Трёхфазная система электроснабжения — личный случай многофазных систем электрических цепей, в каких действуют сделанные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).
Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока придумана Николой Теслой. Значимый вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который в первый раз предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд тестов с асинхронным электродвигателем.
Содержание
Описание
Любая из действующих ЭДС находится в собственной фазе повторяющегося процесса, потому нередко именуется просто «фазой». Также «фазами» именуют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими знаками L с цифровым индексом 1…3, или A, B и C [1] .
Распространённые обозначения фазных проводов:
| А | L1 | L1 | R |
| B | L2 | L2 | S |
| C | L3 | L3 | T |
Анимационное изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда»
Векторная диаграмма фазных токов. Симметричный режим.
Графическое представление зависимости фазных токов от времени
Достоинства
Вероятная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных домах
- Экономичность.
- Экономичность передачи электроэнергии на значимые расстояния.
- Наименьшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
- Наименьшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности понижаются токи в фазах (по сопоставлению с однофазовыми цепями).
Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы более распространены в современной электроэнергетике.
Схемы соединений трехфазных цепей
Звезда
Имеющиеся виды защиты от линейного напряжения, которые можно отыскать в продаже в электротехнических магазинах. Как и требуют современные эталоны, установка происходит на DIN-рейку.
Звездой именуется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, именуемую нейтральной точкой либо нейтралью. Концы фаз обмоток приёмника (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приёмника, именуются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, именуется нейтральным.
Шины для раздачи нулевых проводов и проводов заземления при подключении звездой. Одно из преимуществ подключения звездой — экономия на нулевом проводе, так как от генератора до точки разделения нулевых проводов поблизости потребителя, нужна только один провод.
Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, именуется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.
Если сопротивления Za, Zb, Zc приёмника равны между собой, то такую нагрузку именуют симметричной.
Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями.
Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) именуется фазным. Напряжение между 2-мя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) именуется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
\times" width="" height="" />
Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трехфазных сетях
При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание потребителя линейным напряжением может быть даже при отсутствии нейтрального провода. Но, при питании нагрузки фазным напряжением, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода непременно. При его обрыве либо значимом увеличении сопротивления (нехорошем контакте) происходит так именуемый «перекос фаз», в итоге которого присоединенная нагрузка, рассчитанная на фазное напряжение, возможно окажется под произвольным напряжением в спектре от нуля до линейного (конкретное значение находится в зависимости от рассредотачивания нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода). Это часто является предпосылкой вывода из строя бытовой электроники в квартирных домах. Так как сопротивление потребителя остаётся константой, то, согласно закону Ома, при возрастании напряжения сила тока, проходящего через потребительское устройство, окажется еще больше очень допустимого значения, что и вызовет сгорание и/либо выход из строя питаемого электрического оборудования. Пониженное напряжение также может послужить предпосылкой выхода из строя техники. Время от времени отгорание (обрыв) нулевого провода на подстанции может явиться предпосылкой пожара в квартирах.
Неувязка гармоник, кратных третьей
Современная техника всё почаще оснащается импульсными сетевыми источниками питания. Импульсный источник без корректора коэффициента мощности потребляет ток узенькими импульсами поблизости пика синусоиды питающего напряжения, в момент заряда конденсатора входного выпрямителя. Огромное количество таких источников питания в сети создаёт завышенный ток третьей гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, заместо обоюдной компенсации, математически суммируются в нейтральном проводнике (даже при симметричном рассредотачивании нагрузки) и могут привести к его перегрузке даже без превышения допустимой мощности употребления по фазам. Такая неувязка существует, а именно, в офисных зданиях с огромным количеством сразу работающей оргтехники.
Имеющиеся установки компенсации реактивной мощности не в состоянии решить данную делему, так как понижение коэффициента мощности в сетях с доминированием импульсных источников питания не связано с внесением реактивной составляющей, а обосновано нелинейностью употребления тока. Решением трудности третьей гармоники является использование корректора коэффициента мощности (пассивного либо активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания.
Требования эталона IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В Рф количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется эталонами ГОСТ 13109-97, ОСТ 45.188-2001.Треугольник
Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом 2-ой фазы, конец 2-ой фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.
Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
\times; \qquad U_L=U_F" width="" height="" />
Распространённые эталоны напряжений
Маркировка
Проводники, принадлежащие различным фазам, маркируют различными цветами. Различными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения соответствующей защиты от поражения электрическим током, также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрооборудования. В различных странах маркировка проводников имеет свои различия. Но многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в эталоне Интернациональной Электротехнической Комиссии МЭК 60445:2010.
Фазное и линейное напряжение
ГОСТ
В этом случае, если обмотки генератора трехфазного тока соединить между собой особым образом («звездой» либо треугольником), то у такового тока появляются характеристики, которые комфортны в применении.
Векторная диаграмма напряжений для соединения «звезда»
Схема соединения звездой (рис.1(а)) и соответственная векторная диаграмма напряжений на обмотках (рис.1(в)) изображены на рис.1. Тут имеется точка $О$, которая именуется точкой одинакового потенциала. Напряжение на каждой обмотке именуется фазным (его амплитуда $U_$). Проводник, который соединен с точкой одинакового потенциала именуют нулевым проводом. Проводники, которые соединены со свободными концами обмоток, именуются фазными проводами. Выходит, что фазные напряжения — это напряжения между нулевым и фазными проводами. Напряжения между фазными проводами именуют линейным (его амплитуда $U_$). Линейное напряжение между проводами 1-2 могут обозначать как $U_$, между проводами 1-3 — $U_$ и т.д..
Векторная диаграмма указывает, что амплитуды $U_\ $и $U_$находятся в соотношениях:
Ток, который течет через обмотки генератора именуют фазным током ($I_f$), ток который течет в линиях именуется током полосы ($I_l$). В соединении звездой фазные токи равны токам в полосы. Если сопротивления нагрузок не равны нулю, а $R_1=R_2=R_2=R$, то суммарная сила тока через нулевой провод равна нулю:
так как из векторной диаграммы видно, что $\sum\limits_i$
Векторная диаграмма напряжений для соединения «треугольник»
Схема соединения обмоток генератора треугольник изображена на рис.2. В данном случае амплитуды напряжений фазного и линейного равны ($U_=U_$).
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу либо консультацию спеца по вашему учебному проекту Выяснить цена
Из векторной диаграммы токов (рис.2(в)) запишем амплитудных значений тока:
В соединении обмоток генератора треугольником ток замыкания в обмотках равен нулю. Но это справедливо только для основной гармоники. Токи высших гармоник, появляющиеся из-за нелинейности колебаний, в обмотках есть.
Соединение нагрузок тоже может быть в виде звезды и в виде треугольника. На рис. 1 и рис.2 изображены соединения 1-го типа, как для генератора, так и для нагрузок. Но совершенно не непременно, что соединения обмоток генератора и нагрузок совпадают. Так, можно воплотить четыре вероятные композиции соединения генератора и нагрузок: «звезда» — «звезда», треугольник — треугольник, «звезда» — треугольник, треугольник — «звезда». Каждое из перечисленных соединений имеет свои особенности.
Задание: В чем состоят особенности соединений «звезда» — «звезда» и «звезда» — треугольник?
Решение:
- При соединении «звезда» — «звезда» (рис.1) на всех нагрузках имеется различное напряжение. При одинаковых сопротивлениях ($R_1=R_2=R_3$) (либо приблизительно равных) сила тока по нулевому проводу равна нулю (либо очень мала). На теоретическом уровне нулевой провод можно убрать, но без него на каждую из пар нагрузок действует линейное напряжение, амплитудное значение которого равно:
Это напряжение распределяется между нагрузками в согласовании с величиной их сопротивлений. Такая зависимость напряжений от нагрузок очень не комфортна, потому нулевой провод сохраняют.
- При соединении «звезда» — треугольник (рис.3). На каждое сопротивление действует линейное напряжение равное:
Это линейное напряжение не находится в зависимости от величины сопротивления.
Задание: Обусловьте, чему равно фазное напряжение, если линейное $U_=220\ В$. Чему будет равно линейное напряжение, если 220 В считать фазным напряжением? Считать, что соединение обмоток генератора — «звезда».
Решение:
В этом случае, если обмотки генератора соединены звездой, и это соединение имеет нулевой провод, в полосы существует две системы напряжений (линейное и фазное), что является достоинством такового соединения.
Видео: Трехфазные электрические цепи │Теория ч. 1
