. Поэтому при вращении ротора вращающийся вместе с ним магнитный поток пересекает проводники обмоток статора и индуцирует в них синусоидальные ЭДС Таким образом, ЭДС в каждой последующей фазе будет отставать от ЭДС в предыдущей фазе на 1/3 периода, т. е. на угол 2π/3. Если принять, что для фазы А начальная фаза равна нулю, то ЭДС фазы А е_А = Е_m sin (w t) ,

а ЭДС фаз В и С е_B = Е_m sin (w t-2π/3) , е_C = Е_m sin (w t-4π/3) ,

Максимальные (амплитудные) значения всех ЭДС и их частоты будут одинаковыми, так как число витков фазных обмоток одинаково и ЭДС индуцируются одним потоком Фо.

Рис. 3.2. Изменение мгновенных значений трехфазной системы ЭДС

Схемы соединения элементов трехфазных устройств. Понятия о линейных

И фазных токах и напряжениях

Если все нагрузочные сопротивления равны по значению и имеют одинаковый характер, нагрузка называется симметричной, в противном случае нагрузка называется несимметричной.

Возможны различные схемы соединения обмоток генератора или фаз приемника – звездой или треугольником.

Соединение обмоток генератора и фаз приемника звездой

Каждая фаза трехфазного генератора может являться источником питания для однофазного приемника. В этом случае схема электрической цепи имеет вид, изображенный на рис. 3.3, т. е. каждая фаза работает отдельно от других, хотя в целом цепь является трехфазной. Это трехфазная несвязанная система (на практике она никогда не применяется, но для рассмотрения вопроса очень удобна).

Рис. 3.3. Схема трехфазной несвязанной электрической цепи

Принимая равными потенциалы точек, соответствующих концам X, У и Z обмоток фаз генератора, можно объединить их в одну точку N (рис. 3.4.). Концы фаз при- емников (Z_A, Z_B в и Z_C) также соединяем в одну точку n. Такое соединение обмоток ге- нератора называется соединением звездой. Звездой можно соединять также фазы при- емника. Точки N и n называются нейтральными, а провод, соединяющий точку N генератора с точкой n приемника, — нейтральным. Провода А—А', В—В' и С—С', соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными.

Рис. 3.4. Схема связанной четырехпроводной трехфазной цепи.

Напряжение между началом и концом фазы — фазное напряжение Ů_ф . Таким образом, имеется три фазных напряжения — Ů_А, Ů_В, Ů_С. Обычно за условное положительное направление ЭДС генератора принимают направление от конца к началу фазы. Положительное направление тока в фазах совпадает с положительным

направлением ЭДС, а положительное направление падения напряжения (напряжение) на фазе приемника совпадает с положительным направлением тока в фазе. Положительным направлением напряжения на фазе генератора, как и на фазе

приемника, является направление от начала фазы к ее концу, т. е. противоположное положительному направлению ЭДС.

Напряжение между линейными проводами — линейное напряжение Ů_Л. Таким образом, имеется три линейных напряжения — Ů_АВ, Ů_ВС, Ů_СА, условные положительные направления которых приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам, соответствующим второму индексу. Линейные напряжения определяются через известные фазные напряжения. Это соотношение может быть получено из уравнения, написанного по второму закону Кирхгофа для контура АNВА, если принять направление обхода контура от точки А к точке N и т. д. Отсюда

Ů_АВ = Ů_А - Ů_В Ů_ВС = Ů_В - Ů_С Ů_СА = Ů_С - Ů_А

Рис. 3.5. Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений при соединении фаз звездой

Таким образом, действующее значение линейных напряжений равно векторной разности соответствующих фазных напряжений.

При построении векторных диаграмм напряжений удобно принимать потенциалы нейтральных точек N и n равными нулю, т. е. совпадающими с началом координатных осей комплексной плоскости. Таким образом, на векторной диаграмме удобно направить векторы фазных напряжений от точки N к точкам А, В и С, т. е. противоположно условному положительному направлению напряжений на схемах..

Для нахождения вектора линейного напряжения Ů_АВ = Ů_А - Ů_В необходимо к вектору напряжения Ů_А добавить вектор напряжения Ů_В противоположным знаком. После переноса вектора Ů_АВ параллельно самому себе он соединит точки А и В на векторной диаграмме фазных напряжений.

Аналогично строят векторы линейных напряжений Ů_ВС и Ů_СА.

На векторной диаграмме напряжений векторы фазных напряжений образуют звезду, а векторы линейных напряжений — замкнутый треугольник. Вследствие этого векторная сумма линейных напряжений всегда равна нулю, т. е. Ů_АВ + Ů_ВС + Ů_СА = 0

Так как при симметричной системе треугольник линейных напряжений равносторонний, то, чтобы найти соотношение между линейными и фазными напряжениями, надо опустить перпендикуляр из точки N на вектор напряжения Ů_АВ. Тогда АВ =U_АВ = 2 U_В cos 30°.

Так как U_АВ = U_Л, а U_В = U_Ф, то U_Л = 2

U_Ф/2 =

UФ.

Таким образом, если система напряжений симметрична, то при соединении звездой

линейное напряжение в =1,73 раза больше фазного напряжения.

Предусмотренные ГОСТом и применяемые на практике напряжения переменного тока 127, 220, 380 и 660В как раз и отличаются друг от друга в 1,73 раза. Если U_Л =220

В, то U_Ф = 127 В, что обозначают как 220/127 В. Кроме того, применяют системы 380/220 и 660/380 В.

В четырехпроводной трехфазной цепи имеется два уровня напряжения, различающихся в 1,73 раза, что позволяет использовать приемники с различным номинальным напряжением.

При подключении приемников к трехфазному генератору, обмотки которого соединены звездой, ток протекает по обмоткам генератора, линейным проводам и фазам приемника. Ток в фазах генератора или приемника называется фазным током İ _ф. Ток в линейных проводах называется линейным током İ _Л. Так как обмотка генератора, линейный провод и приемник, принадлежащие одной фазе, соединяются последовательно, то при соединении звездой линейный ток равен фазному: İ _Л = İ _ф.

Ток в нейтральном проводе İ _N может быть определен по первому закону Кирхгофа, на основании которого для точки n можно записать уравнение İ_А + İ_В + İ_С - İ _N = 0

Откуда İ _N = İ_А + İ_В + İ_С

Следовательно, ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме фазных токов.

Соединение обмоток генератора и фаз приемника треугольником

Соединение обмоток генератора или фаз приемника, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой, образуя замкнутый контур, называется соединением треугольником.

Рис. 3.6. Соединение треугольником

Напряжение между началом и концом фазы при соединении треугольником — это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению: U_Л = U_Ф.

Линейные токи можно определить из уравнений, записанных по первому закону Кирхгофа: İ_А = İ_АВ - İ_СА

İВ = İВС - İАВ İС = İСА - İВС

Итак, линейные токи при соединении треугольником равны векторной разности фазных токов тех фаз, которые соединены с данным линейным проводом.

Векторная сумма линейных токов всегда равна нулю: İ_А + İ_В + İ_С = 0

Система линейных (фазных) напряжений при соединении треугольником образует такой же замкнутый треугольник, как и при соединении звездой. Фазные токи при симметричной нагрузке равны по значению и сдвинуты по отношению к векторам напряжений на одинаковый угол φ.

Линейные токи при симметричной нагрузке, соединенной треугольником, в

3 =1,73 раза больше фазных. İ _Л =

İ _Ф. В общем случае; когда нагрузка

несимметрична, системы фазных и линейных токов также несимметричны.

Схема соединения фаз приемника (звезда или треугольник) не зависит от схемы соединения обмоток источника питания. Электроприемник присоединяют к источнику питания, имеющему три или четыре зажима.

При трех зажимах (А, В, С) обмотки источника питания могут быть соединены как звездой без вывода нейтральной точки, так и треугольником.

При четырех зажимах (А, В, С и N) обмотки источника питания соединены звездой c выведенной нейтральной точкой. Фазы приемника могут быть соединены звездой с нейтральным проводом только в этом случае.

Преимуществом соединения источника энергии и приемника по схеме треугольник по сравнению с соединением по схеме звезда без нейтрального провода является взаимная независимость фазных токов.

Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!