Общие сведения. Трехфазные цепи синусоидального тока

Лабораторная работа №6

Трехфазные цепи синусоидального тока

Общие сведения

Трехфазная система напряжений (ЭДС) - это совокупность трех синусоидаль­ных напряжений (ЭДС), сдвинутых относительно друг друга по фазе. Система называ­ется симметричной, если амплитуды всех трех напряжений одинаковы, а фазовые сдви­ги составляют 120°.

Обычный трехфазный генератор, применяемый в электроэнергетике, состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. На роторе имеется обмотка возбужде­ния, по которой протекает постоянный ток от синусоидального источника. Постоянный ток создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. На статоре имеется три обмотки, смещенные относительно друг друга в пространстве на 120°. В них наводится три одинаковых синусоидальных ЭДС, смещенных во времени. Фазовый сдвиг состав­ляет 120°.

Временная развертка этих напряжений приведена на рис. 1.. Они же представле­ны в виде векторов на диаграмме (рис. 2).

В трехфазных электрических генераторах и нагрузках (в частности, двигателях) в качестве основных схем соединения фаз используются «звезда» (рис. 3) и «тре­угольник» (рис. 4). Соединение в звезду может выполняться с нейтральным прово­дом (на рисунке он показан пунктиром) или без него.

В схеме «звезда» напряжения между выводами А, В и С называются линейными, тогда как напряжение между любой из этих точек и нейтралью N принято называть фазным. Векторная диаграмма напряжений такой трехфазной цепи приведена также на рис. 3, где показаны соотношения между фазами и величинами линейных Цл и фазных U< p напряжений. Так, в частности, между их действующими значениями имеет­ся следующая связь:

В схеме «треугольник» линейные напряжения равны соответствующим фазным. В последующих экспериментах изучаются напряжения и токи в трехфазных цепях с соединением «звезда». Измеряются и рассчитываются обычно дей­ствующие значения напряжений и токов.

Трехфазная нагрузка, соединенная по схеме «звезда»

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «звезда» (рис. 4), то к сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные токи равны фазным и определяются по закону Ома:

а ток в нейтрали равен векторной сумме этих токов:

При симметричных напряжениях Ua, Ub, Uc и одинаковых сопротивлениях R_A=R_В=R_С=R токи I_А, I_В, I_С также симметричны и их векторная сумма (I_N) равна нулю. Тогда

Если же сопротивления фаз нагрузки неодинаковы, то через нулевой провод проте­кает некоторый ток I_N¹ 0 а в схеме без нейтрали происходит смещение точки 0 на век­торной диаграмме напряжений. Это поясняется на векторных диаграммах (рис. 5).

Мощность трёхфазной нагрузки складывается из мощностей фаз: SР = Р_А + Р_В + P_C Когда нагрузка симметричная и чисто резистивная, имеем SР = 3Р_Ф=3 U_Ф × I_Ф

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке:

Активная мощность SР =3 U_Ф × I_Ф × cos j =Ö 3× U_Л × I_Л× cos j.

Реактивная мощность SQ =3 U_Ф × I_Ф × sin j =Ö 3× U_Л × I_Л× sin j.

Суммарная мощность: SS =3 U_Ф × I_Ф =Ö 3× U_Л × I_Л