Трехфазные цепи

 
 
 
 
 

Реферат на тему: «Трехфазные цепи»

по дисциплине: « ИИТиЭ ». 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011 г. 

Содержание                                           

Введение………………………………………………………………………….. 3

Трёхфазная система  электроснабжения ………………………………………...4

  Преимущества …………………………………………………………………...5

 Схемы соединений  трехфазных цепей ……………………………………...… 5

 Звезда …………………………………………………………………………….5

 Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями. …….7

  Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трехфазных сетях …..7

  Проблема гармоник, кратных третьей …………………………………………8

Треугольник ……………………………………………………………………...9

Соотношение между  линейными и фазными токами и  напряжениями ……..11

 Распространённые  стандарты напряжений

Маркировка ……………………………………………………………………...11

Заключение ………………………………………………………………………12

Литература……………………………………………………………………….13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Трёхфазная  цепь, трёхфазная система, совокупность трёх однофазных электрических цепей  переменного тока (называемых фазами), в которых действуют три переменных напряжения одинаковой частоты, сдвинутых  по фазе друг относительно друга; частный  случай многофазной системы. Наиболее распространены симметричные трёхфазные системы, напряжения в которых синусоидальные, равны по величине и имеют сдвиг  фаз, равный 120°. Трёхфазная система  называется электрически несвязанной, если отдельные фазы представляют собой  независимые электрические цепи, и электрически связанной, если её отдельные  фазы электрически соединены между  собой. Практическое применение имеют  электрически связанные трёхфазные системы, образованные фазными обмотками  трёхфазного генератора, тремя приёмниками  электроэнергии (фазами нагрузки) и  соединительными (линейными) проводами. Если фазные обмотки генератора и фазы нагрузки соединены звездой. Наличие нейтрального провода уменьшает взаимное влияние режимов работы фаз Т. ц. и обеспечивает возможность подключения к Т. ц. однофазной нагрузки. Напряжения между линейными проводами и протекающие по этим проводам токи называются линейными; токи, протекающие по фазным обмоткам генератора и фазам нагрузки, а также напряжения на них — фазными. В общем случае линейные токи и напряжения отличаются от соответствующих фазных. Трёхфазная система была предложена М. О. Доливо-Добровольским (1891), который разработал все основные звенья этой системы — генераторы, трансформаторы, линии передачи и двигатели трёхфазного тока. Она получила преимущественное распространение в электроэнергетике. По сравнению с однофазными цепями переменного тока Т. ц. более экономичны, дают существенно меньшие пульсации тока после выпрямления. Применение Т. ц. позволяет простыми средствами получать вращающееся магнитное поле в электродвигателях переменного тока.  
 
 
 
 
 

1. Трёхфазная  система электроснабжения

Трёхфазная  система электроснабжения — частный  случай многофазных систем электрических  цепей, в которых действуют созданные  общим источником синусоидальные ЭДС  одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. Таким  образом, каждая такая ЭДС находится  в своей фазе периодического процесса, поэтому часто называется просто фазой. Также «фазами» называют проводники — носители этих ЭДС. В трёхфазных системах угол сдвига равен 120 градусам. Фазные проводники обозначаются в РФ латинскими буквами L с цифровым индексом 1…3, либо A, B и C. Распространённые обозначения фазных проводов:Россия, EC (выше 1000 В) Россия, ЕС (ниже 1000 В) Германия Дания

 

Значительный  вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который  провёл ряд экспериментов с индукционным электродвигателем и выявил ряд  преимуществ трёхфазной системы  по отношению к другим системам.

Рис. 1. Изображение течения токов по симметричной трёхфазной цепи с соединением типа «звезда» 
 

Преимущества

Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы  наиболее распространённые в современной  электроэнергетике.

• Возможная схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах
• Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
• Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов.
• Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.
• Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.
• Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».

 

Схемы соединений трехфазных цепей

Звезда

Звездой называется такое соединение, когда  концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или  нейтралью. Концы фаз обмоток  приёмника (M) также соединяют в  общую точку. Провода, соединяющие  начала фаз генератора и приёмника, называются линейными. Провод, соединяющий  две нейтрали, называется нейтральным. Шины для раздачи нулевых проводов и проводов заземления при подключении звездой. Одно из преимуществ подключения звездой — экономия на нулевом проводе, поскольку от генератора до точки разделения нулевых проводов вблизи потребителя, требуется только один провод. Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной. Если сопротивления Za, Zb, Zc приёмника равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

Рис. 2. Соединение звездой трехфазных цепей

Существующие  виды защиты от линейного напряжения, которые можно найти в продаже  в электротехнических магазинах. Как  и требуют современные стандарты, монтаж происходит на DIN-рейку. Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток приёмника (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приёмника, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным. Шины для раздачи нулевых проводов и проводов заземления при подключении звездой. Одно из преимуществ подключения звездой — экономия на нулевом проводе, поскольку от генератора до точки разделения нулевых проводов вблизи потребителя, требуется только один провод. Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной. Если сопротивления Za, Zb, Zc приёмника равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной. 
 
 
 
 
 
 
 

Соотношение между линейными  и фазными токами и напряжениями.

Напряжение  между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами() называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

 

Последствия отгорания (обрыва) нулевого провода в трехфазных сетях

При симметричной нагрузке в трёхфазной системе питание  потребителя фазным напряжением  возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. При его обрыве или значительном увеличении сопротивления (плохом контакте) происходит так называемый «перекос фаз», в результате которого подключенная нагрузка, рассчитанная на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит  от распределения нагрузки по фазам  в момент обрыва нулевого провода). Это зачастую является причиной вывода из строя бытовой электроники  в квартирных домах. Так как сопротивление  потребителя остаётся константой, то согласно закону Ома при возрастании  напряжения, сила тока, который будет  иметь место у потребителя, окажется гораздо больше максимально допустимого  значения, что и вызовет сгорание и/или выход из строя питаемого  электрооборудования. Пониженное напряжение также может послужить причиной выхода из строя техники. Иногда отгорание (обрыв) нулевого провода на подстанции может явиться причиной пожара в  квартирах. 
 
 
 
 
 

Проблема  гармоник, кратных  третьей

Современная техника всё чаще оснащается импульсными  сетевыми источниками питания. Импульсный источник без корректора коэффициента мощности потребляет ток узкими импульсами вблизи пика синусоиды питающего  напряжения, в момент заряда конденсатора входного выпрямителя. Большое количество таких источников питания в сети создаёт повышенный ток третьей  гармоники питающего напряжения. Токи гармоник, кратных третьей, вместо взаимной компенсации, математически  суммируются в нейтральном проводнике (даже при симметричном распределении  нагрузки) и могут привести к его  перегрузке даже без превышения допустимой мощности потребления по фазам. Такая  проблема существует, в частности, в офисных зданиях с большим количеством одновременно работающей оргтехники. Существующие установки компенсации реактивной мощности не способны решить данную проблему, так как снижение коэффициента мощности в сетях с преобладанием импульсных источников питания не связано с внесением реактивной составляющей, а обусловлено нелинейностью потребления тока. Решением проблемы третьей гармоники является применение корректора коэффициента мощности (пассивного или активного) в составе схемы производимых импульсных источников питания. Требования стандарта IEC 1000-3-2 накладывают ограничения на гармонические составляющие тока нагрузки устройств мощностью от 50 Вт. В России количество гармонических составляющих тока нагрузки нормируется стандартами ГОСТ 13109-97, ГОСТ 45.188-2001. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Треугольник

Треугольник — такое соединение, когда конец  первой фазы соединяется с началом  второй фазы, конец второй фазы с  началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

Рис.3 Схема  соединений треугольником

Соединение  фаз источника в замкнутый  треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как 

Если  соединение обмоток треугольником  выполнено неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или  начала двух фаз, то суммарная ЭДС  в контуре треугольника отличается от нуля и по обмоткам протекает  большой ток. Это аварийный режим  для источников питания, и поэтому  недопустим. Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению. 

Пренебрегая сопротивлением линейных проводов, линейные напряжения потребителя можно приравнять линейным напряжениям источника  питания: Uab =, Ubc =, Uca =. По фазам Zab, Zbc, Zca приемника протекают фазные токи İab, İbc и İca. Условное положительное направление фазных напряжений Úab, Úbc и Úca совпадает с положительным направлением фазных токов. Условное положительное направление линейных токов İA, İB и İC принято от источников питания к приемнику. В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Линейные  токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c

İA = İab - İca; İB = İbc - İab; İC = İca - İbc.

Сложив  левые и правые части системы  уравнений, получим

İA + İB + İC = 0,

т.е. сумма  комплексов линейных токов равна  нулю как при симметричной, так  и при несимметричной нагрузке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Маркировка

Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют  разными цветами. Разными цветами  маркируют также нейтральный  и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия. Однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в МЭК 60445:2010.