1. Трёхфазная электрическая цепь может быть представлена как совокупность трёх однофазных цепей, в которой

действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга на одну треть периода или, что то же самое, на

угол 2π/3.

Эти три составные части трёхфазной цепи называются фазами и им будем приписывать буквенные обозначения А, В, С.

Таким образом, термин "фаза" в электротехнике обозначает два понятия: угол, определяющий стадию периодического

процесса, и составную часть трёхфазной цепи.

Изобразим трёхфазную цепь, фазы которой не связаны друг с другом (рис. 1). Такую трёхфазную цепь называют

несвязанной (в настоящее время не применяется).

Фазы А, В, С изображены под углом 120° для того чтобы подчеркнуть, что напряжения источников u

А, u

В, u

С сдвинуты

относительно друг другу на одну треть периода. Следовательно, u Uт sin t;

A=Uт ωt −

Кривые, изображающие эти напряжения, показанына рис. 2.

При равенстве амплитуд Um напряжений и одинаковых сопротивлениях нагрузки Z в фазах токи i

А, i

B,i

С также равныпо

величине и сдвинутыотносительно друг друга на одну треть периода, образуя так называемый трёхфазный ток. Сумма этих

токов в любой момент времени равна нулю: i

А + i

B +i

С = 0.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Поэтому, если три провода, по которым токи возвращаются к источникам, объединить в один, то ток в этом проводе

будет равен нулю. При отсутствии в проводе тока излишним в данном случае является и сам провод, от него можно

отказаться, перейдя к схеме рис. 3.

В результате этого достигается экономия материала проводов; кроме того, по сравнению с несвязанной трёхфазной

цепью исключаются потери мощности от токов i

А, i

B,i

С в обратном проводе.

Трёхфазная цепь (рис. 3), фазы которой соединены электрически, представляет одну из разновидностей так называемых

связанных трёхфазных цепей.

Необходимо отметить, что для получения связанной трёхфазной цепи не требуются отдельные однофазные генераторы,

а используется один трёхфазный генератор.

Обмотки трёхфазного генератора могут быть соединены либо звездой, либо треугольником. При соединении звездой

концыобмоток соединяют в общую точку, которую называют нейтральной. Начало обмоток обозначают А, В, С; концы – х,

Рис. 4

у, z (рис. 4, а). Начала обмоток соединяют с нагрузкой линейными проводами, по которым идут линейные токи.

Будем в дальнейшем пользоваться следующей терминологией: ЭДС, индуктируемые в обмотках генератора или

трансформатора, напряжения на зажимах обмоток и токи в них называть фазными ЭДС, напряжениями и токами, а

напряжения между линейными проводами и токи в них – линейными напряжениями и токами. На схеме (рис. 4, а) UфА, UфВ,

UфС – комплексы фазных напряжений генератора; UАВ, UВС, UСА – комплексы линейных напряжений. Абсолютные значения

этих напряжений являются их модулями, т.е.

|UфА| = |UфВ| = |UфС| = Uф ;

|UАВ| = |UВС| = |UСА| = Uл .

Связь между линейными и фазными напряжениями устанавливается на основании второго закона Кирхгофа:

UАВ = UА – UВ; UВС = UВ – UС; UСА = UС – UА.

Топографическая векторная диаграмма линейных и фазных напряжений генератора приведена на рис. 4, б.

Из векторной диаграммы следует, что при соединении генератора звездой линейные напряжения равны по величине и

сдвинутыотносительно друг друга на угол 2π/3.

На основании геометрических соображений легко показать, что между фазными и линейными напряжениями при

соединении звездой существует следующее соотношение:

3 . Uл

= Uф

Рис. 5

Действительно из треугольника (рис. 4, б) следует

3 .

2

3

UАВ 2UфB

cos30 = 2UфВ

= UфВ

= °

При соединении генератора треугольником конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй – с

началом третьей, конец третьей – с началом первой (рис. 5, а).

Топографическая диаграмма напряжений приведена на рис. 5, а. Векторная диаграмма напряжений показана на рис. 5,

б.

Общие точки соединённых обмоток генератора выводятся на зажимы, к которым присоединяются линейные провода

или нагрузка.

Нагрузка (потребитель) в трёхфазной цепи также может быть соединена звездой или треугольником

2.  Принцип действия тепловых реле. Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле – ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.    Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1). При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта. Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной. Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле. Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a). Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки. Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле. Время-токовые характеристики теплового реле Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо. При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле. При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания. Выбор тепловых реле Номинальный ток теплового реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле составляет (1,2 – 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течении 20 мину

3. Для измерения расхода электрической энергии переменного тока применяют счетчики индукционной системы. Схема включения счетчика в сеть подобна схеме включения ваттметра, т. е. одна обмотка счетчика включается последовательно с нагрузкой, а вторая -- параллельно ей. В отличие от ваттметров в цепи параллельной обмотки никаких добавочных сопротивлений нет, так как для создания вращающего магнитного поля токи в двух катушках должны быть сдвинуты по фазе на угол, близкий к 90°. На таблице счетчика указано напряжение, ток, частота, на которые он рассчитан, в каких единицах измеряют энергию, какому количеству оборотов диска соответствует расход энергии в 1 кВт-ч

Индукционные приборы в настоящее время служат для измерения расхода электрической энергии в цепях переменного тока.

Действие индукционного счетчика основано на взаимодействии вихревых токов с вращающимся магнитным полем.

Основными деталями индукционного счетчика являются два

электромагнита 1и 2, подвижный алюминиевый диск 5, редуктор 3, счетный механизм 4 и тормозной магнит 6

Магнитная система электромагнитов 1 и 2 имеет воздушные зазоры, причем катушка электромагнита 1 включается с нагрузкой последовательно, а катушка электромагнита 2 -- параллельно. При определенном расположении электромагнитов между их полюсами создается вращающееся магнитное поле, в котором размещен свободно вращающийся алюминиевый диск. Вращающееся магнитное поле, пронизывая алюминиевый диск, индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с вращающимся магнитным полем возникает механическая сила, которая приводит диск 5 во вращение.

Сила взаимодействия между вихревыми токами и вращающимся магнитным полем пропорциональна произведению мгновенных значений тока и напряжения, т. е. мощности токоприемников: Мвр= kР, где k -- постоянный коэффициент.

Чтобы скорость вращения диска была пропорциональна мощности токоприемников, применен тормозной магнит 6.

В диске при вращении его между полюсами тормозного магнита индуктируются вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем магнита, создают противодействующий момент, пропорциональный частоте вращения диска. Чем быстрее вращается диск, тем больше сила его торможения.

частота вращения диска становится постоянной, когда вращаю-щий момент уравновешивается тормозящим моментом. Счетный механизм прибора измеряет число оборотов диска, т. е. величину, пропорциональную энергии, расходуемой на работу токоприемника. Для измерения мощности в цепи постоянного тока не требуется специального прибора, так как мощность Р=UI легко может быть подсчитана по показаниям вольтметра и амперметра. В цепи переменного тока мощность зависит не только от напряжения и тока, но и от сдвига фаз между ними: Р=UIcosц. Поэтому произведение напряжения и тока не определяет мощности, для измерения которой необходим ваттметр электродинамической или ферро-динамической системы. В электродинамическом ваттметре неподвижная катушка включается последовательно с нагрузкой Rн, а подвижная снабжается добавочным сопротивлением Rд и включается параллельно нагрузке (рис. Таким образом, мгновенное значение тока неподвижной катушки равно току нагрузки, а ток подвижной катушки пропорционален напряжению на зажимах приемника и должен совпадать с напряжением по фазе. Чтобы ток совпадал по фазе с напряжением, добавочное активное сопротивление Rд должно быть много больше индуктивного сопротивления самой обмотки, что дает возможность считать сопротивление цепи напряжения безреактивным. Вращающий момент у электродинамического ваттметра пропорционален произведению напряжения и тока. При включении ваттметра в цепь переменного тока на вращающий момент не влияет одновременное изменение направления тока в обеих катушках, но если поменять местами зажимы одной из двух катушек ваттметра, то это изменит фазу тока в этой катушке на 180° и направление вращающего момента. Для предупреждения возможности неправильного включения ваттметра относительные «начала» двух катушек ваттметра (генераторные зажимы), присоединенные к одному и тому же полюсу источника, отмечаются у зажимов прибора знаком звездочка (*); концы этих катушек присоединены к разным полюсам нагрузки. Электродинамические ваттметры используются как в цепях переменного, так и постоянного тока. Ферродинамические ваттметры обладают меньшей точностью и в цепях постоянного тока непригодны из-за влияния гистерезиса.