Зміст

5.2.1. Багатофазні системи

5.2.2. Трифазний струм

 

5.2.1. Багатофазні системи

Багатофазною системою називається сукупність змінних ЕРС (струмів, напруг тощо) однієї частоти і зсунутих за фазою одна відносно одної на будь-які кути. Якщо окремі ЕРС зсунуті за фазою одна відносно одної на кути

(де т - число фаз), а їхні амплітуди рівні, то така система називається симетричною багатофазною системою.

Кожна ЕРС може діяти у своєму колі і бути непов'язаною з іншими ЕРС. Така система називається незв'язаною. Незв'язана система трифазного струму на практиці не застосовується.

Окрема ланка, що входить до складу багатофазного кола, називається фазою. Окремі фази незв'язаної системи електрично та магнітно не пов'язані між собою, у роботі не залежать одна від одної і їх можна обчислювати за формулами розрахунку кіл однофазного струму.

Недоліком незв'язаної багатофазної системи є велика кількість проводів, що дорівнює 2т. Так, наприклад, для передачі енергії в трифазній системі буде потрібно шість проводів.

Багатофазна система, у якій окремі фази електрично з'єднані одна з одною, називається зв'язаною багатофазною системою. Зв'язані системи широко застосовуються на практиці.

Багатофазний струм має такі переваги:

- по-перше, за використання багатофазного струму потрібний провід з меншим перерізом, ніж за використання однофазного струму, для передачі однакової потужності;

- по-друге, за допомогою нерухомих котушок або обмоток він створює обертове магнітне поле, яке використовують у роботі двигунів і різних приладів змінного струму.

 

5.2.2. Трифазний струм

Із систем багатофазного струму найбільше застосування на практиці отримав трифазний синусоїдальний струм. На рис. 5.15 зображено графік зміни напруг U_v U₂ і U₃ в трифазній системі.

На рис. 5.16 зображено векторну діаграму ЕРС трьох витків. Слід пам'ятати, що довжина векторів дорівнює діючому значенню ЕРС.

Розглянемо утворення трифазного синусоїдального струму. Як було зазначено вище, джерелом його створення є синхронний генератор. На практиці

для отримання трифазного струму на статорі синхронного генератора змінного струму розміщують три обмотки, зсунуті одна відносно одної на 120°. Вони називаються фазними обмотками або просто фазами генератора.

Рис. 5.15. Графік змінювання напруг у трифазній системі

Рис. 5.16. Векторна діаграма трифазного струму

Статор є нерухомою частиною синхронного генератора.

Згідно з Державним стандартом фази пофарбовані в жовтий, зелений і червоний кольори. Початок фаз позначають буквами А, В, С, кінці фаз -X, Y, Z.

Рухому частину синхронного генератора називають ротором. Він являє собою електромагніт, обмотку якого підключають до джерела постійного струму, наприклад до акумулятора.

Якщо в однорідному магнітному полі полюсів N - S (рис. 5.17) обертати витки з постійною кутовою швидкістю, то у витках будуть індуковані ЕРС, які також будуть зсунуті за фазою на 120°. Якщо прийняти, що початкова фаза першого витка дорівнює нулю, то ЕРС у витках розраховують за рівняннями:

У трифазних генераторах фази з'єднують між собою «зіркою» або «трикутником». З'єднання виконують у клемній коробці, розташованій на корпусі генератора.

З'єднання, за якого кінці фаз X, У, Z з'єднані в одну точку, а до початків фаз А, В, С підключені лінійні дроти, називають сполученням «зіркою». Загальна точка з'єднання решти фаз називається нульовою 0 або нейтральною N і з неї виводять провід, який називають нульовим або нейтральним. З початкових кінців фаз виводять проводи, які називають лінійними А, В, С.

Фазні обмотки генераторів і споживачів трифазного струму з'єднуються за схемою «зірка» або «трикутник».

Електрична схема з'єднання фаз обмоток наведена на рис. 5.18.

На рис. 5.18 позначено напруги трифазного ланцюга: фазні

U_c, які вимірюють між лінійним проводом і нульовим, і лінійні

які вимірюють між двома лінійними проводами.

При з'єднанні «зіркою» фазна напруга менша за лінійну в

Оскільки лінійні і фазні напруги різняться між собою, то є лінійка стандартних напруг:

Векторна діаграма напруг трифазного генератора, з'єднаного «зіркою», містить шість напруг - три фазних, три лінійних (рис. 5.19).

Фазні напруги

розташовані під кутом 120° одна до одної. Поєд

навши кінці фазних напруг, отримують лінійні напруги

що спря

мовані проти годинникової стрілки.

Лінійні напруги визначаються векторною різницею фазних напруг.

З'єднання, за якого кінець першої фази з'єднується з початком другої, кінець другої з початком третьої, кінець третьої з початком першої і з точок з'єднання виводять лінійні дроти, називають сполученням «трикутником» (рис. 5.20).

Схема з'єднання фаз «трикутником» наведена на рис. 5.21.

При цьому з'єднанні фазні напруги стають рівними лінійним напругам:

Векторна діаграма являє собою трикутник напруг з кутами 60° (рис. 5.22).

При з'єднанні «трикутником» обмотки утворюють замкнутий контур. Короткого замикання в контурі не відбувається, тому що геометрична сума ЕРС фаз у будь-який момент дорівнює нулю. Недоліком з'єднання обмоток генератора «трикутником» є отримання тільки фазної (лінійної) напруги.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Схарактеризуйте параметри змінного струму.

2. Дайте визначення понять «фаза змінного струму», «зсув фаз».

3. Зобразіть синусоїдальні величини за допомогою векторів.

4. Які одиниці використовують для вимірювання активної та реактивної потужності?

Б. Чому в колі змінного струму з індуктивністю струм відстає від напруги?

6. Чому в колі змінного струму з ємністю струм випереджає напругу?

7. Запишіть формули індуктивного та ємнісного опорів.

8. Запишіть миттєві значення напруги і струму в колі змінного струму з ємністю.

9. Яке значення змінного струму називають діючим?

10. Схарактеризуйте поверхневий ефект.

11. Вкажіть перевагу з'єднання «зіркою».

12. Поясніть принцип побудови векторної діаграми напруг для з'єднання «зіркою».

13. Яку напругу вимірює вольтметр, включений між лінійним і нульовим проводами?

14. Поясніть різницю між фазною і лінійною напругою при з'єднанні «трикутником».

15. Як виконати з'єднання «зіркою», «трикутником» у клемній коробці генератора?

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020