5.2 Соединения звездой и многоугольником
Основное назначение трехфазных цепей – эффективная транспортировка и преобразование электрической энергии в механическую. Все элементы трехфазных цепей, начиная от генератора и кончая двигателем, разработаны русским инженером и ученым М.О.Доливо-Добровольским. Хотя в США Н.Тесла одновременно с ним разрабатывал двухфазную систему, но преимущества трехфазной были столь очевидны, что она получила повсеместное признание: экономически выгодна передача на большое расстояние; все элементы просты в производстве, надежны в работе.
Трехфазная система ЭДС – совокупность трех источников ЭДС, имеющих одинаковую частоту и фиксированную разность начальных фаз. Если к тому же равны их амплитуды, то такую систему называют симметричной.
Приведенная система
соответствует прямой последовательности
фаз. Сначала достигается максимум
,
затем
,
.
При смене мест
и
получается обратная последовательность.
При построении
графика мгновенных значений
.
Существует два основных способа соединения ЭДС и нагрузки в трехфазных цепях: соединение звездой и треугольником.
Геометрически:
,
и поэтому, если к точкам А, В, С не
подключена нагрузка, то по обмоткам
генератора то протекать не будет.
Трехфазная нагрузка представляет собой три отдельных нагрузки, соединенные определенным образом между собой.
Нагрузка считается симметричной, если равны комплексы всех сопротивлений, т.е. их модули и аргументы.
Генератор ЭДС и нагрузка могут соединятся одним из пяти способов:
1)
Перекоса фаз быть не может. Экономия в один провод. Соединение не может быть использовано.
2)
3)
Трехфазный генератор вырабатывает напряжение, которое по форме отличается от синусоиды, т.е. в ЭДС генератора присутствуют высшие гармонические составляющие:
1ая
гармоника
;
3ья
гармоника
.
Для третьей гармоники будет нулевая последовательность фаз, для пятой – обратная и т.д. Соединение ЭДС треугольником является КЗ для третьей гармонической составляющей, что вызывает дополнительный нагрев генератора. Перекос фаз при несимметричной нагрузке принципиально не устраним. Схема на практике не применятся.
4)
Перекос фаз невозможен – часто используется на практике.
5)
Возможен перекос фаз – недопустимо.
Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки.
Провода, соединяющие
генератор и нагрузку, называются
линейными проводами, токи в них –
линейными токами, напряжения между
линейными проводами называются линейными
напряжениями (
,
,
).
Законченная часть трехфазной системы, содержащая источник ЭДС, нагрузку и провода называется фазой трехфазной системы.
Ток в каждой нагрузке и напряжение на ней называется фазным током и напряжением.
В некоторых схемах соединений фазные и линейные токи совпадают между собой, в других – совпадают фазные и линейные напряжения.
В системе соединяющей
симметричную систему ЭДС и симметричную
нагрузку возникает симметричный режим
(линейные и фазные токи отвечают условию
).