Трехфазные цепи и преимущества их использования в системах электроснабжения
Трехфазная электрическая цепь – это совокупность трех однофазных электрических цепей переменного тока (фаз), в которых действуют три переменных напряжения с одинаковой частотой, сдвинутых относительно друг друга.
Самым распространенным видом трехфазных сетей являются симметричные системы, в которых напряжения синусоидальны, имеют сдвиг по фазе 120 градусов и равны по величине. Трехфазная система является несвязанной том случае, если ее фазы представляют собой независимые электросети, а связанной, если фазы электрически соединены между собой. При сооружении системы электроснабжения используются трехфазные системы, которые образованы фазными обмотками трехфазного генератора, линейными проводами (соединительными) и тремя приемниками электрической энергии.
Трехфазная система электроснабжения – это многофазная система электрических цепей, в которых действуют синусоидальные электродвижущие силы одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга на определенный фазовый угол.
Преимуществами трехфазных систем электроснабжения являются:
- Возможность получения двух рабочих напряжений в одной электрической установке.
- Возможность разводки в многоквартирных домах.
- Возможность получения кругового магнитного поля, которое необходимо для работы электродвигателя.
- Экономичность передачи энергии относительно других систем.
- Относительно низкая материалоемкость.
- Уравновешенность системы, способствующая росту срока службы.
Схемы соединения трехфазных цепей
Основными способами соединения трехфазных сетей являются:
- Треугольник.
- Звезда.
Каждая фазная обмотка генератора имеет два вывода. За начало обмотки принимается тот вывод, к которому направлена положительная электродвижущая сила. При соединении звездой концы фаз соединяются в один узел, называемый нейтральной точкой. Нейтральные точки генератора и нагрузки обычно соединяются нулевым проводом, а остальные провода, соединяющие обмотки генератора с приемниками, - линейными. Пример соединения трехфазной цепи звездой изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Пример соединения трехфазной цепи звездой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При соединении треугольником начало фазной обмотки соединяется с концом следующей таким образом, чтобы три обмотки образовали замкнутый треугольник, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 2. Пример соединения трехфазной цепи треугольником. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Токи и напряжения в фазах генератора и нагрузки называют фазными, напряжения между линейными проводами токи в них линейными. При соединении звездой фазный ток равен линейному, а при соединении треугольником фазное напряжение равно линейном.
Расчет трехфазной электрической цепи, соединенной звездой
При расчетах трехфазных цепей определяются значения линейных и фазных токов, при условии того, что известны сопротивления фаз приемников энергии и напряжения источников энергии. Рассмотрим трехфазную цепь, соединенную звездой, которая изображена на рисунке ниже.
Рисунок 3. Трехфазная цепь, соединенная звездой. Пример соединения трехфазной цепи
Выше представленная трехфазная электрическая сеть является несимметричной четырехпроводной, у которой напряжения на фазах приёмника энергии равны фазным напряжениям источника. В данном случае ток в каждой фазе может быть найден по закону Ома:
Рисунок 4. Формула. Пример соединения трехфазной цепи
Затем должна быть рассмотрена векторная диаграмма цепи. На векторной диаграмме должны быть отражены фазные и линейные напряжения, построены несимметричные фазные токи, а также показан ток в нейтральном проводнике (In). Электрический ток нейтрального провода является суммой векторов фазных токов. Векторная диаграмма рассматриваемой цепи изображена на рисунке ниже.
Рисунок 5. Векторная диаграмма. Пример соединения трехфазной цепи
Таким образом теперь нагрузка имеет активно-индуктивный характер и симметрична. Строим векторную диаграмму рассматриваемой цепи с учетом того, что электрический ток отстает от напряжения на угол ф.
Рисунок 6. Векторная диаграмма. Пример соединения трехфазной цепи
Электрический ток в нейтральном проводе равен нулю, поэтому становится ясно, что соединении звездой симметричного приемника энергии нейтральный провод не оказывает никакого влияния и может быть убран.
Когда нейтральный проводник имеет значительную длину, то он оказывает заметное сопротивление прохождению электрического тока, что становится причиной несимметричной нагрузки в цепи. Несимметричная нагрузка приводит к не симметрии фазных напряжений и смещению нейтральной точки дальше от центра треугольника векторной диаграммы. В данном случае нейтральный провод необходим для выравнивания фазных напряжений приемника электрической энергии в условиях его несимметричности или в случае подключения к каждой фазе однофазных приемников, которые рассчитаны только на фазное напряжение, а не линейное. Поэтому в цепь нейтрали нельзя устанавливать предохранители, так как в случае ее разрыва на фазных нагрузках появляется тенденция для образования опасных перенапряжений.
