Понятие о трехфазных цепях

Трехфазной называется электрическая цепь, в ветвях которой действуют три одинаковые по амплитуде синусоидальные ЭДС, имеющие одну и ту же частоту, сдвинутые по фазе одна относительно другой на угол 2π/3.

В качестве источника электрической энергии в трехфазных цепях используются синхронные генераторы. В трех обмотках статора синхронного генератора, называемых его фазами (рис. 2.1,а), индуктируются указанные три ЭДС.

а) б)

Рисунок 2.1

При указанных на рис. 2.1,а положительных направлениях ЭДС (от концов x, y, z фаз к их началам a, b, c) ЭДС изменяются в соответствии с выражениями:

. (1)

На рис. 2.1,б приведены графики е_а(t), e_b(t), e_c(t).

Совместив вектор ЭДС с осью действительных величин комплексной плоскости (рис. 2.2), получим следующие выражения ЭДС в комплексной форме:

(2)

Рисунок 2.2

Пользуясь положительными направлениями и зная законы изменения ЭДС или соответствующие им графики, можно определить мгновенные значения и действительные направления ЭДС в любой момент времени.

Согласно (1) и графику на рис. 2 ЭДС достигает максимального значения сначала в фазе а, затем в фазе b, а затем в фазе с. Указанная последовательность, в которой ЭДС достигают максимального значения, называется прямой последовательностью чередования фаз. Система из трех ЭДС, напряжений и токов называется симметричной, если они имеют одинаковые действующие значения и сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 2π/3.

Приемники электрической энергии редко получают питание непосредственно от трехфазных генераторов. Это объясняется тем, что экономически целесообразнее передавать на расстояние электрическую энергию более высокого напряжения, чем вырабатывают генераторы. Поэтому на электростанциях напряжение с помощью трансформаторов повышают, а в местах потребления снижают до значения, необходимого для питания приемников. Таким образом, в большинстве случаев приемники получают питание от трех вторичных обмоток трансформаторов, которые подобно генераторам имеют практически симметричную систему ЭДС.

Трехфазный приемник можно рассматривать в простейшем случае как устройство, состоящее из трех двухполюсников с одинаковыми параметрами, рассчитанное на подключение к трем проводам трехфазной сети, между которыми имеются три напряжения, сдвинутые относительно друг друга по фазе на угол 2π/3. Отдельные двухполюсники трехфазного приемника называются его фазами.

Трехфазные электрические цепи имеют ряд преимуществ по сравнению с однофазными:

- возможность получения вращающегося магнитного поля и использования наиболее простых, надежных и дешевых асинхронных электродвигателей;

- меньший расход проводниковых материалов на сооружение линий электропередачи и электрических сетей;

- возможность подключения к трехфазному источнику или трехфазной сети приемников, рассчитанных на два различных по значению напряжения.