ТЕМА 5

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

5.1. Основные понятия

5.2. Трёхфазные источники

5.3 Соединение приёмников «звездой»

5.4 Соединение приемников «треугольником»

5.5 Трёхфазная мощность

5.6 Вращающееся магнитное поле

5.7 Метод симметричных составляющих

5.1 Основные понятия

Итак, ранее мы установили, что сегодня передача и потребление электроэнергии в подавляющем большинстве случаев осуществляется с помощью переменного (синусоидального) тока. Это позволяет получить экономичную и гибкую систему электроснабжения путём обеспечения для потребителя с помощью трансформаторов оптимальный уровень напряжения.

Но до сих пор мы рассматривали так называемые однофазные (одноисточниковые) системы электроснабжения. А сегодня практически вся электрическая энергия производится, передается, преобразуется, потребляется с помощью трехфазных систем электроснабжения. Почему?

1. Чисто однофазные двигатели принципиально не могут вращаться без начального толчка извне. Более подробно на эту тему мы поговорим попозже.

2. Серьезными преимуществами обладают так называемые связанные цепи.

Рассмотрим так называемые связанные цепи постоянного тока.

Пусть два источника Е₁ и Е₂ питают каждый в отдельности нагрузки R₁ и R₂ токами I₁ и I₂.

Положим, что сечения питающих проводов одинаковые и равны каждый S, а суммарное сечение – 4S.

Если мы «свяжем» эти две цепи, в одну электрическую цепь как показано на рисунке, то токи через R₁ и R₂ и напряжения на них останутся прежними (I₁ и I₂, Е₁ и Е₂).

Но через третий, общий провод (назовём его нейтральным) пойдет ток, величина и направление которого определяются разностью токовI₁–I₂.

Это позволит уменьшить сечение нейтрального провода в 2 раза, а общее сечение проводов составит 2,5S. В результате при прочих равных условиях мы уменьшим расход проводникового материала в 4/2,5=1,6 раза.

3. Плюс к этому мы можем подключить ещё одну нагрузку R₃ под напряжение U₃=Е₁+Е₂ .

Мы имеем 2 линейных провода, 1 нейтральный с сечением ½ S и нагрузку под напряжением между двумя линейными проводами U_л=Е₁+Е₂ . Мы получим двухисточниковую связанную систему.

Напряжение источников – фазное.

Напряжение между линейными источниками – линейное.

В цепях переменного тока используют многоисточниковые (многофазные системы).

Многофазная система (например n-фазная) переменного синусоидального тока – это объединение n-электрических цепей, в которых действуют и имеют одинаковую э.д.с., одинаковую частоту, одинаковое действующее значение напряжения, генерируемого каждым генератором, но сдвинутых по фазе друг по отношению другу на угол 2¶/n.

В частности, самой распространённой в мире многофазной системой является – трёхфазная, разработанная русским инженером электриком Доливо-Добровольским Михаилом Осиповичем (1861-1919 гг.), осуществившем в 1891 г. первую трехфазную систему электроснабжения.

Достоинства:

• снижение расхода проводникового материала по сравнению с однофазной системой той же мощности;

• возможность иметь 2 различных уровня напряжения – фазное (источник) и междуфазное между источниками (линейное);

• огромная важность для промышленности в возможности реализовать двигатели переменного тока и, в частности, самый распространенный электродвигатель переменного тока - трёхфазный асинхронный двигатель, работающий с помощью вращающегося магнитного поля, создаваемого трёхфазной системой (автор – М.О. Доливо-Добровольский, 1888-1889 гг.)

• лучшие технико-экономические показатели трёхфазных генераторов и трансформаторов по сравнению с тремя однофазными той же мощности.