ТРИФАЗНА СИСТЕМА ЗМІННОГО СТРУМУ

Логіко-педагогічний план лекції.

Ввідна частина. Формулювання завдання лекції. Коротка характеристика проблем. Показ стану питання. Література. При необхідності - встановлення зв'язку з попереднім - невеликий вступ.

Виклад. Докази. Аналіз, освітлення. Розбір фактів. Демонстрація досліду. Характеристика різних точок зору. Формулювання висновків (проміжних). Показ зв’язку з практикою.

Заключна частина. Формулювання основного висновку. Установа для самостійної роботи. Методичні поради. Відповіді на питання.

Література

1.1. Борисов Ю.М. и др. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

_____________________________________________________________с.

1.2. Вартабедян В.А. Загальна електротехніка. – К.: Вища школа, 1985.

_____________________________________________________________с.

1.3. Иванов И.И. и др. Электротехника. – Санкт-Петербург: Лань, 2002, - 192с. _____________________________________________________________с.

1.4. Паначевний Б.І. Електротехніка. – Харків.: Торнадо, 1999, - 288с.

_____________________________________________________________с.

1.5. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і

практикум. – К.: Каравела, 2003, - 440с. ___________________________с.

2.1. Гаврилюк В.А. и др. Общая электротехника с основами электроники. – М. Высшая школа, 1880, - 480с. __________________________________________с.

2.2. Данилов И.А., Іванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Высшая школа, 1989, - 752с.

______________________________________________________________с.

2.3. Попов B.C., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия, - 567с. _______________________________с.

2.4. Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач по электротехнике и основам

электроники. – М.: Высшая школа, 1991, - 416с.

______________________________________________________________с.

2.5. Токарев Б.Ф. Электрические машины. – М: Энергоатомиздат, 1990, - 624с.

______________________________________________________________с.

2.6. Электротехника. Терминология – М.: Издательство стандартов, 1989, - 343с. _________________________________________________________с.

2.7. Шихин А.Я. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1991. - 336с.

______________________________________________________________с.

План

Потужність змінного струму

Трифазна система змінного струму

З’єднання обмоток генератора

Ввімкнення навантаження в мережу трифазного струму

Потужність трифазного струму

Обертове магнітне поле

ПОТУЖНІСТЬ ЗМІННОГО СТРУМУ

Як відомо, потужність постійного струму є добутком напруги на силу струму. У разі змінного струму і напруга і сила струму періодично змінюються в часі. Отже, в будь-який момент потужність, яка дорівнює добуткові миттьових значень напруги на силу струму (р = иі), є також змінною величиною.

За активного навантаження, коли немає зсуву фаз між напругою та силою струму (φ = 0 або cos φ = 1), потужність є добутком діючих значень напруги на силу струму і вимірюється у ватах (або кіловатах, мегаватах тощо), тобто Р = UI .

У колі з активним опором та котушкою індуктивності сила струму відстає за фазою від напруги на кут φ (рис. 46) і миттьове значення потужності виходить як додатним, так і від'ємним, тобто навантаження споживає енергію протягом однієї частини періоду й повертає її в мережу протягом другої частини. Потужність змінного струму можна подати у вигляді активної та реактивної потужності. Активна потужність споживається активним опором, де відбувається перетворення електричної енергії в енергію іншого виду (механічну, світлову, теплову і т. д.).

Активна потужність Р = І² R . Оскільки IR = U _а = U cos φ, то Р — UI cos φ , де U та І — діючі значення напруги й сили струму, U_a — спад напруги на активному опорі.

Реактивна потужність накопичується котушкою індуктивності при зростанні сили струму в колі у вигляді магнітного поля. Під час зменшення сили струму в колі енергія, накопичена в магнітному полі, перетворюється в електричну і повертається джерелу енергії. Добуток діючих значень U , І та sin φ називають реактивною потужністю: Q = U I sin φ = U_L І = І² X_l . Вона вимірюється в вольт-амперах (або кіловольт-амперах) реактивних (вар або квар). Реактивна потужність не споживається приймачем енергії і не бере участі в процесі перетворення електричної енергії в енергію іншого виду. Ця потужність циркулює між джерелом і приймачем енергії, навантажуючи проводи їхніх обмоток і ліній, що з'єднують приймач енергії зі джерелом, а також збільшуючи втрати енергії в них.

Добуток діючих значень напруги на силу струму називається повною п о т у ж н і с т ю S, що вимірюється в вольт-амперах або кіловольт-амперах (В · А або кВ · А), тобто

S = UI = .

Габарити електричних апаратів і машин обумовлюються повною потужністю, оскільки площа перерізу проводів обмотки залежить від сили струму, що протікає через них, а ізоляція струмопровідних частин — від напруги, під якою вони перебувають.

Відношення активної потужності до повної P / S = cos φ показує, яка частка повної потужності споживається електричним колом, і називається коефіцієнтом потужності, який дорівнює косинусу кута зсуву фаз між напругою й силою струму. У разі активного навантаження cos φ = 1 і S = Р, тобто електричний апарат чи машина мають найбільшу активну потужність.

ТРИФАЗНА СИСТЕМА ЗМІННОГО СТРУМУ

Вище розглянуто властивості однофазного змінного струму. Проте однофазна система неекономічна через недосконалість однофазних електричних машин. Наприклад, за однакових габаритів, мас активних матеріалів (сталі та міді) і втрат енергії потужність однофазної машини в 1,5 раза менша від потужності трифазної машини. Тому для електрифікації використовують трифазну систему змінного струму.

Трифазною системою з м і н н о г о струму (або просто трифазною системою) називається електричне коло або мережа змінного струму, в якій діють три ЕРС однакової частоти, але взаємно зміщені за фазою на одну третину періоду. Окремі кола, з яких складається трифазна система, називаються фазами.

Якщо ЕРС у всіх трьох фазах мають однакову амплітуду і зміщені за фазою на однаковий кут, то така трифазна система називається симетричною.

Вперше передачу трифазного струму здійснив у 1891 р. російський учений М. О. Доліво-Добровольський. На рис. 47 показано схему будови найпростішого двополюсного трифазного генератора. У пазах статора (нерухома частина машини), розміщені котушки А — X , В — Y та С — Z , зсунуті у просторі на одну третину довжини кола (на 120°). Всередині статора розміщено ротор (обертову частину машини) — двополюсний електромагніт, що живиться постійним струмом, який збуджує магнітне поле. Ротор обертається від будь-якого двигуна. Магнітні лілії, обертаючись разом з ротором, перетинають провідники котушок, закладених у пази статора, й індукують у цих котушках електрорушійні сили, які змінюються синусоїдно. Проте синусоїди ЕРС фаз е_А , е_В та е_С будуть зміщені одна відносно одної на третину періоду.

Нехай додатний максимум електрорушійної сили Е_т у котушці А — X наступає в той момент, коли бік А знаходиться напроти центра північного полюса, а бік X — напроти центра південного полюса. Додатний максимум ЕРС Е_т у котушці В — Y наступить у той момент, коли центр північного полюса буде під провідником В. Для цього ротор має повернутися на третину довжини кола (на 120°), що відповідає відтинку часу, який дорівнює третині періоду. Додатний максимум ЕРС Е_т у котушці С — Z наступить через третину періоду після такого ж максимуму в котушці В — У, що відповідає дальшому повертанню ротора на третину довжини кола.

На рис. 48 показано криві зміни ЕРС у котушках А — X , В — У та С — Z і положення ротора, які відповідають додатному максимуму ЕРС Е_т у цих котушках.

Якщо генератор навантажений, на затискачах котушок А — X , В — У та С — Z установлюються напруги, які називаються фазними. У разі відсутності навантаження (холостий хід) фазні напруги дорівнюють ЕРС, що індукуються в котушках статора.

З’ЄДНАННЯ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА

У трифазному генераторі електрорушійні сили трьох незалежних однофазних кіл однакові за амплітудою і зміщені за фазою на третину періоду. До кожної пари затискачів обмотки статора можна приєднати проводи, що підводять струм до навантаження, й одержати незв'язану трифазну систему (рис. 49, а). Проте всі три фази вигідніше об'єднати в одну загальну трифазну систему. Для цього обмотки генератора з'єднують між собою зіркою або трикутником.

У разі з'єднання обмоток генератора зіркою (рис. 49, б) кінці трьох фаз з'єднують у спільній точці О, а до початків фаз приєднують проводи, які відводять електричну енергію в мережу. Ці три проводи називаються лінійними, а напруга між будь-якими двома лінійними проводами — лінійною напругою U _Л . Від спільної точки з'єднання кінців (або початків) трьох фаз (від нульової точки зірки) можна відвести четвертий провідник, який називається нульовим. Напруга між будь-яким лінійним провідником і нульовим дорівнює напрузі між початком і кінцем однієї фази, тобто фазній напрузі Uф.

Усі фази обмотки генератора виконують однаковими, отже, діючі значення ЕРС у фазах однакові, тобто Е_А = Е_В = Е_С. Якщо в коло кожної фази генератора ввести навантаження, то через ці кола протікатимуть струми. У разі однакового за значенням і характером опору всіх трьох фаз приймача, тобто при рівномірному навантаженні, сили струмів у фазах будуть однакові за значенням і зміщені за фазою відносно своїх напруг на той самий кутφ.

Максимальні й діючі значення фазних напруг за рівномірного навантаження однакові, тобто U _А = U _В = U _С . Ці напруги зсунуті за фазою на 120⁰, як показано на векторній діаграмі (рис. 49, в). Напруги між будь-якими точками схеми (див. рис. 49, б) відповідають векторам (див. рис. 49, в) між тими самими точками. Наприклад, напруга між точками А і О схеми (фазна напруга U а) відповідає вектору А —О діаграми, а напруга між лінійними провідниками А і В схеми — вектору лінійної напруги А — В діаграми. За векторною діаграмою легко визначити співвідношення між лінійними та фазними напругами. З трикутника АОа можна записати такі співвідношення: U _Л /2 = U _Ф cos 30° = U _Ф , звідки U _Л = U _Ф або U _Ф = U _Л / , тобто у разі з'єднання обмотки генератора зіркою лінійна напруга в = 1,73 раза більша від фазної (за рівномірного навантаження).

Зі схеми (див. рис. 49, б) видно, що в разі з'єднання обмоток генератора зіркою сила струму в лінійному проводі дорівнює силі струму у фазі генератора: І_Л = І_Ф. Згідно з першим законом Кірхгофа можна записати, що сила струму в нульовому проводі дорівнює геометричній сумі сил струмів у фазах генератора.

За симетрич його навантаження сили струмів у фазах генератора однакові між собою і зсунуті за фазою на третину періоду. Геометрична сума сил струмів трьох фаз у цьому випадку дорівнює нулеві, тобто у нульовому проводі струм відсутній. Тому за симетричного навантаження нульового провода може й не бути. У разі несиметричного навантаження сила струму в нульовому проводі не дорівнює нулеві. Площа поперечного перерізу нульового проводу завжди менша, ніж лінійних проводів.

Якщо обмотки генератора з'єднані трикутником (рис. 50, а), то початок однієї фази з'єднується з кінцем другої. Отже, три фази генератора утворюють замкнений контур, у якому діє ЕРС, що дорівнює геометричній сумі ЕРС, індукованих у фазах генератора. Оскільки ЕРС у фазах генератора однакові і зсунуті на третину періоду за фазою, то їхня геометрична сума дорівнює нулеві, отже, у замкненому контурі трифазної системи, з'єднаної трикутником, за відсутності зовнішнього навантаження струму не буде.

У разі з'єднання трикутником лінійні проводи приєднуються до точок з'єднання початку однієї фази і кінця іншої. Напруга між лінійними проводами дорівнює напрузі між початком і кінцем однієї фази. Отже, в разі з'єднання обмоток генератора трикутником лінійна напруга дорівнює фазній: U _л = U_ф.

За рівномірного навантаження у фазах обмоток генератора проходять струми однакової сили: І_АВ — І_ВС = І_СА. Ці сили струмів зсунуті відносно фазних напруг на однакові кути φ.

На рис. 50, б зображено векторну діаграму, на якій показано вектори фазних напруг і сил струмів. Зі схеми видно, що сили лінійних струмів не дорівнюють силам фазних струмів. Якщо прийняти напрямок фазних і лінійних струмів, показаний на рис. 50, а, за додатний, то згідно з першим законом Кірхгофа для миттьових значень сил струмів можна записати такі вирази:

i _А = І_АВ — i _СА ; i _В = i _ВС — i _АВ ; i _С = i _СА — i _ВС.

Оскільки сили струмів синусоїдні, замінимо алгебраїчне віднімання миттьових значень сил струмів геометричним відніманням векторів, які зображають діючі значення сил струмів. Сила струму І_А лінійногопроводу А є геометричною різницею між векторами сил фазних струмів І_ав та і_са. Щоб побудувати вектор сили лінійного струму І_А, зобразимо вектор сили фазного струму І_АВ (рис. 50, в) у вигляді відрізка Оа , а з точки а побудуємо вектор —І_СА(відрізок аб ), який дорівнює векторові І_СА , але протилежний йому за напрямком. Вектор, що з'єднує початок вектора І_АВ (точка О) з кінцем вектора — І_СА (точка б), є вектором сили лінійного струму ІА. Аналогічно можна побудувати вектори сил лінійних струмів І_В та І_С.

З векторної діаграми (див. рис. 50, в) легко вивести співвідношення між силами лінійних і фазних струмів, коли обмотки генератора з'єднані трикутником. З трикутника Оав можна записати: І_л/2 = І_ф cos 30° = І_ф , звідки І_л = = 1,73І_ф, тобто у разі з'єднання обмоток генератора трикутником сила лінійного струму в разів більша від сили фазного струму (за рівномірного навантаження).

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!