Трехфазный переменный ток

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Появление понятия переменного тока 4
2. Трехфазный переменный ток 8
2.1 Что такое трехфазный ток 8
2.2 Почему используют трехфазный ток 9
2.3 Чем отличается трехфазный ток от однофазного 10
2.4 Преимущества и недостатки 11
2.5 Схемы трехфазных цепей 13
2.6 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 20

1. Появление понятия переменного тока
Для получения (генерирования) в проводнике тока изготавливается катушка из медного провода и возле неё необходимо двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом - по техническим причинам - и получается синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.
В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления.
...

2.1 Что такое трехфазный ток
Электрической цепью с трехфазной системой называют схему подключения, к которой подводят три жилы кабеля. В каждой действуют переменные электродвижущие силы одинаковых частот, но сдвинутых по фазе на одну треть периода относительно друг друга. Каждую отдельную цепь всей схемы в целом называют фазой. А поскольку их три, то и вся схема получила соответствующее название.3

Рисунок 2.1 - Принцип действия трехфазного генератора

Практически все генераторы электрических станций (Рисунок 2.1) вырабатывают трехфазный ток. Они совмещают в себе конструкцию одновременной инициации возбуждения сдвинутых относительно друг друга электродвижущих сил. В его устройство входят три независимых якоря, расположенных на статоре установки и удаленных друг от друга на одну треть окружности. В центре размещается элемент индукции, представленный как постоянный магнит.
На рисунке видно отличие трехфазного тока от однофазного.
...

2.2 Почему используют трехфазный ток
Зная, что такое трехфазный ток, можно однозначно ответить на вопрос, почему он применяется.
Трехфазные системы переменного тока обладают целым рядом преимуществ, которые позволяют им выделяться среди многофазного построения электрических структур. К плюсам можно отнести следующие особенности:
• экономичное транспортирование энергии на дальние расстояния без снижения параметров;
• 3-фазные трансформаторы и кабели обладают меньшей материалоёмкостью, в отличие от однофазных моделей;
• возможность обеспечить сбалансированность энергосистемы;
• одновременное присутствие в установках двух напряжений для работы: фазное напряжение (220 В) и линейное (380 В).
Подключение люминесцентных ламп к разным фазам и установка их в один светильник значительно уменьшат стробоскопический эффект и заметное глазу мерцание.
Неотъемлемой частью оборудования любого производственного предприятия являются асинхронные двигатели.
...

2.4 Преимущества и недостатки
Как и все материальное, трехфазный ток имеет свои плюсы и минусы. К положительным моментам применения систем с тремя или четырьмя проводами относится:
1. экономичность. Для передачи электроэнергии на большие расстояния используют жилы из цветных металлов, имеющих небольшие удельные сопротивления. Вольтаж делят пропорционально количеству кабелей. За счет распределения нагрузок инженеры могут уменьшить количество проводов и их сечение, что при стоимости редких материалов дает заметную экономию;
2. эффективность. Параметры мощности трехфазных трансформаторов на порядок выше однофазных при меньших размерах магнитопровода;
3. простота. При одновременном подключении потребителей к трехфазной системе генерируется дополнительное электромагнитное поле. Эффект сдвига фаз позволил создать простые и надежные бесколлекторные электродвигатели, ротор которых выполнен по принципу обычной болванки и устанавливается на шариковые подшипники.
...

2.5 Схемы трехфазных цепей
Обмотки генератора или трансформатора в трёхфазных цепях можно соединить между собой по двум схемам (Рисунок 2.2):
• звезда;
• треугольник.
Соединения выполняются на клеммнике (борно) агрегата или трансформатора, куда выводятся концы обмоток.

Рисунок 2.2 - Соединение перемычками обмоток

Присоединение нагрузки к генератору (трансформатору) можно произвести по следующим схемам:
• присоединение «звезда – звезда» с использованием нулевого проводника;
• подключение «звезда – звезда» без использования нулевого провода;
• подсоединение «звезда – треугольник»;
• схема «треугольник – треугольник»;
• соединение «треугольник – звезда».
Такое разнообразие схем вызвано тем, что собственные обмотки генератора и собственные обмотки нагрузки могут быть соединены по-разному. При различных типах сопряжения получаются разные соответствия между фазными и линейными значениями.
...

2.6 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях
Следующий параметр, который требует внимательного рассмотрения, – это напряжение. Так же, как и токи, напряжение в этом случае бывает фазное и линейное. Чтобы было понятнее их отличие, лучше всего рассмотреть графическое изображение векторов напряжений (фаз). Уже известно, что они расположены друг к другу под углом 1200. Таков угол между обмотками трёхфазного генератора (Рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Расположение векторов напряжений на диаграмме

Сохраняя угол наклона вектора Ub, откладывают его (изменив знак) от точки, где заканчивается вектор Ua. Тогда из полученной векторной диаграммы видно, что вектор линейного напряжения Uл равен расстоянию между точкой начала вектора напряжения Ua и точкой конца вектора напряжения Ub. Заметно, что вектор линейного напряжения превышает фазное.
При практических измерениях параметров напряжения фазное напряжение измеряют, касаясь щупами тестера фазного и нулевого проводников.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены появление понятия переменного тока, что такое переменный ток, почему используют трехфазный ток, чем отличается трехфазный ток от однофазного, преимущества и недостатки трехфазного переменного тока, схемы трехфазных цепей, а также фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях и другие моменты.
Из вышеизложенного материала необходимо сделать несколько выводов: во-первых, переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму; во-вторых, в домовых распределительных электрических сетях в основном используются одна фаза и нулевой проводник. Этого достаточно для работы бытовых электроприборов, освещения и отопления. Для организации производственного технологического процесса применяют трехфазный ток.
...