Генерування трифазної системи EРС

ТРИФАЗНІ КОЛА

Однофазні генератори змінної напруги, однофазні лінії електропересилання та однофазні двигуни є економічно невигідними порівняно з такими са­мими трифазними. Тому велектроенергетиці сьогодні найбільше застосовую­ться трифазні системи (генератори, лінії електропересилання, двигуни та інші приймачі).

Генерування трифазної системи EРС

Багатофазним називають електричне коло, в якому діють дві або більше ЕРС однієї частоти, зміщені за фазою і генеруються спільним джерелом енергії. Частину багатофазної системи (окреме коло), в якій діє одна ЕРС, називають фазою. Не треба це поняття змішувати з фазою синусоїдної величини . Наприклад, окремі обвитки генератора називають фазними обвитками чи фа­зами генератора; як і в трансформаторах чи в електричних двигунах, окремі проводи багатофазної лінії електропересилання – її фазами тощо.

В електротехніці застосовуються двофазні, трифазні, шестифазні та інші системи. Проте в енергетиці найширше використовуються трифазні кола. В цьому розділі розглянемо трифазні системи, тобто такі, кількість фаз в яких дорівнює трьом.

Якщо три однакові котушки А – X, В – Y, С – Z, осі яких зсунені одна відносно другої на 120° (рис. 1.1, а), обертати в рівномірному магнетному полі індукцією з кутовою швидкістю О), то в котушках буде виникати система трифазних ЕРС. Справді, якщо розглянути окремо взяту котушку фази А, то вона є однофазним генератором синусоїдної ЕРС (3.28): . Котушка В відрізняється від котушки А тільки тим, що вона зсунута в просторі відносно котушки А на 120°, а отже, і ЕРС котушки В буде запізнюватись на одну третю періоду (1/37), що відповідає 120°. Для котушки С всі явища порівняно із котушкою А будуть запізнюватись на 2/3 T, що відповідає 240°. Отже, в усіх трьох фазах маємо:

(1.1)

Остаточно миттєві значення ЕРС трьох фаз, їх комплексні відображення і вектори на комплексній площині (рис. 1.1, б, в) матимуть такий вигляд:

(1.2)

Особливістю симетричної трифазної системи ЕРС (струмів, напруг, магнетних потоків) є те, що сума їх миттєвих значень в будь-який момент часу дорівнює нулеві, як і сума їх комплексних значень:

(1.3)

Рис. 1.1. Генерування трифазної системи ЕРС (а), їх часові залежності (б) та векторне зображення (в)

Послідовність чергування фаз. Якщо послідовність (А – В – C) спрямо­вана за годинниковою стрілкою, то її називають прямою послідовністю чергу­вання фаз (рис. 1.1, а), якщо проти годинникової стрілки (А – В – C) – зворотною послідовністю. Аналіз, розрахунок трифазних кіл буде проводитися надалі для прямої послідовності.

Споживачі електричної енергії дуже рідко одержують живлення безпо­середньо від трифазних генераторів. Це пояснюється тим, що економічно вигід­но передавати на відстань електричну енергію вищої напруги, ніж виробляють генератори. Тому на електричних станціях напругу за допомогою трансформа­торів підвищують, а в місцях споживання понижують до значень, необхідних для живлення приймачів. Отже, здебільшого приймачі електричної енергії жив­ляться від трьох вторинних обвиток трансформаторів, які аналогічно до генера­торів мають симетричну систему ЕРС. Надалі, коли мова йтиме про трифазні джерела електричної енергії, не будемо робити різниці чи енергія подається від генераторів, чи трансформаторів.

На схемах трифазних мереж початки фаз генератора (чи трансформатора) позначають літерами А, В, С, а кінці – X, Y, Z. Умовно додатний напрям ЕРС приймають від кінця обвитки до її початку.

У всіх режимах роботи трифазних схем напруги генератора (чи транс­форматора) завжди будемо вважати симетричними, тобто однаковими за зна­ченням і зсунутими в часі на одну третю періоду 1/3 T, що відповідає 120°.