5.2 Трёхфазные источники

На схеме представлен синхронный генератор, который состоит из статора с размещенными на нем обмотками Ax,By,Сz,оси которых смещены в пространстве на 120° ( 2π/3 рад).

A, B, C – начало обмоток.

X, Y, Z – концы обмоток.

Ротор в простейшем случае представляет собой электромагнит с двумя полюсами, который приводится во вращение первичным двигателем (ПД).

При вращении ротора первичным двигателем в каждой из обмоток индуктируется одинаковая по величине и изменяющаяся с одинаковой угловой частотой синусоидальная ЭДС.

Циклическая частота

, Гц,Гц,Гц,

где n0 – постоянная синхронная частота вращения ротора генератора.

В частности для получения 50 ГЦ n0=3000 об/мин

Одну из обмоток ротора называют фаза ( источник ) А, тогда фаза смещенная в сторону отставания от фазы А на 120° называют фаза В, фаза смещенная с опережением от фазы А на 120° называют фаза С. Шины таких фаз окрашивается соответственно красная – фаза А, желтая – фаза В, зеленая – фаза С.

Генерируемая синусоидальная ЭДС может быть представлена в четырех различных формах:

• тригонометрической

• графической

• векторная

• комплексная

Для снижения расхода проводникового материала полученные три фазы (источника) необходимо "связать", в соответствии с принципами, которые мы рассмотрели выше, чтобы получить единый трехфазный источник.

Возможны два варианта, чтобы сократить число проводов, которые выходят из трехфазного генератора. Можно объединить концы фаз (x, y, z) в единую точку, которая называется нейтральной (нулевой) точкой. Это позволяет соединить три фазы в систему, которая называется соединение фаз звездой с нейтральной точкой.

Для учебных целей часто соединение звездой изображают

На векторной диаграмме фазные напряжения ,,представляют собой трехлучевую звезду, исходящую из нейтральной точки. Напряжения между фазами,,- линейные напряжения, образующие треугольник линейных напряжений.

Из прямоугольного треугольника легко можно получить

Если соединить концы фаз (x, y, z) с началами соседних фаз, один за другим, последовательно (x – B, y – C, z – A) получаем соединение треугольник.

Для учебных целей часто соединение треугольником изображают

Сравнение соединения звездой с нейтральным проводом и треугольником фаз трехфазного генератора, позволяет отдать предпочтение соединению звездой. При соединении звездой с нейтральным проводом наряду с уменьшением числа проводов, появляется дополнительная возможность питать нагрузку междуфазным (линейным) напряжением.

В то же время соединение треугольником обладает существенным недостатком, связанным с тем, что в контуре, образованном тремя фазами, возможен ток холостого хода в случае, если система ЭДС несимметрична: или не равны абсолютно точно величины , или не равны сдвиги по фазе между ЭДС φA≠φB≠φC. Поэтому соединение треугольником для объединения фаз трехфазного генератора практически не используется.

5.3 Соединение приёмников «звездой»

«Звезда» с нейтральным проводом четырехпроводная

1)

Пусть нагрузка несимметричная ().

Несимметричная равномерная , неоднородная ;

Несимметричная однородная, неравномерная

Тогда согласно методу двух узлов

–напряжение смещения (нейтральной) точки имеет конечное ненулевое значение.

Таким образом, несимметричная нагрузка с нейтральным проводом, имеющим конечное сопротивление , вызывает смещение потенциала нейтральной точки приемника – «смещение нейтрали» и асимметрию фазных напряжений на нагрузке.

5.3.2. Нагрузка несимметричная, нейтральный провод есть и его сопротивление равно нулю. Если , а, тотогда

; ;;

т.е. нейтральный провод служит для выравнивания напряжения при несимметричной нагрузке, для поддержания симметрии фазных напряжений при неравномерной нагрузке. Но при этом для электроснабжения необходима четырехпроводная система проводов (3 фазы и нейтраль).

5.3.3. Нагрузка симметричная (асинхронный двигатель), т.е. нагрузка во всех фазах трех равны по величине, по характеру и по фазе

(). Тогда.

Симметричная звезда токов. Нейтральный провод не нужен.

Для нагрузки достаточно трёхпроводной трёхфазной системы электроснабжения.