Schémy zapojenia trojfázových obvodov. Trojfázové obvody

Dobrý deň všetkým. V poslednom článku som zhodnotil, vo vzťahu k elektrickým obvodom obsahujúcim zdroje energie. Ale analýza a návrh elektronických obvodov, spolu s Ohmovým zákonom, sú tiež založené na zákonoch rovnováhy, nazývaných prvý Kirchhoffov zákon, a bilancie napätia na úsekoch okruhu nazývaných druhý Kirchhoffov zákon, ktorý v tomto článku zvažujeme. Po prvé, pozrime sa, ako sú prijímače energie prepojené a aké sú vzťahy medzi prúdmi, napätiami a.

Prijímače elektrickej energie môžu byť vzájomne prepojené tromi rôznymi spôsobmi: sériovo, paralelne alebo zmiešane (sériovo paralelne). Najskôr uvažujeme metódu sériového spojenia, v ktorej je koniec jedného prijímača pripojený na začiatok druhého prijímača a koniec druhého prijímača na začiatok tretej a tak ďalej. Nasledujúci obrázok znázorňuje sériové pripojenie energetických prijímačov s ich pripojením k zdroju energie.

Príklad sériového pripojenia prijímačov energie.

V tomto prípade sa okruh skladá z troch po sebe idúcich prijímačov energie s odporom R1, R2, R3 pripojeným k zdroju energie s U. Elektrický prúd I prúdi cez obvod, to znamená, že napätie na každom odpore bude rovné súčinu prúdu a odporu

Pokles napätia na sériovo zapojených odporoch je teda úmerný hodnotám týchto odporov.

Z vyššie uvedeného vyplýva pravidlo ekvivalentného sériového odporu, ktorý uvádza, že sériovo zapojené odpory môžu byť reprezentované ekvivalentným sériovým odporom veličiny rovnajúcej sa súčtu sériovo zapojených odporov. Táto závislosť je reprezentovaná nasledujúcimi vzťahmi

kde R je ekvivalentný sériový odpor.

Sériová aplikácia

Hlavným účelom sériového pripojenia energetických prijímačov je poskytnúť požadované napätie menšie ako napätie zdroja energie. Jednou z takýchto aplikácií je napäťový delič a potenciometer.

  Delič napätia (vľavo) a potenciometer (vpravo).

Ako rozdeľovače napätia sa používajú sériovo zapojené odpory, v tomto prípade R1 a R2, ktoré rozdeľujú napätie zdroja energie na dve časti U1 a U2. Napätia U1 a U2 môžu byť použité na ovládanie rôznych prijímačov energie.

Pomerne často sa používa nastaviteľný napäťový delič, ktorý sa používa ako variabilný odpor R. Celkový odpor, ktorý je rozdelený na dve časti pomocou pohyblivého kontaktu, a tak môžete plynule meniť napätie U2 na prijímači energie.

Ďalší spôsob pripojenia prijímačov elektrickej energie je paralelné pripojenie, ktoré sa vyznačuje tým, že niekoľko nástupcov energie je pripojených na rovnaké uzly elektrického obvodu. Príklad takéhoto spojenia je znázornený nižšie.

  Príklad paralelného zapojenia prijímačov energie.

Elektrický obvod na obrázku pozostáva z troch paralelných vetiev so záťažovými odpormi R1, R2 a R3. Obvod je pripojený k zdroju energie s napätím U, prúdom preteká elektrický prúd so silou I. Prúd prúdi cez každú vetvu rovnú pomeru napätia k odporu každej vetvy

Pretože všetky vetvy obvodu sú pod rovnakým napätím U, prúdy prijímačov energie sú nepriamo úmerné odporu týchto prijímačov, a preto môžu byť prijímače energie paralelne zapojené jedným prijímačom energie s odpovedajúcim ekvivalentným odporom, podľa nasledujúcich výrazov

Pri paralelnom pripojení je teda ekvivalentný odpor vždy menší ako najmenší z paralelne zapojených odporov.

Zmiešaná zmes prijímačov energie

Najbežnejšia je zmiešaná zmes prijímačov elektrickej energie. Toto spojenie je kombináciou sériovo a paralelne spojených prvkov. Neexistuje žiadny všeobecný vzorec na výpočet tohto typu spojenia, a preto je v každom jednotlivom prípade potrebné oddeliť úseky okruhu, kde je prítomný len jeden typ pripojenia prijímačov - sériových alebo paralelných. Potom, podľa vzorcov ekvivalentného odporu, postupne zjednodušte údaje o osude a nakoniec ich privediete do najjednoduchšej formy s jedným odporom pri výpočte prúdov a napätí podľa Ohmovho zákona. Nižšie uvedený obrázok znázorňuje príklad zmiešanej zmesi prijímačov energie.

  Príklad zmiešanej zmesi prijímačov energie.

Ako príklad vypočítame prúdy a napätia vo všetkých častiach obvodu. Najprv definujeme ekvivalentný odpor obvodu. Rozlišujeme dva úseky s paralelným zapojením energetických prijímačov. Jedná sa o R1 || R2 a R3 || R4 || R5. Potom ich ekvivalentný odpor bude

Výsledkom je, že reťazec dvoch po sebe nasledujúcich prijímačov energie R12R 345 ekvivalentný odpor a prúd, ktorý cez ne prúdi

Potom bude pokles napätia na plochách

Potom budú prúdy prúdiace cez každý energetický prijímač

Ako som už spomenul, Kirchhoffove zákony spolu s Ohmovým zákonom sú základom analýzy a výpočtov elektrických obvodov. Ohmov zákon bol podrobne prerokovaný v dvoch predchádzajúcich článkoch, teraz je na rade zákon Kirchhoffa. Existujú len dve z nich, prvá opisuje pomery prúdov v elektrických obvodoch a druhá - pomer emf a napätí v obvode. Začnime s prvým.

Kirchhoffov prvý zákon uvádza, že algebraický súčet prúdov v uzle je nula. Toto je opísané nasledujúcim výrazom

kde ∑ - označuje algebraický súčet.

Slovo "algebraické" znamená, že prúdy musia byť brané do úvahy so zreteľom na znamienko, to znamená smer prítoku. Takže všetkým prúdom, ktoré prúdia do uzla, je priradené kladné znamienko a tie, ktoré prúdia z uzla, sú negatívne. Obrázok nižšie znázorňuje prvý Kirchhoffov zákon.

  Obrázok prvého zákona Kirchhoffa.

Obrázok ukazuje uzol, do ktorého prúdi prúd zo strany odporu R1 a prúd tečúci zo strany odporov R2, R3, R4, respektíve, potom bude aktuálna rovnica pre túto časť obvodu vyzerať ako

Kirchhoffov prvý zákon platí nielen pre uzly, ale aj pre akýkoľvek okruh alebo časť elektrického obvodu. Napríklad, keď som hovoril o paralelnom pripojení prijímačov energie, kde súčet prúdov cez R1, R2 a R3 je rovný pretekajúcemu prúdu I.

Ako je uvedené vyššie, druhý Kirchhoffov zákon určuje vzťah medzi emf a napätiami v uzavretej slučke a znie takto: algebraický súčet emf v akomkoľvek obvode obvodu sa rovná algebraickému súčtu úbytkov napätia na prvkoch tohto obvodu. Kirchhoffov druhý zákon je definovaný nasledujúcim výrazom

Ako príklad uvážime nasledujúci diagram, ktorý obsahuje určitý obrys

  Schéma ilustrujúca druhý zákon Kirchhoff.

Najprv musíte určiť smer obtoku obtoku. V zásade si môžete vybrať buď v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek. Vyberiem prvú možnosť, to znamená, že prvky budú brané do úvahy v nasledujúcom poradí E1R1R2R3E2, teda rovnica podľa druhého Kirchhoffovho zákona bude mať nasledujúci tvar

Kirchhoffov druhý zákon platí nielen pre jednosmerné obvody, ale aj pre striedavé obvody a nelineárne obvody.
  V ďalšom článku sa budem zaoberať základnými metódami výpočtu zložitých obvodov pomocou Ohmovho zákona a Kirchhoffových zákonov.

Teória je dobrá, ale teória bez praxe je len chvenie vzduchu.

Vývoj viacfázových systémov bol historicky poháňaný. Výskum v tejto oblasti bol spôsobený požiadavkami na rozvoj výroby a pokroky vo vývoji viacfázových systémov boli podporované objavmi vo fyzike elektrických a magnetických javov.

Najdôležitejším predpokladom pre vývoj viacfázových elektrických systémov bol objav javu rotujúceho magnetického poľa (G. Ferraris a N. Tesla, 1888). Prvé elektromotory boli dvojfázové, ale mali nízky výkon. Najviac racionálny a sľubný bol trojfázový systém, ktorého hlavné výhody budú ďalej diskutované. Veľký prínos k rozvoju trojfázových systémov vytvoril vynikajúci ruský elektrotechnik MOO Dolivo-Dobrovolsky, ktorý vytvoril trojfázové asynchrónne motory, transformátory, ktoré navrhli troj- a štvorvodičové obvody, a preto je právom považovaný za zakladateľa trojfázových systémov.

Zdrojom trojfázového napätia je trojfázový generátor, na ktorého statore (pozri obr. 1) je umiestnené trojfázové vinutie. Fázy tohto vinutia sú usporiadané tak, že ich magnetické osi sú posunuté v priestore voči sebe el. rád. Na obr. 1 je každá fáza statora konvenčne znázornená vo forme jednej cievky. Začiatky vinutí sa zvyčajne označujú veľkými písmenami A, B, C a konce sú vždy veľkými písmenami x, y, z. EMF v stacionárnych statorových vinutiach sa indukuje ako výsledok priesečníka ich otáčok magnetickým poľom vytvoreným budiacim vinutým prúdom rotujúceho rotora (na obr. 1 je rotor konvenčne znázornený ako permanentný magnet, ktorý sa v praxi používa pri relatívne nízkych výkonoch). Keď sa rotor otáča rovnomernou rýchlosťou, periodicky sa meniace sinusové emf rovnakej frekvencie a amplitúdy, ktoré sa však líšia v dôsledku priestorového posunu od seba vo fáze po ráde, sú indukované vo vinutiach fáz statora. (pozri obr. 2).

Trojfázové systémy sú v súčasnosti najbežnejšie. Všetky veľké elektrárne a spotrebitelia pracujú na trojfázovom prúde, ktorý je spojený s radom výhod trojfázových obvodov cez jednofázové obvody, z ktorých najdôležitejšie sú:

Nákladovo efektívny prenos elektriny na dlhé vzdialenosti;

Najspoľahlivejšie a najekonomickejšie, spĺňajúce požiadavky priemyselného elektrického pohonu, je asynchrónny motor rotora vačkovej klietky;

Možnosť získania rotačného magnetického poľa pomocou stacionárnych vinutí, na ktorých je založená práca synchrónnych a asynchrónnych motorov, ako aj množstvo ďalších elektrických zariadení;

Rovnováha symetrických trojfázových systémov.

Zvážiť najdôležitejšie rovnovážné vlastnostitrojfázový systém, ktorý bude ďalej preukázaný, predstavíme koncept symetrie viacfázového systému.

Zavolá sa systém EMF (napätia, prúdy atď.) symetrický,ak sa skladá z m EMF vektorov s rovnakým modulom (napätie, prúdy atď.), ktoré sú voči sebe navzájom fázovo nezmenené rovnakým uhlom. Najmä vektorový diagram pre symetrický systém EMF zodpovedajúci trojfázovému systému sínusoidov na obr. 2 je znázornený na obr. 3.

obrázok 3	obrázok 4

Z asymetrických systémov má najväčší praktický záujem dvojfázový systém s fázovým posunom 90 stupňov (pozri obr. 4).

Všetky symetrické trojfázové a m-fázové systémy (m\u003e 3), ako aj dvojfázový systém, sú vyrovnaná.To znamená, že hoci v jednotlivých fázach okamžitý výkon pulzuje (pozri obr. 5, a), pričom sa mení nielen veľkosť, ale všeobecne sa podpisuje v priebehu jednej periódy, celkový okamžitý výkon všetkých fáz zostáva konštantný počas celej periódy sínusoidy EMF (pozri obr. 5, b).

Rovnováha má mimoriadny praktický význam. Ak celkový okamžitý výkon pulzuje, potom by na hriadeľ medzi turbínou a generátorom pôsobil pulzujúci moment. Takéto premenlivé mechanické zaťaženie by bolo škodlivé pre zariadenie na výrobu elektrickej energie, čím by sa znížila jeho životnosť. Rovnaké úvahy platia pre viacfázové elektromotory.

Ak je symetria rozbitá (Teslov dvojfázový systém, vzhľadom na jeho špecifickosť sa neberie do úvahy), potom je porušená aj rovnováha. V energetickom sektore je preto prísne zaistené, aby zaťaženie generátora zostalo symetrické.

Schémy zapojenia trojfázových systémov

Trojfázový generátor (transformátor) má tri výstupné vinutia, ktoré sú identické v počte otáčok, ale vyvíjajú EMF, ktoré sú mimo fázy o 1200. Je možné použiť systém, v ktorom by fázy vinutí generátora neboli navzájom galvanicky spojené. Toto je tzv nekoherentný systém.V tomto prípade musí byť každá fáza generátora pripojená k prijímaču dvoma vodičmi, t.j. bude existovať šesťvodičové vedenie, ktoré je neekonomické. V tomto ohľade nie sú takéto systémy v praxi široko používané.

Na zníženie počtu vodičov vo fázovom vedení je generátor galvanicky spojený. Existujú dva typy zlúčenín: v hviezdea v trojuholníku.  Keď je systém pripojený k hviezde, systém môže byť troch-  a štvorvodičové.

Hviezdne pripojenie

Na obr. 6 znázorňuje trojfázový systém, keď sa pripájajú fázy generátora a zaťaženie v hviezdi. Tu sú vodiče káblov AA, BB a SS.

lineárnenazývaný vodič spájajúci začiatok fáz vinutia generátora a prijímača. Zavolá sa bod, v ktorom sú konce fáz pripojené k spoločnému uzlu neutrálne(na obr. 6, N a N sú neutrálne body generátora resp. zaťaženia).

Zavolá sa vodič spájajúci neutrálne body generátora a prijímača neutrálne(na obr. 6 je znázornená bodkovaná čiara). Pri pripojení na hviezdu bez neutrálneho vodiča sa volá trojfázový systém trojvodičové,s neutrálnym vodičom - štvorvodičové.

Zavolajú sa všetky veličiny súvisiace s fázou fázových premennýchna riadok - lineárne.Ako je zrejmé z diagramu na obr. 6, keď sú lineárne prúdy spojené s hviezdou, rovnajú sa zodpovedajúcim fázovým prúdom. Ak je neutrálny vodič, prúd v neutrálnom vodiči   , Ak je fázový prúd symetrický, potom. Ak by teda bola zaručená symetria prúdov, potom by neutrálny vodič nebol potrebný. Ako bude ukázané neskôr, neutrálny drôt udržuje symetriu napätia na záťaži, zatiaľ čo samotné zaťaženie je nevyvážené.

   (jeho počiatočná fáza je nula), počítame fázové posuny lineárnych napätí vo vzťahu k tejto osi a ich moduly sú určené podľa (4). Takže pre sieťové napätie av trojuholníku bude prúdiť skratový prúd. V dôsledku toho je pre trojuholník nevyhnutné prísne dodržiavať poradie fáz: začiatok jednej fázy je spojený s koncom druhej fázy.

Schéma zapojenia fáz generátora a prijímača v trojuholníku je znázornená na obr. 9.

Je zrejmé, že pri pripojení k trojuholníku sa lineárne napätie rovná príslušnej fáze. Podľa prvého Kirchhoffovho zákona je vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi prijímača určený pomermi

Podobne je možné vyjadriť lineárne prúdy fázovými prúdmi generátora.

Na obr. 10 znázorňuje vektorový diagram symetrického systému lineárnych a fázových prúdov. Jej analýza ukazuje, že pri súčasnej symetrii

.

(5)

Na záver konštatujeme, že popri uvažovaných zlúčeninách „hviezdicovej hviezdy“ a „trojuholníkového trojuholníka“ sa v praxi používajú aj hviezdicové a trojuholníkové schémy.

literatúra

1. Základy  teória reťazcov: Učebnica. pre univerzity / G.V.Zeveke, P.Aonkin, A.V. Netushil, S.V. Strakhov. –5. Vydanie, Revidované Energoatomizdat, 1989. -528с.
2. Bessonov L.A.  Teoretické základy elektrotechniky: Elektrické obvody. Proc. pre študentov elektrotechnických, energetických a prístrojových špecialít vysokých škôl. - 7. vydanie, Revidované a pridajte. –M.: Vyššie. Sc., 1978. –528c.

V súčasnosti používaný hlavný prúdový systém je trojfázový, ktorý má niekoľko výhod oproti jednofázovým.

Trojfázový prúd je systém troch jednofázových prúdov vytvorených tromi elektromotorickými silami s rovnakou amplitúdou a frekvenciou, ale posunutý o jednu fázu o 120 ° alebo v čase o tretinu periódy.

Každý jednotlivý okruh takéhoto trojfázového systému v skratke sa nazýva fáza.

Stator trojfázového generátora prúdu má teda tri vinutia (nazývané fázy generátora), ktoré sú navzájom posunuté o 120 °. Rotor trojfázového generátora prúdu je konštrukčne rovnaký s rotorom jednofázového generátora prúdu.

Počas rotácie rotora vo všetkých vinutiach sa vytvoria elektromotorické sily rovnakej frekvencie a amplitúdy, ale iba ich nedosiahnu súčasne svoje maximá. Vzhľadom na to, že maximálna elektromotorická sila je vytvorená, keď stred rotora prechádza pod vinutím, je ľahké vidieť, že maximum elektromotorickej sily rovnakého smeru v druhom vinutí nastáva po otočení rotora o 120 ° a v treťom po otočení o 240 ° voči prvej.

Spojením každej fázy generátora s externým obvodom dostaneme tri jednofázové prúdové obvody, ktoré nemajú žiadne elektrické spojenia medzi nimi, a prúdy v každom jednotlivom obvode s rovnakým odporom budú v amplitúde rovnaké, ale vo fáze sa navzájom posunú o 120 °.

Na pripojenie takéhoto generátora s externým obvodom potrebujete šesť vodičov. Na zníženie počtu vodičov, ktoré idú do externého obvodu, je potrebné pripojiť vinutia prijímačov a generátor medzi nimi, čím sa vytvorí elektricky prepojený trojfázový systém. Takéto spojenie môže byť uskutočnené dvoma rôznymi spôsobmi: trojuholník a hviezda.

Obidve spojenia umožňujú šetriť materiál pri prenose rovnakého výkonu z troch nezávislých trojfázových generátorov.

Trojfázové obvody umožnili vytvoriť ľahko ovládateľný a ľahko ovládateľný elektromotor, ktorý sa nazýval asynchrónny. Jeho zariadenie je založené na aplikácii rotujúceho magnetického poľa. V najjednoduchšom prípade je možné takéto magnetické pole získať otáčaním magnetu podkovy.

Ak sa v rotujúcom poli umiestni uzavretý vodič, upevnený na osi, potom sa magnetické pole pri otáčaní pretína po stranách obvodu vodiča, v ktorom indukuje elektromotorickú silu indukcie, vytvárajúcu v tomto uzavretom okruhu. Tento prúd pri interakcii s magnetickým poľom rotujúceho magnetu spôsobí rotáciu cievky. Smer otáčania cievky sa určuje pravidlom na ľavej strane.

Trojfázové elektromotory pozostávajú z dvoch častí: rotujúcej časti - rotora a stacionárneho - statora.

Otáčanie sa vytvára v motore nie mechanickým otáčaním magnetických pólov, ale keď stacionárne statorové vinutia prúdia okolo striedavého trojfázového prúdu.

Trojfázové obvody boli vyvinuté jedným z vynikajúcich elektrotechnikov XIX a začiatkom XX storočia. - Ruský inžinier M. O. Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919). Tento systém otvoril najširšie možnosti pre priemyselné využitie elektrickej energie. Najdôležitejšie z nich sú:

• úspory v kábloch vedenia spájajúceho stanicu so spotrebiteľom;
• možnosť získania rotujúceho magnetického poľa, používaného v trojfázových motoroch.

V závislosti od sledu pripojení sa rozlišujú nasledujúce. typy reťazových pripojení:

1. Sériové pripojenie.

2. Paralelné pripojenie.

3. Spojenie vo forme "mnohouholníka".

4. Zlúčenina v tvare hviezdy.

Pozrime sa na vlastnosti týchto typov spojovacích reťazcov.

Charakteristická charakteristika prepojenia reťazcaje to, že mu chýbajú medziľahlé uzly. Okrem toho vo všetkých prvkoch takéhoto spojenia prúdi rovnaký prúd. Pre prehľadnosť sme ukázali príklad takéhoto spojenia na obrázku nižšie.

Výsledkom sériového pripojenia je súčet napätia na prvkoch. Napríklad podľa schémy uvedenej na obrázku vyššie:

Treba poznamenať, že napätie je opačné k smeru prúdu, pretože v súlade so smerom šípky zdroja je jeho kladný vývod vpravo a záporný je vľavo. Napätie má konštantný smer od plus po mínus.

Okrem napätia sa pridávajú aj odpory s týmto typom pripojenia. To je výhodne demonštrované na príklade sériového zapojenia v jednosmernom obvode, kde

Hlavná charakteristika paralelné pripojenie  je to, že rovnaké napätie je aplikované na všetky paralelne pripojené vetvy. Obrázok nižšie zobrazuje príklad paralelného pripojenia.

V prípade paralelného zapojenia napäťových obvodov vo svojich vetvách sa sčítajú. To je možné vidieť na príklade vyššie uvedeného diagramu.

Ekvivalentný odpor s paralelným zapojením vetiev sa nachádza pri hľadaní ekvivalentnej vodivosti obvodu. Ekvivalentná vodivosť obvodov sa rovná súčtu vodivosti vetiev. Vodivosť je recipročná rezistencia. Vodivosť rozmer - Siemens (cm). Pre lepšie pochopenie uvádzame príklad paralelného zapojenia v jednosmernom obvode.

Pripojenie polygónového reťazca  Existuje niekoľko typov. Najjednoduchším z nich je trojuholník. Môžete ho vidieť na obrázku 26.

Sériové pripojenie okruhov na tomto obrázku je iba jedno. Tento odpor R1 a EMF E1. Zároveň je možné rozlíšiť niekoľko zlúčenín trojuholníkového typu. Teda odpory R2, R4, R5 tvoria strany "trojuholníka" s vrcholmi A, B, D. Odpory R3, R4, R6 tvoria strany "trojuholníka" s vrcholmi B, C, D. Odbočka R1 a E1 a vetvy R2, R3 tiež sú strany "trojuholníka". Jeho vrcholy sú A, B, C. Z „trojuholníkového“ spojenia je možné vytvoriť hviezdicové spojenie.

V rovnakej schéme na obr. 26 je možné rozlíšiť spojenia hviezdicových reťazcov. Takže odpory R2, R3, R4 sú „hviezdicovými“ lúčmi, ktoré sa zbiehajú v uzle B. Lúče hviezdy R4, R5, R6 sa zbiehajú v uzle D. V dôsledku toho môže byť spojenie hviezdicových reťazcov transformované do ekvivalentu spojovacie reťaze "trojuholník".

Federálna agentúra pre vzdelávanie GOU VPO "Uralská štátna technická univerzita - UPI"

Elektrotechnika: Trojfázové elektrické obvody

Sprievodca štúdiom

VS Proskuryakov, S.V. Sobolev, N.V. Khrulkova Katedra "Elektrotechnika a elektrotechnické systémy"

Jekaterinburg 2007

1. Základné pojmy a definície

2. Získanie trojfázového systému EMF.

3. Spôsoby pripojenia fáz v trojfázovom obvode.

4. Trojfázový zdroj napätia.

5. Klasifikácia prijímačov v trojfázovom obvode.

6. Výpočet trojfázového obvodu pri pripájaní fáz prijímača "Star"

7. Hodnota neutrálneho vodiča

8. Výpočet trojfázového obvodu pri pripájaní fáz prijímača "delta"

9. Trojfázový výkon

Trojfázové elektrické obvody.

1. Základné pojmy a definície

Trojfázový obvod je súborom troch elektrických obvodov, v ktorých

energie.

Každý jednotlivý okruh zahrnutý v trojfázovom obvode sa nazýva fáza.

Takže termín "fáza" má v elektrotechnike dva významy: prvý je argument sínusovo premenlivej hodnoty, druhý je súčasťou viacfázového systému elektrických obvodov.

Trojfázový obvod je špeciálnym prípadom viacfázových systémov AC.

Široká distribúcia trojfázových obvodov je vysvetlená radom ich výhod v porovnaní s jednofázovými a inými viacfázovými obvodmi:

efektívnosť výroby a prenosu energie v porovnaní s jednofázovými obvodmi;

možnosť relatívne jednoduchého príjmu kruhového rotujúceho magnetického poľa potrebného pre trojfázový asynchrónny motor;

možnosť dosiahnutia jednej inštalácie dvoch prevádzkových napätí - fázových a lineárnych.

Každá fáza trojfázového obvodu má štandardný názov:

prvá fáza - fáza "A"; druhá fáza - fáza "B"; fáza "C" tretej fázy.

Začiatky a konce každej fázy majú tiež štandardný zápis. Začiatky prvej, druhej a tretej fázy sú označené ako A, B, C a konce fáz sú X, Y, Z.

Hlavnými prvkami trojfázového obvodu sú: trojfázový generátor, ktorý prevádza mechanickú energiu na elektrickú energiu; elektrické vedenia; prijímače (spotrebiče), ktorými môžu byť buď trojfázové (napríklad trojfázové asynchrónne motory) alebo jednofázové (napríklad žiarovky).

2. Získanie trojfázového systému EMF.

Trojfázový generátor súčasne vytvára tri EMF, ktoré sú rovnakej veľkosti a líšia sa vo fáze 1200.

Výroba trojfázového EMF systému je založená na princípe elektromagnetickej indukcie používanej v trojfázovom generátore. Trojfázový generátor je synchrónny elektrický stroj. Najjednoduchšia konštrukcia takéhoto generátora je znázornená na obr. 3.1.

Obr. 3.1. Schéma trojfázového generátora

Trojfázové vinutie 2 je umiestnené na statore 1 generátora Každá fáza trojfázového statorového vinutia je kombináciou niekoľkých cievok s určitým počtom závitov umiestnených v statorových drážkach. Na obr. 3.1 každá fáza je konvenčne znázornená jedným otočením. Tri fázy vinutia statora generátora sa otáčajú v priestore voči sebe o 1/3 kruhu, t.j. magnetické osi fáz sa otáčajú v priestore o uhol

2 3 π = 120 °. Začiatky fáz sú označené písmenami A, B a C a konce sú X, Y, Z.

Rotor 3 generátora je permanentný elektromagnet, excitovaný jednosmerným prúdom budiaceho vinutia 4. Rotor vytvára konštantné magnetické pole, ktorého silové čiary sú znázornené na obr. 3.1 bodkovanou čiarou. Keď generátor pracuje, toto magnetické pole sa otáča s rotorom.

Keď sa rotor otáča turbínou konštantnou rýchlosťou, vodiče vinutia statora sa pretínajú so silami magnetického poľa. Súčasne sa v každej fáze indukuje sínusový emf.

Veľkosť tohto EMF je určená intenzitou magnetického poľa rotora a počtom otáčok vinutia.

Frekvencia tohto EMF je určená frekvenciou otáčania rotora.

Pretože všetky fázy vinutia statora sú rovnaké (majú rovnaký počet otáčok) a interagujú s rovnakým magnetickým poľom rotujúceho rotora, EMF všetkých fáz má rovnakú amplitúdu Em a frekvenciu ω.

Efektívna hodnota EMF všetkých fáz je rovnaká:

Trojfázový symetrický systém EMF môže byť reprezentovaný goniometrickými funkciami, funkciami komplexnej premennej, grafmi na časových diagramoch, vektormi na vektorových diagramoch.

Analytický obraz pomocou goniometrických funkcií je uvedený v bode (3.1) - (3.3).

V komplexnej forme je EMF fáz znázornená ich komplexnými účinnými hodnotami:

Grafy okamžitých hodnôt trojfázového symetrického systému EMF v časovom diagrame sú znázornené na obr. 3.2. Sú to tri sínusoidy, posunuté voči sebe o 1/3 periódy.

Obr. 3.2. Grafy okamžitých hodnôt trojfázového symetrického systému EMF.

Na vektorovom diagrame sú EMF fáz znázornené vektormi s rovnakou dĺžkou, otočené voči sebe v uhle 120 ° (obr.3.3a).

Obr. 3.3. Vektorové diagramy EMF trojfázové symetrické systémy. (a - priama postupnosť fáz; b - opačná postupnosť fáz).

Pretože EMF indukované v statorových vinutiach majú rovnakú amplitúdu a sú voči sebe fázovo posunuté o rovnaký uhol 120 °, výsledný trojfázový EMF systém je symetrický.

Treba poznamenať, že časové zmeny fázy EMF závisia od smeru otáčania rotora generátora vzhľadom na trojfázové vinutie statora. Keď sa rotor otáča v smere hodinových ručičiek, ako je znázornené na obr. 3.1, výsledný symetrický trojfázový EMF systém má priamu zmenu (A - B - C) (obr.3.3a). Keď sa rotor otáča proti smeru hodinových ručičiek, je tiež vytvorený symetrický trojfázový EMF systém. Avšak striedanie fázových fáz v čase sa zmení. Takéto striedanie sa nazýva reverzne (A - C - B) (obr.3.3b).

Pri analýze trojfázových obvodov a zariadení je dôležité zvážiť striedanie fázového EMF. Napríklad sled fáz určuje smer otáčania trojfázových motorov, atď. Pre praktické určenie sledu fáz sa používajú špeciálne zariadenia - fázové indikátory.

Štandardne sa pri budovaní trojfázových obvodov a ich analýze vykonáva priama zmena fázového emf trojfázového zdroja.

V diagramoch je znázornené vinutie statora generátora, ako je znázornené na obr. 3.4a s použitím akceptovaných označení začiatočných a koncových fáz.

V ekvivalentnom obvode je trojfázový zdroj reprezentovaný tromi ideálnymi zdrojmi EMF (obr.3.4b)

Obr. 3.4. Podmienený obraz vinutia statora generátora.

Podmienený kladný smer EMF v každej fáze sa odoberá od konca fázy do začiatku.

3. Spôsoby pripojenia fáz v trojfázovom obvode.

Na vytvorenie trojfázového obvodu je k každej fáze trojfázového zdroja pripojený samostatný elektrický prijímač alebo jedna fáza trojfázového prijímača.

Obr. 3.5 Schéma neviazaného trojfázového obvodu.

Trojfázový zdroj je tu reprezentovaný tromi ideálnymi zdrojmi EMF E & A, E & B, E & C. Tri fázy prijímača sú podmienečne ideálne.

prvky s úplnými komplexnými odpormi Za, Zb, Zc. Každá fáza prijímača je pripojená na zodpovedajúcu fázu zdroja, ako je znázornené na obr. 3.5. V tomto prípade sú vytvorené tri elektrické obvody, ktoré sú štruktúrne spojené jedným trojfázovým zdrojom, t.j. trojfázový obvod. V tomto obvode sa tieto tri fázy kombinujú len konštruktívne a nemajú elektrické spojenie medzi nimi (nie elektricky prepojené). Takýto obvod sa nazýva nespojený trojfázový obvod a prakticky sa nepoužíva.

V praxi sú tri fázy trojfázového obvodu vzájomne prepojené (elektricky spojené).

Existujú rôzne spôsoby pripojenia fáz trojfázových zdrojov a trojfázových spotrebičov. Najbežnejšie sú spojenia hviezd a trojuholníkov. V tomto prípade môže byť spôsob pripojenia fáz zdrojov a fáz spotrebičov v trojfázových systémoch odlišný. Fázy zdroja sú zvyčajne spojené "hviezdou", fázy spotrebiteľov sú spojené buď "hviezdou" alebo "trojuholníkom".

Ak sú fázy vinutia generátora (alebo transformátora) „hviezdicové“, ich konce X, Y a Z sú spojené do jedného spoločného bodu N, nazývaného neutrálny bod (alebo neutrálny bod) (Obr. 3.6). Konce fáz prijímačov x, y, z sú tiež pripojené na jeden bod (neutrálny bod prijímača). Takéto spojenie sa nazýva hviezdicové spojenie.

Obr. 3.6. Schéma zapojenia fáz zdroja a prijímača do hviezdy.

Vodiče A-a, B-b a C-c, spájajúce začiatok fáz generátora a prijímača, sa nazývajú linkové vodiče (vodič linky A, vodič linky B, vodič linky C). Vodič N-n spájajúci bod generátora N s bodom prijímača sa nazýva neutrálny vodič.

Tu, ako predtým, je každá fáza elektrickým obvodom, v ktorom je prijímač pripojený k zodpovedajúcej fáze zdroja pomocou neutrálneho vodiča a jedného z lineárnych vodičov (prerušovaná čiara na obrázku 3.6). Na rozdiel od neviazaného trojfázového obvodu sa však v prenosovom vedení používa menej vodičov. To určuje jednu z výhod trojfázových obvodov - účinnosť prenosu energie.

Keď sú fázy trojfázového napájania spojené trojuholníkom (obr. 3.12), koniec X jednej fázy je spojený so začiatkom druhej fázy, s ukončením druhej fázy - so začiatkom tretej fázy, s ukončením tretej fázy Z - so začiatkom prvej fázy A. Štart A, B IC fázy sú spojené pomocou troch vodičov do troch fáz prijímača, tiež spojených "delta" metódou.

Obr. 3.7. Schéma zapojenia fáz zdroja a prijímača v trojuholníku

Aj tu je každá fáza elektrickým obvodom, v ktorom je prijímač pripojený k zodpovedajúcej fáze zdroja pomocou dvoch lineárnych vodičov (prerušované na obrázku 3.7). V prenosovom vedení sa však používa ešte menej vodičov. Vďaka tomu je prenos energie ešte úspornejší.

V spôsobe delta spojenia sa fázy prijímača označujú ako dva symboly podľa lineárnych vodičov, ku ktorým je fáza pripojená: fáza "ab", fáza "bc", fáza "ca". Parametre fázy označujú

zodpovedajúce indexy: Z ab, Z bc, Z ca

4. Trojfázové napätie zdroja.

Trojfázový zdroj pripojený "hviezdnou" metódou vytvára dva trojfázové napäťové systémy rôznych veľkostí. V tomto prípade sa rozlišujú fázové napätia a sieťové napätia.

Na obr. 3.8 je znázornený ekvivalentný obvod trojfázového zdroja pripojeného "hviezdou" a pripojený na elektrické vedenie.

Obrázok 3.8. Trojfázový zdrojový náhradný obvod

Fázové napätie U F je napätie medzi začiatkom a koncom fázy alebo medzi vodičom vedenia a neutrálou (U & A, U & B, U & C). Pre konvenčné

kladné smery fázových napätí smerujú od začiatku do konca fáz.

Sieťové napätie (UL) je napätie medzi vodičmi vedenia alebo medzi začiatkom fáz (U & AB, U & BC, U & CA). Podmienečne pozitívne

smery lineárnych napätí sa odvodzujú z bodov zodpovedajúcich prvému indexu, k bodom zodpovedajúcim druhému indexu (tj z bodov s vyšším potenciálom k bodom s nižším potenciálom) (obr. 3.8).