Электротехника_и_электроника_книга_1_электрические_и_магнитные_цепи_Герасимов_В.Г._ Кузнецов_Э.В.,_Николаева_О.В. (945949), страница 24
Текст из файла (страница 24)
проблема централизованного производства и распределения электроэнергии переросла в комплексную; необходимо было одновременно разрешить две сложнейшие научно-технические задачи: обеспечить экономичную передачу энергии на дальние расстояния и создать надежный электродвигатель, удовлетворяющий требованиям промышленного электропривода. Зто решение было найдено на основе трехфазных систем. Важнейшей предпосылкой создания трехфаэных систем явилось открьпие явления вращающегося магнитного поля (Г. Феррарис и Н. Тесла, 1888 г.). Первые электрические двигатели были двухфазными, но онн имели плохие рабочие характеристики.
Наиболее рациональной оказалась трехфазная система. В разрабо~ку трехфазных систем большой вклад внесли ученые и инженеры разных а Понятие "фаза" в электротехнике имеет два значения первое — аргумент синусоидально изменявшейся величины, второе — часть многофаэной цепи. 149 стран; серб Н. Тесла, русский М. О. Доливо-Добровольский, немец Ф. Хазельвандер, француз М. Депре, американец Ч. Бредни.
Наибольшая заслуга среди них принадлежит выдающемуся русскому электротехнику М. О. Доливо-Добровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, создавшему трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, разработавшему четырех- и трех. проводную цепи. Его по праву считают основоположником трехфазных систем. Злй ТРЕХФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР. СПОСОБЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ СИММЕТРИЧНОЙ СИСТЕМЫ ЗДС Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, линии передачи и приемников. На электрических станциях трехфазная система ЗДС ооразуется на зажимах трехфазного синхронного генератора, принцип действия которого и конструкция подробно рассмотрены в гл. 5 кн.
П. Поперечный разрез трехфазного генератора схематически изображен на рис. 3.1, а. Синхронный генератор состоит из двух основных частей: неподвижной — статора н вращающейся — ротора. На статоре располо. жена обмотка, состоящая из трех катушек или фаз, каждая из которых условно изображена одним витком. Оси катушек сдвинуты относительно друг друга на один и тот же угол 2н/3, т. е. на 120'.
Начала фаз обозначены прописными буквами А, В н С, а концы — буквами Х, 1", с. Ротор представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током. При вращении ротора турбиной (см. рис. 3.1, б) созда- на ора Стат Ротор и) Турбина Ротор б) рис. 3.1. вские поперечного рирезе грехвазного генератора (е) н схема гтрбогенерагорной установки (б) 150 ваемое им магнитное пола возбуждает в неподвижных обмотках статора синусоидальные ЭДС, имеюшие одинаковые амплитуды и частоту, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 2я/3. Такая система ЭДСназывается симметричной. На практике, как правило, приемники подключаются не непосредственно к генератору, а ко вторичным обмоткам трехфаэных трансформаторов, в которых также действует симметричная система ЭДС.
Поэтому условимся анализировать процессы в трсхфазных цепях независимо от того, чем создается система ЭДС вЂ” генератором или трансформатором. Способы изображения симметричной системы ЭДС е = Е з(п озг; е = Е ззп(юг — 2л/3); е, = Е ззп(шт — 4л/3) = Е а(п(юг+ 2а/3). (3.1) Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3. Рис 3.3.
Графики мгновенных знячсний трсхфязной симметричной системы ЭЛС Рис. 3.2. Усновныс обозначения обмоток стзтора трсхфязных генераторов На схемах замешения фазы трехфазного генератора (нли вторичной обмотки трехфазного трансформатора) изображают двумя способами (рис. 3.2) .
Если ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде Рис. 3.4. Векторные диаграммы трехфазной симметричной системы ЭДС прямой (а) и обратной (б) последовательности фаз Комплексные действующие ЭДС будут определяться соответственно выражениями; ЕА = Е; — Š— зги(з В (3.2) Е = Ее теи(з Еетги(э С Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис.
3.4, а. Из диаграммы следует, что в любой момент времени ЕА + Ел + Е = О. С Из графика мгновенных значений также очевидно, что ЕА + ЕВ + и = (З. (3.3) Систему ЭДС, изображенную на рис. 3.4, и, называют системой прямой последовательности фаз; в этом случае ЭДС фазы В отстает от ЭДС фазы А на угол 2и/3, а ЭДС фазы С вЂ” на тот же угол от ЭДС фазы В. Если изменить направление вращения ротора, то последовательность фаэ изменится на обратную (см. рис. 3.4, б). Заметим, что от последовательности (порядка чередования) фаз зависит направление вращения трехфазных асинхронных двигателей. Последовательность фаз может быть определена специальным прибором — фазоуказателем, а на распределительных устройствах шины, относящиеся к разным фазам, имеют различную окраску.
В нашей стране приняты цвета: желтый — для фазы А, зеленый — для фазы В, красный — для фазы С. Вопрос 3.1. Как направление вращения ротора влияет на трехфазную систему ЭДС2 Варианты ответа: 3.1.1. Влияет на амплитуду ЭДС. 3.1.2. Влияет на частоту ЭДС. 3.1.3.
Влияет на фазовый сдвиг. З.З СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ФАЗ ТРЕХФАЗНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ. ФАЗНЫЕ И ЛИНЕЙНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В период зарождения трехфазных систем были попьпки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами. Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности; для соединения генератора с лриемником требовалось шесть проводов (рис.
3.5). Поэтому вполне естественными были стремления ученых и инженеров сократить число проводов трехфазной установки. Логическим путем было объединение трех обратных проводов в один — так возникла связанная система, соединенная звездой (рис. 3.6, а), в которой концы фаэ Х, т, 2 соединяются в один общий узел т)т, называемый н е й т р ал ь но й точк о й генератора (либо трансформатора). Провода, соединяющие начала фаз обмоток генератора (трансформатора) н приемника, называют л и н е й н ы м и, а провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника,— н ей т раль н ы ми. При соединении фаз обмотки треугольником объединяются в одну точку начала и концы соответствующих фаз ХЕВ, Уи С Х иА (см. рис.
3.6, б) . Рис. 3.5. Схема несвязанной шести- проводной трехфазноа цели с(у) а) Рнс, 3.6. Схема соеднпсния фаа ИСтОЧНИКа ЗВЕЗдоа (а) и тре. УГОЛЬНИКОМ (б) 153 (3 А) или АВ А В' ВС В С' СА С А' (3.5) Из топографической диаграммы напряжений, построенной в соответствии с этими уравнениями (рис. 3.7), моною определить как количественные, так и фазовые соотношения между фазными и линейными напряжениями симметричной системы. Векторы линейных напряжений У~В, УВС И бсА сДвинУты относительно дрУг Друга на угол 2я/3 и Рис, ЗЛ. Вскторнан диаграмма напряжений трехфазного источ- ника при омдинснии его фаз звсзлой В Иас * Следует различать направление стрелок на схеме, указывающих условно положительныс направления линейных напряжений, и направление векторов на векторной диаграмме.
Так, очевидно, вектор ВАВ =УА — ЧВ до н быть направлен к точке А. 154 Как отмечалось, важной особенностью трехфаэных цепей является наличие двух напряжений — фазного и линейного. Ф а э н ы м (17 ) Ф называют напряжение между началом и концом каждой фазы (17 7У, У „, ьтс,.у, либо, опуская второй индекс, просто 47А, УВ, ьус), а линейным (г7л) — между началами двух фаз (17АВ, УВС, УСА) (см, рис.
3.6, а). За положительное направление фазных напряжений при. нимают направления от начала к концу фаз обмотки (например, от А к А), за положительное направление линейных напряжений— направление от А к В, от В к С и от С к А. Соотношения между линейными и фазными напряжениями трехфазного источника электрической энергии определяют из уравнений, составленных для схемы рис. 3.6, а по второму закону Кирхгофа, связывающих эти напряжения: опере%сеют соответственно векторы фазных напряжений и, и н и с на угол я/6.
Из заштрихованного треугольника следует: ~л — =и соа— 2 6 /3 =и— ф т т, е. и„=,/зи . (3.6) Значение каждого иэ линейных напряжений в ъ/3 раз больше фазного. Предусмотренные ГОСТом линейные и фаэные напряжения для цепей низкого напряжения связаны межцу собой соотношением (3.6): иф 660/ ~~/ 3 380 В и = 660В, и„= з80в, и = 220В, и = 380/,/3 = 220 В; и = 220/,/3 = 127 В. Очевидно, что при соединении фаэ треугольником (см. рис. 3.6, б) линейные напряжения равны фазным, т. е.
(3.7) и„ = и,. Ззи КПЯООИФИКЯЦИИ ПРИЕМНИКОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЦЕПЬ Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть либо одно. фаэными, либо трехфазными. К однофазным приемникам относятся лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т. д. К трехфазным прнемни. 155 Отметим, что обмотки фаз генератора предпочитают соединять звездой, так как в случае нарушения симметрии ЭДС в обмотке, соединенной треугольником, уже при холостом ходе возникнут токи, которые вызовут нагревание обмоток и соответствующее увеличение потерь энергии. Задача ЗА.
Фазные напряжения генератора и = 220 В. Записать выражения для комплексных действующих значейий фазных и линейных напряжений, если начальная фаза напряжения и равна нулю. Ответ. и = 220 В, и = 220е ' 'зо В, и = 220е' 'зо В, и А ' В, ' С АВ =3804/эо' В и =380е тчо В и' =380е~ 15о' В ' ° ВС СА Векторная диаграмма напряжений приведена на рис. 3.7. Я в с У Ламлы на налибанил Я в с ГЯ4 Батарея а) нонденеатереб б) Рис. Ха. Схема включения (а) и схеме замещения (б) олнофезиых и трехфазных приемников 156 кам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи. Комплексные сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой: Я =У =2 .
Такие приемники называют с и м м е тр и ч н ы м и. Три однофазных приемника, включенные в трехфазную цепь, в зависимости от соотношения их сопротивлений, могут быть эквивалентны как симметричным, так и несимметричным трехфазным приемникам. Начала и концы фаз приемников обозначают строчными буквами; а — х, Ь вЂ” у, с — х Подобно фазам генераторов и трансформаторов фазы трехфазных приемников, а также однофазные приемники могут соединяться звездой либо треугольником. Способ соединения фаэ источника электрической энергии не предопределяет способа включения приемников. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
