Тема 3. Трифазні електричні кола

Навчальна мета: розкрити принципи побудови та закони функціонування трифазних електричних кіл

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 10 хв.

2. 10 хв.

3. 10 хв.

4. 10 хв.

5. 15 хв.

6. 10 хв.

7. Заключна частина – 5 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання)

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, малюнки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література:

Л – 2, 3, 6.

План

3.1. Загальні відомості

3.2. З'єднання трифазної системи зіркою

3.3. З'єднання трифазної системи трикутником

3.4. Потужність у трифазному колі

3.5. Розрахунок трифазного кола при з'єднанні зіркою

3.6. Розрахунок трифазного кола при з'єднанні трикутником

3.1. Загальні відомості

Багатофазною системою називається сукупність електричних кіл, у якій діють синусоїдні EPC однієї частоти, створювані загальним джерелом і зсунуті за фазою одна відносно одної.

Проведемо розгляд найбільш поширених трифазних систем. Три фази, які складають трифазну систему, мають однакову амплітуду і зсунуті між собою за фазою на кут 120°.

Вперше трифазну систему практично здійснив М.О. Доліво-Добровольський у 1879 – 1881 p.p. Одна з основних особливостей трифазної системи – це здатність створюватиобертове поле, тобто найбільш просто і надійно виконувати електродвигуни для приводу різних механізмів.

Трифазний струм виробляється на електричних станціях різних типів (теплові, атомні, гідравлічні) так званими синхронними генераторами трифазного струму.

Згідно з діючою ЄСКД фази трифазної системи позначають А, В, С.

Трифазна система миттєвих значень напруг:

(3.1)

Комплексні значення напруг, очевидно, будуть записані так:

(3.2)

На комплексній площині цю трифазну систему напруг можна подати у вигляді трьох векторів (рис. 3.1)), які рівні за модулем і зсунуті за фазою на кут 120° (для фази А початкова фаза прийнята нульовою і тому вектор направлений по осі +1).

Рис. 3.1

Трифазні системи найчастіше з'єднують у зірку або трикутник.

3.2. З'єднання трифазної системи зіркою

У синхронних генераторів, трансформаторів, двигунів між фазами існує взаємний індуктивний зв'язок, тому для виконання потрібної схеми з'єднання фаз необхідно знати початки та кінці фаз (однойменні виводи).

За стандартом початки фаз трифазної системи позначають буквами А, В, С, а кінці, відповідно X, Y, Z. Для з'єднання у зірку трьох фазних обмоток необхідно з'єднати у загальну точку кінці фаз, ця точка називається нульовою або нейтраллю. На схемах початки фаз позначають точкою (рис. 3.2).

Рис. 3.2

Розглянемо джерело трифазного струму і навантаження при з'єднанні фаз у зірку (рис. 3.3).

Нейтраль джерела (генератора, трансформатора) позначена 0, нейтраль споживача або навантаження позначена 0'; провід, який їх з'єднує, називається нульовим. Проводи, які з'єднують фази, називають фазними проводами, відповідно фаз А, В, С.

Рис 3.3

Напругу між фазним проводом і нейтраллю називають фазною напругою; вольтметр V₁ вимірює U_A – напругу фази А.

Напруга між фазами називається міжфазною або лінійною напругою; вольтметр V₂ вимірює U_AB – напругу між фазами А та В.

Як видно із схеми рис. 3.3, струм I_Ф , що протікає по проводу лінії, який з'єднує джерело і споживача, також протікає фазою навантаження. Таким чином для з'єднання зіркою I_Ф = I_Л.

Фазні та лінійні напруги відрізняються як за модулем, так і за фазою. Розглянемо співвідношення між ними за допомогою другого закону Кірхгофа та векторної діаграми (рис. 3.4).

Для встановлення співвідношення за модулем (величиною) між фазними та лінійними напругами розглянемо трикутник ONK.. Катет

,

де – фазна напруга U_B ; – половина лінійної напруги U_BC ,тобто .

Якщо перейти до напруг:

Рис. 3.4

Таким чином, при з'єднанні зіркою модуль . За фазою лінійні та фазні струми не співпадають, що видно з векторної діаграми, наприклад, випереджає на 30°.

Нульовим проводом протікає нульовий струм:

(3.4)

При симетричному режимі, коли , нульовий струм I₀ = 0, як сума трьох рівних за модулем векторів, зсунутих на 120°.

Тому при симетричному трифазному навантаженні трифазні системи виконують трипровідними, тобто нульовий провід взагалі не встановлюється. Доволі часто роль нульового проводу виконує "земля", тобто нейтралі 0 та 0' заземлюють, приєднують до контуру заземлення.