Что такое трехфазная цепь: Трёхфазная цепь | это… Что такое Трёхфазная цепь?

Трехфазные электрические цепи

ТОЭ переменный ток

Выдающийся русский инженер-изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский, помимо асинхронного двигателя изобрел трехфазную электрическую сеть, которая могла бы питать такой двигатель.

Трехфазная система представляет собой три отдельные электрические цепи, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, которые в свою очередь сдвинуты друг от друга на 120°, и создаваемые одним источником энергии. Источником энергии чаще всего выступает трехфазный генератор.

Преимущество трехфазной цепи заключается в её уравновешенности. То есть суммарная мгновенная мощность трехфазной цепи, остается величиной постоянной в течение всего периода ЭДС.

Трехфазный генератор переменного тока имеет три самостоятельные обмотки, которые сдвинуты между собой на угол 120°. Также как и обмотки, начальные фазы ЭДС сдвинуты на 120°. Уравнения описывающие изменение ЭДС в каждой из обмоток выглядят следующим образом: 

Векторная диаграмма ЭДС в начальный момент времени представляет собой три вектора, длина которых равна амплитудному значению ЭДС Em, и угол между которыми равен 120°. Если вращать векторы против часовой стрелке, относительно неподвижной оси, то они будут проходить в порядке Ea,Eb,Ec, такой порядок называют прямой последовательностью.

По сути, каждую отдельную фазу можно было бы соединить отдельными проводами, но в таком случае получилась бы шестипроводная несвязная система. Это было бы крайне не выгодно с экономичной точки зрения, ведь как-никак, перерасход материала. Для того чтобы это избежать придумали связанные системы соединения.

 

Соединение звездой

При соединении обмоток звездой все три фазы имеют одну общую точку – ноль. При этом такая система может быть трехпроводной или четырехпроводной. В последнем случае используется нулевой провод. Нулевой провод не нужен, если система симметрична, то есть токи в фазах такой системы одинаковы. Но если нагрузка несимметрична, то фазные токи различны, и в нулевом проводе возникает ток, который равен векторной сумме фазных токов 

Также, нулевой провод может выступать в роле одной из фаз, если она выйдет из строя, это предотвратит выход из строя всей системы. Правда нужно учитывать, что нулевой провод не рассчитан на подобные нагрузки, и в целях экономии металла и изоляции он изготавливает под более малые токи, чем в фазах.

 

В трехфазных цепях существуют так называемые фазные и линейные напряжения и токи.

Фазное напряжение – это разность потенциалов между нулевой точкой и линейным проводом. То есть, проще говоря, фазное напряжение — это напряжение на фазе.

Линейное напряжение – это разность потенциалов между линейными проводами.

 

При соединении звездой фазные и линейные напряжения соотносятся как 

А фазные и линейные токи при симметричной нагрузке одинаковы

Таким образом, можно сделать вывод, что в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз звездой напряжения отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные токи равны.

 

Соединение треугольником

При соединении треугольником конец одной обмотки соединяется с началом другой. Таким образом, образуется замкнутый контур.

 В таком соединении каждая фаза находится под линейным напряжением, то есть линейные и фазные напряжения равны 

 А фазные  и линейные токи соотносятся как 

Аналогичным способом, сделаем вывод для соединения треугольником: в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз треугольником токи отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные напряжения равны. 

Читайте также — задачи на трехфазные цепи

Просмотров: 23236

Трехфазные электрические цепи Основные понятия и определения

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два значения: первое – аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе – часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

• экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

• возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

• возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис. 3.1.

Рис. 3.1

На статоре 1 генератора размещается обмотка 2, состоящая из трех частей или, как их принято называть, фаз. Обмотки фаз располагаются на статоре таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°. На рис. 3.1 каждая фаза обмотки статора условно показана состоящей из одного витка. Начала фаз обозначены буквами A, B и C, а концы – X, Y, Z. Ротор 3 представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током обмотки возбуждения 4, расположенной на роторе.

При вращении ротора турбиной с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения.

На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают как показано на рис. 3.2.

За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимают направление от конца к началу. Обычно индуктированные в обмотках статора ЭДС имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на один и тот же угол 120°. Такая система ЭДС называется симметричной.

Рис. 3.2

Трехфазная симметричная система ЭДС может изображаться графиками, тригонометрическими функциями, векторами и функциями комплексного переменного.

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3.

Если ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять за исходную и считать её начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде

(3.1)

e_A = E_m sin ωt, e_B = E_m sin (ωt — 120°), e_C = E_m sin (ωt — 240°) = E_m sin (ωt + 120°).

Из графика мгновенных значений (рис 3.3) следует

(3.2)

e_A + e_B + e_C = 0

Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения:

(3.3)

Ė

A = E_m e^j0° = E_m (1 + j0), Ė_B = E_m e^-j120° = E_m (-1/2 — j/2), Ė_C = E_m e^+j120° = E_m (-1/2 + j/2).

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис 3.4а.

Рис. 3.4

На диаграмме рис. 3.4а вектор Ė_A направлен вертикально, так как при расчете трехфазных цепей принято направлять вертикально вверх ось действительных величин. Из векторных диаграмм рис 3.4 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

(3. 4)

Ė_A + Ė_B + Ė_C = 0.

Систему ЭДС, в которой ЭДС фазы В отстает по фазе от ЭДС фазы А, а ЭДС фазы С по фазе – от ЭДС фазы В, называют системой прямой последовательности. Если изменить направление вращения ротора генератора, то последовательность фаз изменится (рис. 3.4б) и будет называться обратной.

Последовательность фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей. Для определения последовательности фаз имеются специальные приборы – фазоуказатели.

В период зарождения трехфазных систем имелись попытки использовать несвязанную систему, в которой фазы обмотки генератора не были электрически соединены между собой и каждая фаза соединялась со своим приемником двумя проводами (рис. 3.5). Такие системы не получили применения вследствие их неэкономичности: для соединения генератора с приемником требовалось шесть проводов (рис. 3.5)

Рис. 3.5

Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой. Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения «звезда» и «треугольник». При этом способ соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены «звездой», фазы потребителей соединяются либо «звездой», либо «треугольником».

Что такое трехфазная система? Определение и типы

Определение: Система с тремя фазами, т. е. ток будет проходить по трем проводам, и будет один нейтральный провод для прохождения тока короткого замыкания на землю, известна как трехфазная система. Другими словами, система, которая использует три провода для генерации, передачи и распределения, известна как трехфазная система. Трехфазная система также используется как однофазная, если из нее выведены одна фаза и нулевой провод. Сумма линейных токов в 3-х фазной системе равна нулю, а их фазы дифференцированы под углом 120°

Трехфазная система имеет четыре провода, т. е. три токонесущих проводника и один нейтральный. Площадь поперечного сечения нейтрального проводника составляет половину жилы под напряжением. Ток в нейтральном проводе равен сумме линейных токов трех проводов и, следовательно, в √3 раз превышает составляющие тока нулевой последовательности.

Трехфазная система имеет несколько преимуществ, например, требует меньшего количества проводников по сравнению с однофазной системой. Он также обеспечивает непрерывное питание нагрузки. Трехфазная система имеет более высокий КПД и минимальные потери.

Трехфазная система индуцирует генератор, который выдает трехфазное напряжение равной величины и частоты. Он обеспечивает бесперебойное питание, т. е. если одна фаза системы нарушена, то оставшиеся две фазы системы продолжают подавать питание. Величина тока в одной фазе равна сумме токов в двух других фазы системы.

 

Разность фаз трех фаз в 120° необходима для правильной работы системы. В противном случае система будет повреждена

Типы соединений в трехфазной системе

Трехфазные системы подключаются двумя способами, т. е. по схеме «звезда» и по схеме «треугольник». Их подробное объяснение показано ниже.

Соединение звездой

Соединение звездой требует четырех проводов, в которых есть три фазных провода и один нулевой провод. Такой тип соединения в основном используется для передачи на большие расстояния, поскольку он имеет нейтральную точку. Нейтральная точка пропускает неуравновешенный ток на землю и, следовательно, уравновешивает систему.

Трехфазные системы, соединенные звездой, дают два разных напряжения, т. е. 230 В и 440 В. Напряжение между одной фазой и нейтралью составляет 230 В, а напряжение между двумя фазами равно 440 В.

Соединение треугольником

Соединение треугольником имеет три провода и не имеет нейтральной точки. Соединение треугольником показано на рисунке ниже. Линейное напряжение соединения треугольником равно фазному напряжению.

Подключение нагрузок в трехфазной системе

Нагрузки в трехфазной системе также могут подключаться по схеме «звезда» или «треугольник». На рисунке ниже показаны трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник» и «звезда».

Трехфазная нагрузка может быть сбалансированной или несбалансированной. Если три нагрузки (сопротивления) Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ имеют одинаковую величину и фазовый угол, то трехфазная нагрузка называется сбалансированной. В условиях баланса все фазы и линейные напряжения равны по величине.

Однофазный VS Трехфазный: в чем разница?

Содержание

Блок питания переменного тока можно разделить на однофазный (1-фазный) и трехфазный (3-фазный). Как правило, однофазное питание используется там, где потребность в электроэнергии невелика. Короче говоря, это для запуска небольшой техники. Трехфазное питание несет большую нагрузку и может работать на большом оборудовании на заводах.

Когда дело доходит до однофазной и трехфазной сети, основное различие заключается в том, что первая используется для бытового электроснабжения, а вторая – для работы тяжелой техники. В этой статье обсуждаются различия между ними, чтобы вы могли узнать что такое трехфазное питание  и понять, как они работают.

Что такое однофазное питание и его особенности?

В однофазном электричестве напряжение питания изменяется одновременно. Обычно однофазный ток называют «бытовым напряжением», потому что он в основном используется в домах. Когда дело доходит до распределения питания, при однофазном подключении используются нулевой и фазный провода. Нейтральный провод действует как обратный путь для тока, а фазные провода несут нагрузку.

При однофазном подключении напряжение начинается с 230 Вольт и имеет частоту около 50 Герц. Поскольку напряжение в однофазном соединении постоянно растет и падает, на нагрузку не подается постоянная мощность. Давайте обсудим преимущества и недостатки использования однофазного питания.

Преимущества

• Однофазные соединения предназначены для бытового электроснабжения и жилых домов. Это связано с тем, что для работы большинства бытовых приборов требуется небольшое количество электроэнергии, таких как телевизор, освещение, вентиляторы, холодильник и т. д.
• Функционирование однофазного подключения простое и обычное. Он представляет собой компактный и легкий блок, в котором поток электроэнергии по проводам будет меньше, если напряжение выше.
• Из-за снижения мощности он обеспечивает оптимальную работу мощности от однофазного подключения и эффективную передачу мощности.
• Однофазное подключение лучше всего подходит для агрегатов мощностью до 5 л.с.

Недостатки

• Тяжелое оборудование, такое как промышленные двигатели и другое оборудование, не может работать от однофазного источника питания.
• Небольшие двигатели мощностью менее одного киловатта не могут работать от однофазного источника питания из-за отсутствия начального крутящего момента, необходимого двигателю. Итак, для бесперебойной работы двигателя требуется дополнительное оборудование, называемое пускателем двигателя .

Что такое трехфазное питание и его особенности?

При трехфазном подключении к электросети вы получаете три отдельных электрических услуги. Итак, как работает трехфазный ? Каждая ветвь тока может достигать максимального напряжения и отделяется на одну треть времени, завершенного в течение одного цикла. Короче говоря, напряжение от трехфазного подключения к сети остается постоянным.

И никогда не падает до нуля. Понимание трехфазного питания и принципов его работы важно, если вы работаете с тяжелым оборудованием. Для этого требуется три проводника вместе с одним нейтральным проводом в трехфазном соединении. Токопроводящие жилы находятся на расстоянии 120 градусов друг от друга.

Кроме того, вы можете найти два различных типа конфигураций в трехфазном питании: звезда и треугольник. Для конфигурации «звезда» требуется заземление и нейтральный провод. Конфигурация схемы «треугольник» не требует нейтральных проводов.

Более того, все виды высоковольтного оборудования могут использовать питание от схемы треугольника. Вот преимущества и недостатки использования трехфазного источника питания.

Преимущества

• Не требует дополнительных пускателей для запуска тяжелых промышленных двигателей, поскольку имеет достаточную мощность для обеспечения необходимого крутящего момента.
• Большая техника работает эффективно. Промышленные и коммерческие нагрузки предпочитают трехфазное подключение из-за высокой потребности в электроэнергии.
• При увеличении количества фаз в системе питания напряжение трехфазной сети становится более плавным.
• Трехфазное соединение не требует избыточных проводящих материалов для передачи электроэнергии. Таким образом, если речь идет об экономичном решении, трехфазное подключение является более экономичным.

Недостатки

• Самым большим недостатком трехфазного подключения является то, что оно не выдерживает перегрузки. Таким образом, это может повредить оборудование, и шансы на дорогостоящий ремонт выше. Это связано с тем, что стоимость отдельных компонентов высока.
• Поскольку напряжение блока очень высокое, трехфазное подключение требует больших затрат на изоляцию. Изоляция зависит от напряжения, а размер проводов зависит от распределения мощности.

В чем разница между однофазным и трехфазным питанием?

Вот важные различия между однофазным и трехфазным подключением.

• При однофазном подключении электрический ток протекает по одному проводнику. С другой стороны, трехфазное соединение состоит из трех отдельных проводников, которые необходимы для передачи электроэнергии.
• В однофазной системе электроснабжения напряжение может достигать 230 Вольт. А вот при трехфазном подключении он может нести напряжение до 415 Вольт.
• Для бесперебойного прохождения электричества по однофазному соединению требуется два отдельных провода. Один представляет собой нейтральный провод, а другой представляет собой одну фазу. Они необходимы для завершения цепи. При трехфазном подключении системе требуется один нейтральный провод и трехфазные провода для завершения цепи.
• Максимальная мощность передается по трехфазному соединению по сравнению с однофазным источником питания.
• Однофазное соединение состоит из двух проводов, образующих простую сеть. А вот на трехфазном подключении сеть сложная, потому что там четыре разных провода.
• Так как однофазное соединение имеет один фазный провод, если что-то случится с сетью, полностью прервется подача питания. Однако в трехфазном источнике питания, если что-то случится с одной фазой, остальные фазы все равно будут работать. Таким образом, нет прерывания питания.
• Что касается эффективности, то однофазное подключение меньше по сравнению с трехфазным подключением.