Теоретические сведения. Трёхфазной электрической цепью называется совокупность трёх электрических цепей переменного тока с синусоидальными ЭДС одной и той же частоты

Трёхфазной электрической цепью называется совокупность трёх электрических цепей переменного тока с синусоидальными ЭДС одной и той же частоты, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 120⁰ и генерируемые в одном источнике электрической энергии.

Каждую из частей трёхфазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой. Таким образом, понятие фаза в электротехнике имеет два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе значении – часть одно-, трёх- или в общем случае, многофазной системы электрических цепей.

Фазы трёхфазной цепи принято обозначать первыми буквами латинского алфавита: А, В, С – для соединения фаз звездой. Индексы фазных величин имеют те же буквы.

Трёхфазный ток получил широкое применение, так как трёхфазная система по сравнению с однофазной имеет следующие преимущества.

1 Одновременное действие токов трёхфазной системы создаёт вращающееся магнитное поле (на этом основано устройство трёхфазных асинхронных двигателей).

2 При передаче одной и той же мощности при одинаковом напряжении на зажимах генератора и при одинаковой потере мощности расход цветного металла на провода в трёхфазной установке составляет 75% от расхода металла в однофазной установке.

3 Можно иметь в одной установке два напряжения (при четырёхпроводной цепи трёхфазного тока).

Источником энергии в трёхфазной системе служат трехфазные синхронные генераторы, установленные на всех крупных электростанциях.

Существуют две основные схемы соединения фаз обмоток генератора и трёхфазных электроприёмников, а именно, схема соединения звездой с условным обозначением «Y» и схема соединения треугольником с условным обозначением «Δ».

Звездой называется такое соединение, когда концы или начала фаз (обмоток) соединены в одну точку, называемую нейтральной или нулевой. Напряжения между началами и концами фаз генератора или приёмника или напряжения между каждым из линейных проводов и нейтральной точкой называются фазными напряжениями и обозначаются U_A, U_B, U_C. Напряжения между линейными проводами или началами фаз называются линейными напряжениями и обозначаются U_AB, U_BC, U_CA. Линейным токами называются токи, протекающие по линейным проводам; они обозначаются I_A, I_B, I_C. Фазными токами называют токи, проходящие по фазам.

На рисунке 1 показана схема соединения потребителей в звезду, линейные и фазные токи и напряжения.

Рисунок 1 – Трёхфазная четырёхпроводная цепь, соединённая звездой

При соединении звездой линейный ток I_л равен фазному току I_ф, а линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений:

(1)

(2)

(3)

Фазные токи приёмников определяются так же, как в однофазных цепях.

Ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме токов отдельных фаз:

(4)

Сечение нейтрального провода зависит от неравномерности нагрузки фаз, но обычно его берут равным 50% от сечения линейного провода, так как ток в нейтральном проводе меньше, чем токи в линейных проводах.

При наличии нейтрального провода и несимметричной нагрузке фаз напряжения на фазах приёмников остаются неизменными и равными напряжениям на соответствующих фазах генератора, если пренебречь сопротивлением проводов линии и нейтрального провода.

Если же случайно произойдёт обрыв нейтрального провода, то фазные токи при несимметричной нагрузке фаз изменятся и установятся такими, чтобы их сумма была равна нулю. Вследствие этого напряжения на отдельных фазах будут различными.

Если же произойдёт обрыв одного из линейных проводов, то эта фаза отключается, а две другие фазы продолжают нормально работать от трёхфазной системы при наличии нейтрального провода, а при отсутствии его происходит перераспределение напряжений на фазах пропорционально их сопротивлениям.

Приборы и оборудование для работы:

1 Моделируемая с помощью компьютера лабораторная установка состоит из: контрольно-измерительных приборов, трехфазной электрической цепи, состоящей из трехфазного генератора переменного тока и подключенных к нему по четырехпроводной схеме приемников, соединенных «ЗВЕЗДОЙ». Моделирование режимов работы приемников, режимов нагрузки, осуществляется при помощи клавиатуры компьютера и мыши.

2 Питание установки осуществляется от сети переменного трехфазного тока.

Схема для исследования трёхфазной электрической цепи при соединении звездой представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема трёхфазной электрической цепи при соединении звездой