Вопрос: Получение трехфазового переменного тока. Преимущества трехфазной системы переменного тока.

Трехфазная система переменного тока получила широкое распространение во всем мире благодаря тому, что она обеспечивает наиболее выгодную передачу электрической энергии и позволяет использовать надежные в работе и простые по устройству асинхронные электродвигатели. На всех электрических станциях Советского Союза электрическая энергия вырабатывается генераторами трехфазного переменного тока. Электрифицированные железные дороги также получают энергию по линиям трехфазного тока, который затем на тяговых подстанциях преобразуют в постоянный или однофазный переменный ток, подаваемый в контактную сеть.

Рис. 204. Генератор трехфазного тока

Простейший генератор трехфазного тока (рис. 204) отличается от генератора однофазного тока тем, что на статоре его расположены три отдельные обмотки (фазные обмотки), оси которых сдвинуты одна относительно другой на угол 120°. Каждую из обмоток трехфазного генератора вместе с присоединенной к ней внешней цепью принято называть фазой. Согласно государственному стандарту фазы обозначаются буквами А, В и С.

Ротор генератора представляет собой постоянный магнит или электромагнит, который вращается каким-либо первичным двигателем с определенной частотой вращения. При вращении ротора в трех фазных обмотках статора индуцируются синусоидальные э. д. с. е_A, е_B и е_Cодной и той же частоты и имеющие одинаковые амплитуды. Но так как магнитное поле вращающегося ротора пересекает эти обмотки не одновременно, то э. д. с. е_A, е_B и е_C будут сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на 1/3 периода (рис. 205, а), чему соответствует угол ?t=120° (рис. 205,б). Такая система трех фазных э. д. с. называется симметричной. Особенностью ее является то, что сумма э. д. с. всех трех фаз в любой момент времени равна нулю:

е_A+ е_B+ е_C = 0 (77)

Рис. 205. Кривые изменения э.д.с. в фазных обмотках трехфазного генератора (а) и векторное изображение этих э.д.с. (б)

Любая из фазных обмоток генератора трехфазного тока является самостоятельным источником электрической энергии и к ней может быть подключен свой приемник. В этом случае получается несвязанная трехфазная система, требующая для передачи электрической энергии шесть проводов. На практике такие системы не применяют. Обычно фазные обмотки трехфазных генераторов и трансформаторов и приемники электрической энергии соединяют по схеме «звезда» или «треугольник». В настоящее время получение, передача и распределение электроэнергии в большинстве случаев производится посредством трехфазной системы токов. Как показывает само название, трехфазная система состоит из трех источников электроэнергии и трех цепей, соединенных общими проводами линии передач.
Источником энергии для всех фаз является трехфазный генератор, условно представленный на рис. 1.1 в виде трех обмоток, соответственно: АХ, BY и CZ.

Обмотки фаз генератора можно было бы соединить шестью проводами (рис. 1.1.а) с на грузками ZA, ZB, Zc и получить таким путем три независимые фазные цепи. Но, если объединить концы обмоток фаз генератора X, Y, Z с объединенными концами трех нагрузок одним проводом, то можно сэкономить два соединительных провода. Такой способ соединения называется соединение звездой. Указанный общий провод называется нейтральным или нейтралью.
Поскольку очередность подключения к фазам источника трехфазных двигателей в качестве на грузки оказывается существенной для установления направления их вращения, то для обеспечения этой однозначности у нас в стране приняты следующие условные цветовые обозначения фаз: А - желтая;
В - зеленая; С - красная, а общий провод (нейтраль) — черный.

При соединении звездой, кроме равного между собой напряжения на зажимах каждой из фаз (фазного напряжения между фазой и общим проводом — Uф), существует и напряжение между разными фазами, называемое линейным напряжением — Uл. Линейное напряжение в этом случае больше фазного в -vз раз.
Пример. Если ток во всех фазах оказывается одинаковым (симметричная нагрузка, примером которой может служить трехфазный двигатель), то ток в нейтральном проводе отсутствует и этот провод не нужен. Но, так как другие подключаемые нагрузки бывают несимметричными, то для них нейтральный провод нужен. На рис. 1.2 приведен пример такого включения электропитания трехэтажного дома.

Несколько реже, чем соединение звездой, в трехфазных сетях применяют соединение треугольником (рис. 1.3). Обмотки фаз источника электродвижущей силы при этом соединяются так, что конец одной соединяется с началом следующей и т.д.

Некоторым преимуществом соединения фаз треугольником является то, что даже при несимметричной нагрузке нет необходимости использовать четвертый провод. На рис. 1.3в показана схема осветительной сети жилого дома при соединении фаз приемников треугольником. Заметим, что подключение нагрузок в случае подведения напряжения от источника способом треугольника может быть произведено как треугольником, так и звездой.