Ф едеральное агентство по образованию

Федеральное бюджетное государственное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Электротехника и электроника

Профессор В.М. Сапельников

ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

С апельников Валерий Михайлович

Доктор технических наук, профессор кафедры электротехники и электрооборудования предприятий УГНТУ, член диссертационного совета Д212.288.02 по присуждению ученых степеней кандидатов и докторов наук при Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Академик Метрологической Академии РФ

Почетный работник высшего образования РФ

Диплом МВ и ССО СССР и ЦК ВЛКСМ 1981 г.

“Золотой Диплом-2000” Международного Форума по проблемам науки, техники и образования (Москва, декабрь 2000 г.)

Окончил Рязанский радиотехнический институт (РРТИ) в 1961 г.

Разработал новый класс приборов – цифроуправляемые калибраторы фазы. В этих приборах широко используется идеология аналоговой и цифровой вычислительной техники. В процессе создания цифроуправляемых калибраторов фазы решил фундаментальную проблему построения цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональных ЦАП. Для этих целей им разработаны универсальные способы построения функциональных ЦАП.

Создал новую отрасль науки, включающую научные направления:

• цифроуправляемые калибраторы фазы;

• универсальные способы построения ЦАП для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональные ЦАП;

• функциональные аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

• цифроуправляемые умножители частоты;

• цифроуправляемые генераторы сложных сигналов.

Автор около 200 научных работ, в том числе более 20 изобретений, двух монографий и учебного пособия.

Основные опубликованные работы:

1.Сапельников В.М. Цифро-аналоговые преобразователи в калибраторах фазы / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа, 1997. – 152 с.

2.Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение /Изд-е Башкирск.гос. ун-та.-Уфа, 2000. – 196 с.

3.Сапельников В.М., Галиев А.Л., Коловертнов Г.Ю. Базовые элементы цифровой и вычислительной техники / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа.-2001, – 160 с.

4.Sapelnikov V.M., Maksutov A.D., Kolovertnov G.Ju., Khakimov R.A. Fanctional Digital-to-Analog Converters – New Opportunities of Instrument Making. Proceedings 10-th IMEKO TC7 International Simposium on Advances of Measurement Science. June 30 – July 2, 2004. Saint-Petersburg, Russia. Vol. 1 - P. 205 – 211.

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Профессор В.М.Сапельников

Электротехника и электроника

Учебное пособие по дисциплине

«Электротехника и электроника»

Часть 1

Специальности АТ, АГ, БАТ, БАГ

Уфа 2012

УДК 621.3.024/025:378.147

ББК 22.33:78.58

Рекомендовано к изданию кафедрой «электротехники и электрооборудования предприятий» (протокол № ___ от «___» ________ 2012 г.)

Составитель: профессор Сапельников В.М,

Рецензент:

Цепи трехфазного тока

1. Трехфазные электрические цепи

Рис. 1. Несвязанная трехфазная цепь

Трехфазная электрическая цепь может быть представлена как совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на одну треть периода, или, что то же, на угол 2/3. Эти три составные части трехфазной цепи называются фазами¹ и им ниже будут приписываться буквенные обозначения А, В и С.

На рис. 1 схематично показана трехфазная цепь, фазы которой электрически не связаны друг с другом. Такая трехфазная цепь называется не связанной (в настоящее время не применяется).

На рис. 1 для простоты обмотки трехфазного генератора не показаны. Сопротивлениями обмоток и шести соединительных проводов ввиду их малости по сравнению с сопротивлениями нагрузки можно для начала пренебречь.

Фазы А, В и С изображены на рис. 1 под углом 120°, для того чтобы подчеркнуть, что э. д. с. Е_А, Е_В и Е_С сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода. При равенстве амплитуд э. д. с. и одинаковых сопротивлениях в фазах токи I_А, I_В и I_С также равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, образуя так называемый трехфазный ток.

Сумма этих токов в любой момент времени равна нулю; поэтому если три провода, по которым токи возвращаются к источникам, объединить в один провод, 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, таким образом, к схеме рис. 2. В результате этого достигается экономия материала проводов; кроме того, по сравнению с не связанной трехфазной цепью исключаются потери мощности от токов I_А, I_В и I_С в обратных проводах.

Трехфазная цепь на рис. 2, фазы которой соединены электрически, представляет собой одну из разновидностей связанных трехфазных цепей.

Благодаря технико-экономическим преимуществам связанных трехфазных цепей они получили широкое распространение.

Для получения связанной трехфазной цепи не требуются отдельные однофазные генераторы, а используется трехфазный генератор, схематически показанный на рис. 3. Обмотки, в которых наводятся э. д. с., помещаются в пазах статора².

Рис. 2. Связанная трехфазная цепь

Обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120°/р, где р — число пар полюсов. В случае двухполюсного генератора р = 1 и угол равен 120°.

При вращении ротора в силу идентичности трех обмоток генератора в них наводятся э. д. с., имеющие одинаковые амплитуду и частоту, причем эти э. д. с. сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на одну треть периода. Векторы, изображающие эти э. д. с., равны по величине и расположены под углом 120° (рис. 3, б).

Мгновенные значения э. д. с. трехфазного генератора, показанные на рис. 3, а, выражаются аналитически следующим образом:

;

;

а) б)

Рис. 3. Мгновенные значения (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б) трехфазного генератора

Мгновенные значения э. д. с. равны соответствующим проекциям трех векторов: Е_mA, Е_mВ и Е_mС (рис. 3, б), образующих симметричную звезду и вращающихся в положительном направлении с угловой скоростью  (на рис. 3 положение ротора соответствует моменту t = 0).

Положительные направления э. д. с. в обмотках указаны на рис. 3 точками и крестиками; точка означает острие, а крестик - конец стрелки, совпадающей с положительным направлением э. д. с. (положительное направление э. д. с. не следует смешивать с действительным направлением э. д. с. в произвольный момент времени).

Создание в 1889 г. связанной трехфазной цепи переменного тока явилось важным событием в истории электротехники.

Впервые такую цепь осуществил выдающийся русский инженер и ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862—1919 г.г.). Им были разработаны основные звенья генерирования, передачи, распределения и преобразования электроэнергии трехфазного тока, именно: трехфазные генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Изобретение М. О. Доливо-Добровольским асинхронного двигателя, являющегося простейшим и самым дешевым двигателем переменного тока, существенно способствовало широкому промышленному внедрению трехфазного тока.

Технические и экономические преимущества трехфазного тока обеспечили ему ведущую роль в современной электротехнике.

Неуклонно возрастает также роль трехфазного переменного тока в авиации.