Файл: электротехника.docx

Одиннадцатая гармоника (обратная последовательность фаз) линейного напряжения отыает по фазе от одиннадцатой гармоники напряжения фазы А на 30° и в раз больше ее:

Пример 72. ЭДС фазы А в схеме (рис. 7.11 )

Определить показания всех приборов. Приборы электродинамической системы. Решение. Действующие значения ЭДС

По линейным проводам течет первая гармоника тока

Показание вольтметра

Пример 73. ЭДС каждой фазы генератора (рис. 7.12) изменяется по трапецеидальному закону ; нагрузка равномерная;. Определить мгновенное значение тока по нулевому проводу, пренебрегая гармониками тока выше седьмой.

Рис. 7.12

Рис. 7.13

Решение. С помощью табл. 7.1 запишем разложение трапецеидальной ЭДС:

Следовательно,

По нулевому проводу протекает только третья гармоника тока

где . Мгновенное значение тока.

11. Трехфазный синхронный генератор.

Не только на машины постоянного тока распространяется принцип обратимости, но также и на машины переменного тока. Машины переменного тока бывают синхронными или асинхронными. В основном в качестве генераторов используют синхронные электрические машины. Из науки физики нам известно, что если вращать ротор-электромагнит, то в обмотке статора станет индуцироваться переменная электродвижущая сила. Такое явление лежит во главе конструкции однофазного генератора переменного тока. Увеличить число пар полюсов можно изменяя конструкцию ротора. Если же изготовить генератор с восьмиполюсным ротором, то есть сделать четыре пары полюсов, то при частоте вращения ротора 3000 об/мин в обмотке статора будет индуцироваться переменная ЭДС частоты 200 Гц. Так, изменяя частоту вращения ротора и его число пар полюсов, можно получить переменную ЭДС необходимой частоты.

Частоту ЭДС в общем случае определяют по формуле:

• f – частота переменной ЭДС, Гц; 

• р – число пар полюсов;

• п – частота вращения ротора, об/мин.

Многофазной тоже можно сделать обмотку статора. Трехфазная система переменного тока получила самое большое распространение на практике. Электромагнит при вращающем состоянии образовывает переменный магнитный поток, который в свою очередь пересекает расположенные под углом 120° по отношению к друг другу три фазы обмотки статора. В результате в фазах обмотки образуется переменная ЭДС одинаковой частоты, но с углом сдвига фаз, равным 1/3 периода вращения магнитного поля.

Рассмотрим конструкцию синхронного трехфазного генератора. Его укрепленный на валу ротор представляет собой электромагнит; установленный на этом же валу генератор постоянного тока служит для питания обмотки ротора. На момент вращение вала, например, при помощи турбины, генератор постоянного тока вырабатывает электрическую энергию и питает ею обмотку ротора. Отчего ротор становится электромагнитом и, совершая обороты, вместе с валом производит вращающееся магнитное поле. При данной работе в трех фазах обмотки статора будут индуцироваться три ЭДС.

При помощи синхронных трехфазных турбо- и гидрогенераторов производится преобладающая часть электрической энергии. Также синхронные машины используют в качестве электрических двигателей, особенно в установках мощностью свыше 50 кВт. При работе синхронной машины в режиме двигателя обмотку ротора подключают к источнику постоянного тока, а обмотку статора – к трехфазной сети. В устройствах автоматического управления используют синхронные электродвигатели малой мощности – от долей до нескольких десятков ватт.

12. Системы соединения трехфазных цепей

Т рехфазной (многофазной) системой электрических цепей называется система, состоящая из трех (нескольких) электрических цепей переменного тока одной частоты, э. д. с. которых имеют разные начальные фазы.

Трехфазная система переменного тока получила широчайшее распространение, как система, обеспечивающая более экономичную передачу энергии по сравнению с однофазной системой. Кроме того, она позволяет создать простые по устройству и надежные в эксплуатация генераторы, двигатели и трансформаторы.

Изобретение трехфазной системы и создание трехфазного генератора, трехфазного электродвигателя и трехфазного трансформатора принадлежит выдающемуся русскому инженеру М. О. Доливо-Добровольскому.

Отдельные цепи трехфазной системы сокращенно называются фазами. Трехфазную систему электрических цепей, соединенных друг с другом, называют трехфазной цепью.

Соединение обмоток генератора звездой

При соединении обмоток звездой концы обмоток X, Y, Z соединяются в одну точку, называемую нулевой точкой или нейтралью генератора (рис. 7-5). В четырехпроводной системе к нейтрали присоединяется нейтральный или нулевой провод. К началам обмоток генератора присоединяются три линейных провода.

Напряжения между началами и концами фаз, или, что то же, напряжения между каждым из линейных проводов и нулевым называются фазными напряжениями и обозначаются или в общем виде

Пренебрегая падением напряжения в обмотках генератора, можно считать фазные напряжения равными соответствующим э. д. с., индуктированным в обмотках генератора.

Напряжения между началами обмоток, или, что то же, между линейными проводами, называются линейными напряжениями и обозначаются или в общем виде

Установим соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора звездой.

Рис. 7-5. Схема соединения обмоток генератора звездой.

Рис. 7-6. Векторная диаграмма напряжений трехфазной цепи.

Так как конец первой фазы X соединен не с началом второй фазы, а с концом ее Y, что аналогично встречному соединению двух источников э. д. с. при постоянном токе, то мгновенное значение линейного напряжения между проводами А и В будет равно разности соответствующих фазных напряжений, т. е.

аналогично мгновенные значения других линейных напряжений

Таким образом, мгновенное значение линейного напряжения равно алгебраической разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений.

Так как изменяются по синусоидальному закону и имеют одинаковую частоту, то и линейные напряжениябудут изменяться синусоидально, причем действующие значения линейных напряжений можно определить из векторной диаграммы (рис. 7-6):

Из сказанного следует, что вектор линейного напряжения равен разности векторов соответствующих фазных напряжений.

Фазные напряжения сдвинуты друг от друга на 120°. Для определения вектора линейного напряженияиз вектора напряжениянужно геометрически вычесть вектор, или, что то же, прибавить равный по величине и обратный по знаку вектор —.

Аналогично вектор линейного напряжения получим как разность векторов напряженийи вектор линейногонапряжения как разность векторови ОА.

Опуская перпендикуляр из конца произвольно взятого вектора фазного напряжения, например , на вектор линейного напряженияполучим прямоугольный треугольник ОНМ, из которого следует, что

откуда

Рис. 7-7. Векторная диаграмма напряжений при соединении обмоток генератора звездой.

Из векторной диаграммы (рис. 7-6) и последней формулы следует, что действующее значение линейного напряжения в раз больше действующего значения фазного напряжения и что линейное напряжениена 30° опережает фазное напряжение; на такой же угол линейное напряжениеопережает фазное напряжениеи напряжение— фазное напряжение