Трёхфазный переменный ток

Получение трехфазного переменного тока
В технике широкое применение находит трехфазный переменный ток. Трехфазным током
называют систему, состоящую из трех однофазных токов одинаковой частоты, сдвинутых
по фазе на одну треть периода друг относительного друга и протекающих по трем
проводам. Трехфазный ток получают в трехфазном генераторе, создающем три
электродвижущие силы, сдвинутые по фазе на угол 120° (одну треть периода).
Простейший генератор трехфазного тока представляет собой кольцеобразный стальной
сердечник, на котором расположены три обмотки: ω1, ω2 и ω3, сдвинутые одна
относительно другой по окружности сердечника на 120°. Сердечник с обмотками
называют статором генератора, а вращающийся внутри статора электромагнит - ротором.
По обмотке ротора, называемой обмоткой возбуждения, проходит постоянный ток,
который намагничивает ротор, образуя северный N и южный S полюсы. При вращении
ротора созданное им магнитное поле пересекает обмотки статора, в которых
индуктируется электродвижущая сила. Величина электродвижущей силы зависит от
скорости, с которой магнитные силовые линии ротора пересекают магнитное поле
статора. Полюсы ротора и обмотки статора должны быть такими, чтобы в каждой из
обмоток статора возникала синусоидальная электродвижущая сила, сдвинутая по фазе на
120°.
Если к каждой из трех обмоток генератора подключить нагрузку, то в результате
получатся три цепи однофазного переменного тока. При равенстве сопротивлений
потребителей амплитуды токов в каждой цепи будут равны между собой, а фазовые
соотношения между токами будут такими же, как и между электродвижущими силами в
обмотках генератора. Каждую из обмоток генератора вместе с внешней цепью,
присоединенной к ней, принято называть фазой. Чтобы из этих независимых однофазных
систем образовать единую трехфазную систему, необходимо соединить отдельные
обмотки. Обмотки генератора могут соединяться двумя способами: звездой и
треугольником.
При соединении звездой обмоток генератора и потребителей (рис. 58) используются
четыре провода вместо шести, необходимых в несвязанной системе. Сокращение
количества проводов увеличивает экономичность устройства линии передачи энергии.
Три провода, идущие от обмоток генератора к приемникам /, //, III, называют линейными,
так как они составляют линию для передачи энергии от генератора к приемникам, а
провод, соединяющий общие точки фаз генератора и потребителя - нулевым. Если
нагрузки всех трех фаз одинаковы по величине, то суммарный ток в нулевом проводе
будет равен нулю. Однако равномерную нагрузку можно обеспечить только при питании
трехфазных потребителей, подключаемых и отключаемых всеми тремя фазами
одновременно. Однофазные потребители включаются независимо один от другого, и при
питании их не может быть достигнута полная равномерность нагрузки фаз. В этом случае
нулевой провод должен поддерживать равенство разных напряжений потребителя
Напряжение между линейными проводами называют линейным, а напряжение в каждой
фазе - фазным. При соединении звездой линейный ток равен фазному, а фазное
напряжение меньше линейного в 1,73 раза при одинаковой нагрузке фаз.
Однофазовые приемники, например лампы накаливания, можно подключать
непосредственно к линейным проводам на линейное напряжение (рис. 59). Подобное
соединение носит название соединения треугольником. Это соединение применяется для
осветительной и силовой нагрузок. Фазы трехфазного генератора соединяют следующим
образом: конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей и конец
третьей с началом первой, а к точкам соединения фаз подключают линейные провода.
Поскольку фазы потребителя или генератора при таком соединении подключаются
непосредственно к линейным проводам, фазные напряжения их равны линейным, т. е.
Uф=Uл, а линейные токи по абсолютной величине больше фазных в 1,73 раза при
одинаковой нагрузке фаз. Соединение треугольником обмоток генераторов встречается
довольно редко. В двигателях трехфазного тока концы обмоток можно соединить звездой
или треугольником.