Что относится к достоинствам трехфазных цепей

ДОСТОИНСТВА ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

ТЕМА 5. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Электрическая цепь переменного тока, в которой дей­ствует одна ЭДС, называется однофазной цепью. В многофазной цепи имеется несколько ЭДС оди­наковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Так, в двухфазной цепи две ЭДС, в трехфазной —-три и т. д.

Замена двух электрически не связанных однофазных цепей (рис. 5.1, а) одной двухфазной цепью (рис. 5.1,6) позволяет уменьшить число проводов цепи. Два провода заменяются одним, который называется нейтральным проводом.

Из рис. 5.2 видно, что ток нейтрального провода имеет минимальное значение при угле сдвига фаз 180° между линейными токами I_А и I_B.

В трехфазной цепи (рис. 5.3) применяются три линей­ных и один нейтральный провод против шести проводов

при однофазном исполнении цепи. Причем если нагрузка фаз приемника равномерная (I_А = I_В = I_с), то можно обой­тись без нейтрального провода.

Итак, с целью экономии металла проводов и уменьше­ния потерь энергии в линиях электропередачи ЭДС Е_А, Е_в, Ее трехфазного генератора сдвинуты по фазе по отно­шению друг к другу на 120°, чтобы ток в нейтральном проводе был минимальным или отсутствовал совсем. Из-за большого экономического эффекта трехфазных цепей в настоящее время в большинстве случаев передача электроэнергии осуществляется трехфазным током.

В сравнении с однофазными трехфазные цепи обладают также следующими достоинствами: 1) при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и эконо­мичнее, чем три однофазных генератора с такой же общей мощностью; то же относится к трехфазным дви­гателям и трансформаторам; 2) трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа трехфазных двигателей; 3) суммарная мгновенная мощность трехфазного двига­теля постоянная (у однофазного двигателя мощность пульсирует с двойной частотой тока), что обеспечивает на валу двигателя постоянный вращающий момент.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Содержание

1. Теоретическая часть

1.1. Трехфазные цепи. Область применения. Достоинства и недостатки. Схемы включения. Режимы ……………. 3

1.2. Трехфазные трансформаторы.……………………………19

1.3. Электрические измерители тока и напряжения тока …………………………………..……………………………26

2. Практическая часть

2.1. Расчет по трансформаторам.………………………………..37

2.2. Расчет по асинхронным двигателям……………………….42

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Отметим, что обычно эти ЭДС, в первую очередь в силовой энергетике, синусоидальны. Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой,т.е. фаза – это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке.

Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два различных значения:

· фаза как аргумент синусоидально изменяющейся величины;

· фаза как составная часть многофазной электрической системы.

Разработка многофазных систем была обусловлена исторически. Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений.

Важнейшей предпосылкой разработки многофазных электрических систем явилось открытие явления вращающегося магнитного поля (Г.Феррарис и Н.Тесла, 1888 г.). Первые электрические двигатели были двухфазными, но они имели невысокие рабочие характеристики. Наиболее рациональной и перспективной оказалась трехфазная система, основные преимущества которой будут рассмотрены далее. Большой вклад в разработку трехфазных систем внес выдающийся русский ученый-электротехник М.О.Доливо-Добровольский, создавший трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, предложивший трех- и четырехпроводные цепи, в связи с чем по праву считающийся основоположником трехфазных систем.

Источником трехфазного напряжения является трехфазный генератор, на статоре которого (см. рис. 1) размещена трехфазная обмотка. Фазы этой обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на эл. рад. На рис. 1 каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С, а концы- соответственно прописными x,y,z. ЭДС в неподвижных обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, создаваемым током обмотки возбуждения вращающегося ротора (на рис. 1 ротор условно изображен в виде постоянного магнита, что используется на практике при относительно небольших мощностях). При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на рад. (см. рис. 2).

Трехфазные системы в настоящее время получили наибольшее распространение. На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются:

— экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния;

— самым надежным и экономичным, удовлетворяющим требованиям промышленного электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

— возможность получения с помощью неподвижных обмоток вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств;

— уравновешенность симметричных трехфазных систем.

Для рассмотрения важнейшего свойства уравновешенноститрехфазной системы, которое будет доказано далее, введем понятие симметрии многофазной системы.

Система ЭДС (напряжений, токов и т.д.) называется симметричной,если она состоит из m одинаковых по модулю векторов ЭДС (напряжений, токов и т.д.), сдвинутых по фазе друг относительно друга на одинаковый угол . В частности векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствующей трехфазной системе синусоид на рис. 2, представлена на рис. 3.

Рис.3	Рис.4

Из несимметричных систем наибольший практический интерес представляет двухфазная система с 90-градусным сдвигом фаз (см. рис. 4).Все симметричные трех- и m-фазные (m>3) системы, а также двухфазная система являются уравновешенными.Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует (см. рис. 5,а), изменяя за время одного периода не только величину, но в общем случае и знак, суммарная мгновенная мощность всех фаз остается величиной постоянной в течение всего периода синусоидальной ЭДС (см. рис. 5,б).

Уравновешенность имеет важнейшее практическое значение. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Такая переменная механическая нагрузка вредно отражалась бы на энергогенерирующей установке, сокращая срок ее службы. Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям.

Если симметрия нарушается (двухфазная система Тесла в силу своей специфики в расчет не принимается), то нарушается и уравновешенность. Поэтому в энергетике строго следят за тем, чтобы нагрузка генератора оставалась симметричной.

Источник

Трехфазная система электроснабжения

С целью соединения понижающих напряжение подстанций трансформаторов с отходящими линиями создается трехфазная система электроснабжения, что предполагает подключение трех линейных проводов и одного нейтрального.

Система трех фаз проектируется для городского фонарного электроснабжения улиц с использованием специального провода освещения. Его соединяют путем управления с одной из фаз.

В случае отсутствия трехфазных приборов можно осуществить два варианта резервирования.

При первом способе осуществляют установку электрической станции и генератора с автоматическим вводом резерва (АВР) с учетом равномерности нагрузки всех фаз. В этих целях щитковую коммутацию изменяют под непрерывным контролем напряжения.

Второй вариант предполагает использование генератора на одну фазу и 3-фазного АВР. Этот способ более простой, поскольку потребители с тремя фазами отсутствуют. В данном случае на коммутацию влиять не нужно, и проблемы неравномерного распределения нагрузки удастся избежать.

Качественная трехфазная система электроснабжения монтируется с помощью генераторов лидирующих на мировом рынке производителей AKSA и Pramac.

Особенности и преимущества создания трехфазной системы электроснабжения

Электрические цепи на три фазы характеризуются силами рабочего движения тока, имеющими равные синусоидальные частоты, что смещаются по фазе под определенным углом. В отдельной фазе количество вольт напряжения тока линий, трансформаторной и генераторной обмотки одинаковое.

Трехфазная система электроснабжения имеет следующие достоинства:

Соединение в трехфазной схеме может иметь форму звезды или треугольника. В первом случае концевые участки обмоток фазэлектрического источника соединяются в один нулевой узел, что является нейтральным.

Приемники электроэнергии комплектуют в три группы, окончания которых также соединяются в нулевой точке, что числится основной для всей схемы.

Обмотки трехфазного источника электродвижущей силы соединены с фазами напряжения с помощью четырех проводов. Линейные провода направлены к началу обмотки.

Соединение принимающего устройства и концов обмотки в виде треугольника приводит к образованию замыкания системы посредством столкновения окончаний двух фаз, имеющих разное напряжение. Кабель, соединяющий точки с нулевым напряжением, считается нейтральным.

Схемы подсоединений также могут иметь комбинированный тип («звезда- треугольник»). В РФ, основываясь на требования Правил установки электрооборудования (ПУЭ), если система имеет фазы переменного тока, их обозначают разными цветами (желтым, красным и зеленым).

Специфика и преимущества трехфазных систем

На сегодняшний день трехфазные системы электроснабжения оказываются в центре внимания, и это вовсе не удивляет. Ведь именно их использование оказывается в современном мире наиболее целесообразным – они прекрасно выдерживают повышающиеся мощности и растущие требования, с лучшей стороны показывают себя в бытовых условиях и не только.

Преимущество трехфазных вариантов над прочими многофазными системами было доказано уже довольно давно, и спорить с этим не приходится, такой вариант оказывается наиболее практичным и позволяет обеспечить качественное электроснабжение.

Несмотря на всю распространенность таких систем и на тот факт, что изобретены они были уже давно, данное направление развивается активно, радует новыми открытиями и другими новинками, и все это благодаря спросу и востребованности.

И всем специалистам, работающим в тех сферах деятельности, что оказываются связанными с электроснабжением, стоит относиться к новым веяниям в рамках данной сферы как к актуальным и полезным.

Под системами общего электроснабжения подразумевается совокупность технических мероприятий и средств, необходимых для достижения такой цели, как обеспечение потребителей электроэнергией в достойном качестве исполнения, в рамках соблюдения всех норм и требований, включая и аспекты безопасности.

Трехфазные системы являются обычно отходящими от понижающих трансформаторов линиями, имеющими 4 провода, три из которых являются фазами, а четвертый, соответственно, нулевой.

При присутствии на трассе фонарного освещения в систему включается еще один дополнительный осветительный провод. Его соединяют с одной из фаз на тот момент, когда наступает необходимость освещать улицу.

В рамках трехфазной сети присутствуют силы электродвижущего характера с одинаковой синусоидальной частотой, при этом наблюдается сдвиг по фазе на необходимый угол. Если рассматривать распространенные сегодня автономные системы электроснабжения, то здесь для управления двигателями применяется преобразователь частот, и система напряжения получается несинусоидальная. Фаза – это одна из частей общей трехфазной системы, имеющая одинаковые показатели тока.

Рассматривая преимущества трехфазных систем, нужно заведомо отметить, что наиболее распространенной стала схема с напряжениями 380\220 при частоте в 50 Гц, имеющая заземленную нейтраль. А что касается однофазных моделей – их сегодня фактически нереально найти, они актуальны разве что для дач и глухих отдаленных поселков.

Трехфазные модели обошли их по уравновешенности систем симметричного порядка, возможности получения магнитного поля, а кроме того, современные системы такого типа исключают большие потери при передаче электроэнергии на значительные расстояния.

Так что не стоит удивляться популярности таких систем, тем более что новейшие разработки делают их еще более актуальными, полезными и целесообразными для применения, а изучить же эти разработки можно в рамках профильных мероприятий.

Трехфазные системы электроснабжения на выставке

Можно ли получить всю необходимую информацию по данным вопросам и оставаться в курсе новых открытий постоянно?

Кто-то скажет, что нет, ведь эта информация специфична, и найти ее не всегда бывает просто. Однако тут же стоит заметить, что на эту тематику проводятся профессиональные профильные мероприятия, попасть на которые может каждый человек без исключения.

Это, в частности, выставки, которые проводятся в ЦВК «Экспоцентр». Например, на выставке «Электро» проще всего будет приобщиться к современным достижениям, рассмотреть классические схемы и пообщаться с другими специалистами. Такие выставки проводятся регулярно, на них ежедневно приходят тысячи посетителей, и потому эти мероприятия оказываются в полной мере перспективными.

Именно выставки позволят наиболее простым образом:

Таким образом, изучать трехфазные системы электроснабжения и все новшества, связанные с ними, лучше именно в рамках подобных мероприятий, тем более что визит на них не потребует траты большого количества времени и средств.

И каждая минута времени, потраченная на общение со специалистами и работу в рамках выставки, полностью себя оправдает, потому как при правильном подходе за считанные часы выставки удастся добиться таких результатов, которые в иных условиях достигались бы неделями и месяцами.

Выставки значительно упрощают прогресс, и этим стоит пользоваться – именно по этой причине специалисты рекомендуют не пропускать профессиональные мероприятия.

Источник

Понятие о трехфазных электрических цепях и их преимуществах над однофазными

Трехфазные электрические цепи очень распространены, так как обладают целым рядом преимуществ по сравнению с однофазными, а также цепями постоянного тока. В данной статью мы рассмотрим понятие трехфазной электрической цепи, а также ее преимущества над остальными.

Понятие трехфазной цепи

Итак, трехфазная электрическая цепь, это цепь, в ветвях которой существуют три ЭДС изменяющиеся во времени по гармоническому закону (синусоидальному закону) с одинаковой частотой, но имеющих фазовый сдвиг друг относительно друга на угол равный 2π/3 (120 0 ).

Для получения трехфазного гармонического сигнала используют трехфазные синхронные генераторы, в трех статорных (якорных) обмотках которых и индуктируются эти ЭДС.

При указанных ниже на рисунке положительных направлениях ЭДС (от концов фаз x, y, z к их началам a, b, c):

ЭДС будут изменяться согласно приведенным ниже выражениям:

Ниже показаны графики изменения этих величин во времени:

При совмещении вектора ЭДС Е_а с осью действительных величин комплексной плоскости:

Получим выражения для ЭДС представленные в комплексной форме:

Также следует отметить, что ЭДС Е_а принято направлять вверх вертикально при построении векторных диаграмм, что, в свою очередь, соответствует повороту на 90 0 комплексной плоскости против часовой стрелки. При этом могут не указывать оси мнимых и действительных величин:

Используя положительное направления и обладая информацией о законах изменения ЭДС или имея соответствующие графики, можно определить действительные направления и мгновенные значения ЭДС в любой момент времени. Так, например, при t = 0, e_a = 0, a:

В случае, когда е_b 0, то при t = 0 ЭДС е_с и е_b будут направлены в разные стороны.

Если посмотреть на график б), где представлен трехфазный гармонический сигнал, можно увидеть, что максимального значения первой достигнет фаза А, после нее фаза В, и только потом фаза С. Данная последовательность достижения фазами своих максимальных (амплитудных) значений носит название прямой последовательности чередования фаз. Если бы ротор синхронного генератора вращался в обратную сторону, то чередования фаз было бы обратным С-В-А, и это была бы обратная последовательность чередования фаз. Именно от этой последовательности напрямую зависит направления вращения как трехфазных асинхронных электромашин, так и трехфазных синхронных машин. Расчеты и анализ трехфазных цепей, как правило, проводят в предположении, что система имеет прямое чередование фаз.

Симметричные и несимметричные трехфазные системы

Синхронный трехфазные генераторы имеют как раз симметричную систему ЭДС.

Питание потребителей от трехфазной системы электроснабжения

В очень редких случаях питание потребителей электрической энергии осуществляется напрямую от генераторов. Такие системы используются только в случаях аварийного отключения электроснабжения (дизель-генераторы или бензиновые генераторы) или же в местах, куда протягивание ЛЭП является экономически нецелесообразным.

Поэтому в большинстве своем питание потребители электрической энергии получают от вторичных обмоток трансформаторов, которые, как и генераторы, тоже имеют практически симметричную систему ЭДС. Поэтому, как правило, редко учитывают, чем создаются ЭДС на нагрузке – трансформаторами или генераторами.

От трехфазных источников электроэнергии получают питание не только трехфазные потребители, но также и однофазные, а также, в большинстве своем, и потребители постоянного тока (через управляемые или неуправляемые выпрямители).

Однофазный же приемник электроэнергии можно рассматривать как обычный двухполюсник, который рассчитан на подключение к двум проводам сети и имеет одно напряжение в отличии от трехфазного. К однофазным электроприемникам можно отнести осветительные лампы, асинхронные электродвигатели малой мощности, бытовые электроприборы и прочие устройства.

Преимущества трехфазных систем

В отличии от однофазных, трехфазные системы обладают целым рядом преимуществ, а именно:

Трехфазные системы получили наибольшее распространение. Электрическая энергия, выработанная на электрических станциях, доставляется и распределяется между потребителями в виде энергии трехфазного переменного тока.

Источник

Преимущества трехфазных электрических цепей

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Наиболее рациональной и перспективной оказалась трехфазная система, разработанная русским учёным М.О.Доливо-Добровольским. В разработку трёхфазных систем большой вклад также внесли учённые Н.Тесла, Ф. Хазельвандер, М. Депре, Ч. Бредли и другие.

В настоящее время в энергетике трехфазные системы получили наибольшее распространение, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются:

— экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния, т.к. вместо шести проводов ( про однофазной системе ) здесь требуется всего три провода;

— самым надежным и экономичным является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и трёхфазный трансформатор;

— возможность получения вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного, асинхронного и линейного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств.

Простейший трехфазный генератор, изображённый на рис4.1а представляет собой три однофазных генератора, размещённые в одном корпусе. Статор генератора представляет собой полый цилиндр на внутренней поверхности которого имеются пазы в которых размещены три одинаковые обмотки ( фазы ). Эти обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120°. На рис. 4.1а каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С, а концы- соответственно прописными Х,У,Z. Ротор представляет собой постоянный электромагнит при вращении которого, в неподвижных обмотках статора индуцируются синусоидальные ЭДС (рис. 4.2.б).

Рис.4.1. а) упрощенная схема генератора б) временные диаграммы ЭДС в) векторная диаграмма фазных ЭДС

Основные соотношения

При включении обмотки возбуждения ротора в сеть постоянного тока по ней потечет ток, который создает постоянный магнитный поток. При вращении ротора первичным двигателем этот поток, согласно закону электромагнитной индукции, наведет в обмотках статора A, B, C три одинаковых по величине и частоте синусоидальных ЭДС, сдвинутых по фазе на угол 120 ° (рис. 4.1б).

Если ЭДС фазы А принять за исходную, т.е. совместить с вещественной осью комплексной плоскости (рис4.1в), то ЭДС других обмоток (фаз) генератора можно записать в виде:

;

Такая трехфазная система ЭДС называется симметричной системой.

Комплексы действующих значений фазных ЭДС в показательной форме запишутся в виде:

; ; .

Обозначим множитель через a и будем называть оператором трехфазной цепи.

;

.

Комплексы действующих значений ЭДС фаз можно записать и в виде

; ;

Пусть , тогда ,

Алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС (напряжений,токов) симметричной системы в любой момент времени равна нулю (рис. 4.1.б и 4.1.в):

,

или в комплексной форме (рис. 4.1. в)

или ,

Последовательность прохождения ЭДС через одинаковые значения (например, через нулевое значение) называют порядок следования фаз. Рассмотренная система ЭДС (рис4.1.б,в) образует прямой порядок следования фаз (АВС), в которой напряжение (ЭДС) сдвинуты на 120°. Если две фазы поменять местами (АСВ), то получим обратный порядок следования фаз (сдвиг фаз 240°). Если ЭДС всех трех фаз проходят через ноль одновременно, то имеем нулевой порядок следования фаз (сдвиг фаз 360°). Порядок следования фаз определяет характер (направление движения) магнитного потока и, следовательно, влияет на режим работы ассинхронного двигателя.

Рассмотрим способы соединения элементов трехфазных цепей.

Существуют различные способы соединения обмоток трехфазного генератора и нагрузки. Из них основные – «звезда» и « треугольник ». Соединением «звезда» называется такое соединение, когда начало трех фаз (X,Y,Z) объединяются в одну (нулевую) точку, а концы фаз (A,B,C) подсоединяются к линейным проводам (рис. 4.2. а).

В трехфазных цепях различают фазные и линейные величины напряжений и токов.

Провода, соединяющие генератор с нагрузкой, называются линейными проводами, а протекающие по ним токи – линейными токами ( , , ). (рис.4.2. а)

Напряжения между линейными проводами называются линейными (междуфазными) напряжениями ( , , — на источнике и , , -на нагрузке). (рис.4.2. а)

Протекающие по фазам генератора или приемника токи называются фазными токами ( , , ), а напряжения между началом и концом фаз называются фазными напряжениями ( , , — на генераторе и , , — на нагрузке).

При соединении звездой фазный ток равен соответствующему линейному току, т.к. фаза и линия включены последовательно:

.

Выразим линейные напряжения , , через фазные , , (рис.4.2б).

Для этого запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для трех контуров, образованных одним из линейных напряжений и двумя фазными напряжениями и из них выразим линейные напряжения (рис.4.2. б), получим:

Рис.4.2. а) Схема соединения генератора «звезда» б) векторная диаграмма фазных и линейных напряжений.

Источник