Основные теоретические положения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Совокупность трех однофазных цепей переменного тока, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе, называется трехфазной системой. Однофазные цепи, входящие в состав трехфазной системы, называются фазами.

Трехфазная система переменного тока была изобретена выдающимся русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г. Им были разработаны трехфазный генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Простое устройство, относительная дешевизна, надежность в эксплуатации и лучшие экономические показатели трехфазных генераторов, трансформаторов, асинхронных двигателей, линий электропередач трехфазного тока по сравнению с аналогичными устройствами однофазного тока, возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного – способствовали широкому промышленному внедрению трехфазной системы.

Трехфазная цепь состоит из трех основных частей: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую, линии электропередач и приемников энергии, которые могут быть как трехфазными (например, электродвигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину. На статоре генератора размещается три фазные обмотки (фазы), смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 120⁰. При равномерном вращении ротора, выполненного в виде электромагнита постоянного тока, в обмотках генератора в соответствии с законом электромагнитной индукции возбуждаются три синусоидальные ЭДС, взаимно сдвинутые по фазе на 120⁰.

К фазам трехфазного генератора подключаются приемники электрической энергии.

Нагрузка трехфазного источника называется симметричной, если к каждой его фазе подключены приемники, имеющие равные по величине и одинаковые по характеру сопротивления. Симметричной нагрузкой являются трехфазные двигатели, трехфазные трансформаторы, электрические печи, несимметричной – осветительная нагрузка и потребители бытового обслуживания (холодильники, телевизоры).

Источники энергии и приемники энергии трехфазной системы могут быть соединены звездой или треугольником.

При соединении звездой концы фаз трехфазного приемника объединяются в один общий узел n, называемый нулевой или нейтральной точкой. Начала фаз источника с началом фаз приемника соединяются линейными проводами. Такая трехфазная система называется трехпроводной. В некоторых случаях нейтральную точку генератора N и нейтральную точку приемника n соединяют между собой четвертым проводом – нейтральным или нулевым. Такое соединение называется соединение звездой с нулевым проводом и обозначается Y₀, а трехфазная система в этом случае является четырехпроводной.

В трехфазных электрических цепях различают фазные и линейные напряжения и токи.

Напряжения между началами отдельных фаз приемника U_ab, U_bc и U_ca называются линейными, а между началом и концом фаз U_a , U_b , U_c – фазными.

При соединении фаз трехфазного источника звездой справедливо соотношение:

(1)

Это же выражение справедливо для напряжения на зажимах приемника, но при условии, что нагрузка симметрична или при наличии нейтрального провода при несимметричной нагрузке.

Токи I_А, I_В, I_Св линейных проводах называют линейными, токи, протекающие по фазам, – фазными, а ток I_N в нейтральном проводе называется нейтральным.

При соединении звездой линейные токи равны соответствующим фазным токам:

(2)

Ток в нейтральном проводе определяется в соответствии с первым законом Кирхгофа:

(3)

При симметричной нагрузке тока в нейтральном проводе не будет (I_N= 0), поэтому нейтральный провод не нужен и его не включают.

Несимметричная нагрузка включается в трехфазную сеть звездой с нейтральным проводом. При этом потенциал нейтральной точки приемника равен потенциалу нейтральной точки генератора, следовательно, фазные напряжения приемника равны соответствующим фазным напряжениям генератора. Изменение фазной нагрузки одной фазы вызывает изменение тока в данной фазе, который влияет на ток только в нейтральном проводе и не влияет на ток в других фазах.

Несимметричную нагрузку нельзя подключать в трехфазную сеть без нейтрального провода. В случае обрыва нейтрального провода (Y_N = 0) при несимметричной нагрузке между нейтральной точкой источника и приемника возникает напряжение U_N и происходит перераспределение напряжений по фазам приемника. На фазах, имеющих большее сопротивление, напряжение будет больше номинального фазного напряжения, приемники перегреются и даже могут сгореть. На фазах, имеющих меньшее сопротивление, напряжение будет меньше номинального, и приемники получат меньшую мощность. Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Плавкий предохранитель в нейтральный провод не ставят, в нейтральный провод также не вводят выключатель.

Соединение приемников энергии звездой применяют в тех случаях, когда их номинальное напряжение меньше линейного напряжения источника в раз.

3 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов эксперимента

3.1 Ознакомиться с электроизмерительными приборами и оборудованием, используемыми при выполнении работы.

3.2 Собрать электрическую цепь включения приемников звездой в соот-ветствии со схемой (рисунок 2), представить для проверки преподавателю.

3.3 Симметричный режим работы установить по показаниям амперметров (фазные токи должны быть равны).

3.4 Измерить линейные и фазные напряжения приемников, напряжение между нейтральными точками, фазные токи, ток в нейтральном проводе при всех режимах работы исследуемой цепи, результаты измерений записать в таблицу 1.

3.5 Рассчитать мощность отдельных фаз и общую мощность всей цепи ( ).

(4)

4.6.6 По результатам измерений в масштабе построить векторные диаграммы токов и напряжений для несимметричных режимов работы цепи с нейтральным и без нейтрального провода.

Построение векторных диаграмм для случая несимметричной нагрузки без нейтрального провода проводится следующим образом: строится в масштабе треугольник линейных напряжений, из вершин а и в построенного треугольника, радиусом и делаются засечки, которые определяют положение нейтральной точки потребителя n, соединив точку n с вершинами треугольника линейных напряжений, получим векторы фазных напряжений потребителей.