Принцип роботи трифазних джерел електричної енергії

Поняття про трифазні системи ЕРС, струмів та напруг

ТЕМА 6. Теорія та розрахунок трифазних лінійних кіл

Розділ ІІІ. Трифазні електричні кола

ОСНОВИ ТЕОРІЇ КІЛ. ЧАСТИНА ІІ

На попередніх лекціях ми розглядали кола однофазного змінного струму, а саме такі кола, в яких кожне джерело енергії створює лише одну синусоїдну ЕРС. Але на практиці основна кількість електричної енергії генерується і споживається в формі трифазного струму.

Трифазною системою ЕРС (струмів, напруг) називають сукупність трьох ЕРС однієї частоти, зсунутих одна відносно другої по фазі на 120^о:

e₁ = E_m1 sin ωt,

e₂ = E_m2 sin (ωt - 120^о),

e₃= E_m3 sin (ωt - 240^о).

Крім трифазної бувають дво-, шести-, і багатофазні системи ЕРС.

Двофазний струм використовується для живлення надпотужних асинхронних двигунів у системах автоматики. Шестифазні струми використовуються при перетворенні змінного струму в постійний.

Трифазні кола у порівнянні з однофазними мають такі переваги:

- забезпечують економію металу проводів (до 25%),

- дають можливість використовувати прості асинхронні двигуни.

Засновником трифазної системи є російський вчений М.О.Доліво-Добровольський. Він у 1889р. винайшов і розробив всі головні елементи трифазної системи електрозабезпечення: генератор, трансформатор, асинхронний двигун, трифазну лінію електропередач. В 1891р. він вперше виконав передачу електричної енергії трифазним током на відстань 175 кілометрів.

Раніше ми показали, що синусоїдну ЕРС можна одержати, якщо в однорідному магнітному полі обертати виток з сталою кутовою швидкістю ω проти годинникової стрілки.

Розмістимо тепер в магнітному полі постійного магніту три котушки, зсунуті в просторі одна відносно іншої на кут 120⁰. Будемо їх обертати з постійною кутовою швидкістю ω проти годинникової стрілки (рис. 6.1).

Позначимо літерами А, В, С початки котушок, а літерами x, y, z – їх кінці.

При обертанні у кожній котушці буде наводитись ЕРС:

А-x: – e_А = E_mA sin ωt, ψ_eA=0.

В комплексній формі: Е _А=Е_А.

В-y: – e_В = E_mВ sin (ωt - 120^о), ψ_eВ= - 120⁰.

Е _В=Е_В е^-j120°.

С-z: – e_С = E_mС sin (ωt - 240^о), ψ_eС = - 240⁰.

Е _С=Е_С е^-j240°.

Кожну з трьох котушок називають “фазою:” фаза А; фаза В; фаза С.

Таким чином, в електротехніці термін фаза використовується в двох випадках:

фаза – як стадія періодичного процесу,

фаза – як відокремлене коло трифазної або багатофазної системи.

На практиці частіше використовуються симетричні трифазні системи ЕРС.

Симетричною трифазною системою ЕРС називають систему трьох ЕРС, амплітуди яких рівні та зсунуті одна відносно одної на 120^о (2π/3), тобто:

1. Е_mA = Е_mB = Е_mC=Е_m,

2. ψ_еА – ψ_еВ = ψ_еВ – ψ_еС = ψ_еС – ψ_еА=120⁰. (6.1)

Зобразимо часову та векторну діаграми симетричної трифазної системи ЕРС (рис. 6.2).

З діаграми бачимо, що для симетричної трифазної системи ЕРС

е_А + е_В + е_С = 0,

або Е _А + Е _В + Е _С = Е_А+ Е_А е^-j120° + Е_А е^-j240°= Е_А(1+ е^-j120°+ е^-j240° ).

Позначимо а = е^j120° – оператор обертання на 120^о, а² = е^j240° – оператор обертання на 240^о, тоді:

а = е^j120° = е^-j240° = cos120⁰+j sin120⁰ = - 0,5 + j/2;

а² = е^j240° = е^-j120° = cos120⁰-j sin120⁰ = - 0,5 - j/2;

З урахуванням цього маємо:

Е_А(1+ е^-j120°+ е^-j240° ) = Е_А(1 + а² + а)= Е_А ( 1 - 0,5 - j/2 – 0,5 + j/2) = 0.

Таким чином, для симетричної системи ЕРС повинні завжди виконуватись умови (6.1).

Якщо не виконується хоча б одна умова, системи ЕРС (струмів або напруг) є несиметричні.

Якщо вектори симетричної трифазної системи ЕРС обертаються проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю ω, то вони проходять через вісь уявних чисел в наступному порядку: Е_mА → Е_mВ → Е_mС, або в порядку чередування фаз: А → В → С. Такий порядок чередування називається прямою послідовністю фаз. Якщо замінити місцями будь-які дві фази, то одержимо обернену послідовність фаз: А → С → В.

На практиці для одержання трифазної системи ЕРС використовують синхронні трифазні генератори, які складаються із нерухомої частини - статора і рухомої – ротора. На статорі розміщаються обмотки фаз А, В, С. На літальних апаратах використовуються синхронні трифазні генератори потужністю 7,5…120 кВА, напругою 200/115 В, частотою 400…900 Гц.

Дата добавления: 2014-01-05