Електричні кола трифазного змінного струму
Трифазний електричний струм
Трифазна ланцюг являє собою сукупність електричних ланцюгів, в яких діють три синусоїдальні ЕРС однакової частоти, що відрізняються по фазі одна від одної ( # 966; = 120 о) і створювані загальним джерелом енергії. Кожну з частин багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, прийнято називати фазою. Таким чином, слово фаза в електротехніці має два значення - кут # 966; і частина багатофазної системи (окремий фазний провід).
Основні переваги трифазної системи. можливість простого отримання кругового обертового магнітного поля (це дозволило створити електродвигуни змінного струму), економічність і ефективність (потужність можна передати по трьом фазним проводам без застосування четвертого загального проводу -нейтралі), а також можливість використання двох різних експлуатаційних напружень в одній установці (фазного і лінійного, які зазвичай складають 220 В і 380 В, відповідно).
Історія появи трифазних електричних ланцюгів пов'язана з ім'ям М.С. Доливо-Добровольського Петербурзького вченого, який в 1886 р довівши, що багатофазні струми здатні створювати обертове магнітне поле, запропонував (запатентував) конструкцію трифазного електродвигуна.
Трифазний струм є найпростішою системою багатофазних струмів, здатних створювати обертове магнітне поле. Цей принцип покладено в основу роботи трифазних електродвигунів.
Запропонувавши конструкцію електродвигуна змінного струму, М.С. Доливо-Добровольський розробив і всі основні елементи трифазної електричного кола. Трифазна ланцюг складається з трифазного генератора, трифазної лінії електропередач і трифазних приймачів.
В результаті запропонованої трифазної системи електричного струму стало можливим ефективно перетворювати електричний струм в механічну енергію.
Електричну енергію трифазного струму отримують в синхронних трифазних генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 зміщені між собою в просторі на кут 120 °. Їх початку позначені буквами А. В. С. а кінці - x. y. z. Ротор 3 виконаний у вигляді постійного електромагніту, магнітне поле якого збуджує постійний струм I. протікає по обмотці збудження 4. Ротор примусово приводиться в обертання від стороннього двигуна. При обертанні магнітне поле ротора послідовно перетинає обмотки статора і індукує в них ЕРС, зсунуті (але вже в часі) між собою на кут 120 °.
Трифазний синхронний генератор
Для симетричною системи ЕРС (рис. 28) справедливо
Хвильова і векторна діаграми симетричною системи ЕРС
На діаграмі зображено пряма послідовність чергування фаз (перетин ротором обмоток в порядку А. В. С). При зміні напрямку обертання чергування фаз змінюється на протилежне - А. С. В. Від цього залежить напрямок обертання трифазних електродвигунів.
Існує два способи з'єднання обмоток (фаз) генератора і трифазного приймача: «зірка» та «трикутник».
В генераторах трифазного струму електрична енергія генерується в трьох однакових обмотках, з'єднаних за схемою зірка. Щоб заощадити на проводах лінії передачі електроенергії від генератора до споживача тягнуться тільки три дроти. Провід від загальної точки з'єднання обмоток не тягнеться, тому що при однакових опорах навантаження (при симетричному навантаженні) струм в ньому дорівнює нулю.
Схема заміщення трифазної системи, з'єднаної "зіркою"
Відповідно до першого закону Кірхгофа можна записати IO = IА + IВ + IС.
У разі рівного розподілу ЕРС в фазних обмотках генератора і при рівності опорів навантаження (тобто при рівності значень струмів IА, IВ, IС) в представленій на малюнку системі, за допомогою векторних діаграм можна показати, що результуючий струм IO в центральному провіднику буде дорівнює нулю . Таким чином, виходить, що в симетричних системах (коли опору навантажень однакові), центральний провід може бути відсутнім і лінія для передачі системи трифазного струму може складатися тільки з трьох проводів.
У розподільних низьковольтних мережах, в яких є багато однофазних споживачів, забезпечення рівномірного навантаження кожної фази стає неможливим, такі мережі робляться чотирипровідними.
Для забезпечення електробезопасносності прийнято низьковольтні споживчі мережі (мережі<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.
Напруга між фазними проводами в лінії прийнято називати лінійною напругою, а напруга, що вимірюється між фазним проводом (фазою) і центральним - фазною напругою.
У системах електропостачання, зокрема в генераторах і трансформаторах підстанцій використовується переважно з'єднання зіркою.
Для низьковольтних мереж (з напругою менше 1000В) основним стандартним лінійним (між фазними проводами) напругою приймається напруга 380 В, при цьому фазна напруга (між фазним проводом і центральним) становитиме 220 В.
Низьковольтні мережі є споживчими мережами різного призначення, не обов'язково живлять трифазні двигуни. У таких мережах для живлення різних споживачів можуть бути використані різні фази окремо. В результаті навантаження різних фаз виявиться неоднаковою. Крім того, з метою техніки безпеки, ПУЕ (правил улаштування електроустановок) встановлюється, що низьковольтні трифазні електричні мережі повинні влаштовуватися чотирипровідними, з глухозаземленою нейтраллю. Для цього схема понижуючого трансформатора (понижувальної підстанції) зазвичай виглядає наступним чином.
