Трёхфазная система электроснабжения Википедия
Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).
Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Теслой. Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов с асинхронным электродвигателем.
Описание[ | ]
Каждая из действующих ЭДС находится в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто «фазой». Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C
Распространённые обозначения фазных проводов:
| Россия, EC (выше 1000 В) | Россия, ЕС (ниже 1000 В) | Германия | Дания |
|---|---|---|---|
| А | L1 | L1 | R |
| B | L2 | L2 | S |
| C | L3 | L3 | T |
Анимированное изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда»
Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим.
Графическое представление зависимости фазных токов от времениПреимущества[ | ]
ru-wiki.ru
ЛИНЕЙНЫЕ И ФАЗНЫЕ ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ
⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 14Следующая ⇒
При рассмотрении этой темы воспользуемся рисунками 9.7, 9.8.
Напряжение между началом и концом фазы ¾ фазное напряжение Uф,
Таким образом, имеется три фазных напряжения ¾векторы , и (рис. 9.7). Обычно за условное положительное направление э. д. с. (векторы , , ) генератора принимают направление от конца к началу фазы. Положительное направление тока в фазах совпадает с положительным направлением э. д. с., 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 э. д. с.
Напряжение между линейными проводами ¾ линейное напряжение Uл.
Таким образом, имеется три линейных напряжения ¾векторы , , , 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 ANBA (рис.9.7), если принять направление обхода контура от точки А к точке N и т. д. против часовой стрелки:
(10.1)
Отсюда
и аналогично
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 (рис. 10.1). 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 , как следует из (10.1), необходимо к вектору, напряжения прибавить вектор напряжения с противоположным знаком. После переноса вектора параллельно самому себе он соединит точки А и В на векторной диаграмме фазных напряжений.
Рис. 10.1 Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений при соединении фаз звездой
Аналогично строят векторы линейных напряжений и . На векторной диаграмме напряжений векторы фазных напряжений образуют звезду, а векторы линейных напряжений ¾замкнутый треугольник. Вследствие этого векторная сумма линейных напряжений всегда равна нулю, т. е.
(10.2)
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 . Тогда
Так как а , то
Таким образом, если система напряжений симметрична, то при соединении звездой линейное напряжение в = 1,73 рaза больше фазного напряжения. Предусмотренные ГОСТом и применяемые на практике напряжения переменного тока 127, 220, 380 и 660 В как раз и отличаются друг от друга в 1,73 раза. Если Uл= 220 В, то Uф = 127 В, что обозначают как 220/127 В. Кроме того, применяют системы 380/220 и 660/380 В.
В четырехпроводной трехфазной цепи (рис. 9.7) 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 Iф. Ток в линейных проводах называется линейным током Iл. Так как обмотка генератора, линейный провод и приемник, принадлежащие одной фазе, соединяются последовательно, то при соединении звездой линейный ток равен фазному:
Iл = Iф.
Линейные и фазные токи на рис. 9.7 обозначены , и .
Ток в нейтральном проводе может быть определен по первому закону Кирхгофа, на основании которого для точки n можно записать уравнение:
Откуда
(10.3)
Следовательно, ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме фазных токов.
Ток в каждой фазе может быть определен по закону Ома для цепи синусоидального тока. Так, для фазы А
где
Аналогично определяют фазные токи и . Зная модули I
Рис. 10.2. Векторная диаграмма фазных напряжений и токов при несимметричной нагрузке
При построении принято, что система фазных напряжений симметрична (что на практике почти всегда имеет место), а сопротивления фаз приемников различны. В результате фазные токи оказываются различными по значению и сдвинутыми по фазе на различные углы. Геометрическим сложением фазных токов находят вектор тока IN. Чем больше различие в фазных токах, тем больше ток в нейтральном проводе.
При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда , т. е. когда RA =RB
=RC и ХА =ХB =ХC, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы:IА = IВ = IC = Iф;
jA = jB = jС = j.
Итак, фазные токи при симметричной нагрузке образуют симметричную систему, вследствие чего ток IN в нейтральном проводе равен:
Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричной нагрузки показана на рис. 10.3.
Рис. 10.3. Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной нагрузке
При симметричной нагрузке создается такой режим трехфазной цепи, при котором в нейтральном проводе тока нет. Следовательно, можно отказаться от нейтрального провода и перейти от четырехпроводной к трехпроводной трехфазной цепи, изображенной на рис. 10.4.
Рис. 10.4. Схема связанной трехпроводной трехфазной цепи
Изменение мгновенных значений симметричной системы токов аналогично изменению мгновенного значения э. д. с.
При t = 0 ток iА = 0, ток iС положителен, а ток iB отрицателен, причем iС = -iВ. Это значит, что действительное направление тока в фазе С совпадает с условным положительным направлением, указанным на рис. 10.4., а в фазе В противоположно указанному на схеме направлению. Провод В в данный момент времени является обратным проводом для фазы С. При t = Т/2 токи iA и iС положительны, причем iA = iС = 0,5Im, а ток IВ отрицателен, причем iB = -Im. Провод В является обратным проводом для фаз A и С. Преимущество трехфазной системы в том и состоит, что не требуется специальных обратных проводов, их функции поочередно выполняют прямые провода. Обмотки современных трехфазных генераторов, которые устанавливают на электростанциях, соединяются всегда звездой, что позволяет выполнять изоляцию обмоток на фазное напряжение, которое меньше линейного в 1,73 раза. При соединении обмоток генератора звездой фазы приемника могут быть соединены как звездой, так и треугольником.
Рекомендация:
Для самоконтроля полученных знаний выполните тренировочные задания
из набора объектов к текущему параграфу
Рекомендуемые страницы:
lektsia.com
Линейное напряжение в электрических сетях
В каждой отрасли техники можно всегда найти своеобразное эхо давних времен, а именно названия, отражающие своего рода историю развития данного направления. И мало кто знает, что то или другое техническое понятие имеет длинный путь становления, привыкания, а в самом начале своего рождения знаменовало очередной, зачастую весьма значительный, шаг технического прогресса. Так, например, среди электрических терминов очень часто можно слышать выражения «трехфазное напряжение», «линейное напряжение», «постоянное» или «переменное напряжение» и множество других наименований со словом «напряжение».
Изначально как физическая величина напряжение определяется как разность потенциалов электрического поля, способная выполнить работу по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую. На перемещение заряда расходуется энергия поля, поэтому его величина, точнее, разность потенциалов, уменьшается до нуля. В реальной замкнутой цепи работа по перемещению электрических зарядов трактуется как электрический ток – результат перемещения электронов из одной точки цепи в другую. Чтобы он не изменялся, необходимо поддерживать разность потенциалов неизменной. Как известно, поддержанием тока в цепи «ведает» источник питания. От него и зависит, будет ли ток в цепи постоянным, т.е. не меняющим своей величины и направления, или переменным, меняющимся по некоторому закону. Термин «линейное напряжение» имеет смысл только для сетей переменного тока.
Наибольшее распространение в электротехнике получили сети переменного напряжения синусоидальной формы. Максимальное значение напряжения при его колебании называется амплитудой Ua. Для такого напряжения применяют дополнительные единицы измерения – частота F и фаза ψ. Частота определяется количеством колебаний в единицу времени, а фаза — это временной сдвиг одинаковых точек колебания. Так уж сложилось исторически, что термином «фаза» стали называть и линию электропередачи переменного напряжения, если она является частью системы из многих фаз — обычно трех. Трехфазные сети были очередным достижением электротехники и имеют так много достоинств, что пройти мимо просто невозможно. И самое главное из них — это возможность крайне просто, фактически без всяких усилий, получать вращающееся магнитное поле – основной принцип работы любого электродвигателя. В трехфазной цепи различают фазное и линейное напряжение, а ее особенность заключается в том, что каждая из фаз имеет сдвиг по отношению к остальным двум +/- 120 град. Генератор трехфазного напряжения имеет выходные обмотки, в которых конструктивно задан сдвиг фаз. Каждая из обмоток имеет конец и начало: Н1-К1, Н2-К2, Н3-К3. В трехфазной системе возможны два варианта соединения фаз – «звезда» и «треугольник».
При соединении «звезда» все концы соединяются в одну точку – «вывод 0», а начала служат выводными концами для генератора и входными для запитанного им устройства. В такой системе линейное напряжение — это величина, измеренная между любой парой выходных концов Н1, Н2, Н3, и его обозначают Ulin. Есть и еще одна характеристика трехфазной сети – фазное напряжение. Его обозначают Uf и измеряют между точками «вывод 0» и любым из выходных концов К1, К2 и К3. Опуская подробности, следует отметить, что, исходя из векторной диаграммы для трехфазной сети, соотношения между этими напряжениями Ulin = Ѵ3 * Uf. При соединении «треугольник» концы обмоток соединяют по кольцу: К1-Н1-К2-Н2-К3-Н3-К1. Каждое соединение «конец – начало» является выводом, и при этом линейное напряжение не отличается от фазного, т.е. Ulin = Uf. Интересно сравнить между собой постоянное напряжение Udir и амплитуду переменного напряжения Ua, например, исходя из одинаковой энергии, выделяемой в нагрузке. Для этого случая Udir = Ѵ2 * Ua.
Вот так на протяжении десятилетий копились знания о сущности и природе электричества, и незаметно простое понятие «напряжение» обросло родственными терминами, расширяющими наши возможности в использовании природных явлений для нужд человека.
fb.ru