Трехфазные источники электрической энергии

Состав трехфазных цепей. Основные понятия и определения

С точки зрения теории электрических цепей трехфазные электроэнергетические системы – это обычные сложные электрические цепи переменного тока. Назначение (генерация, транспортировка, преобразование и использование электрической энергии), состав (источники, приемники электрической энергии, коммуникационные системы и устройства), структура цепей (узлы, ветви, контуры), фундаментальные законы классической электродинамики и основанные на них методы расчета (эквивалентные преобразования, метод контурных токов, узловых потенциалов и др.) – все это в полной мере относится к любым видам электрических цепей, в том числе к трехфазным системам.

В то же время трехфазные цепи обладают целым рядом особенностей, ограничений и свойств, которые присущи только этим цепям и выделяют их из общего ряда.

Однако, эти особенности связаны только со спецификой и правилами их формирования и компановки и не только не усложняют расчеты, но в целом ряде случаев существенно упрощают их.

Трехфазные источники электрической энергии

Конкретные конструкции, эксплуатационные свойства, характеристики трехфазных генераторов и условия их эксплуатации детального изучаются в курсе электрических машин.

С точки зрения теоретической электротехники трехфазный источник состоит из трех однофазных источников ЭДС. При этом трехфазные генераторы конструируются таким образом, чтобы эти три источника в совокупности формировали симметричную систему ЭДС, когда все они одинаковы по величине и смещены друг относительно друга по фазе на 120°. Выполнение этих условий, по крайней мере, в пределах допустимых отклонений, определяет качество поставляемой потребителям электрической энергии и входят в зону ответственности поставщиков перед потребителями. Это значит, что если синусоида первой ЭДС , то, две другие фактически уже предопределены и должны иметь вид

и

При этом .

Комплексные амплитуды и комплексные действующие значения этих ЭДС имеют, таким образом, строго определенную форму:

, ;

, и

, .

Каждая из этих ЭДС составляет одну фазу трехфазного генератора. Таким образом, в трехфазных цепях понятие «фаза» включает в себя два смысловых значения:

- традиционное как аргумент синуса синусоидальных функций напряжений и токов в виде ( ) с начальной фазой ;

- специфическое, относящиеся только к трехфазным цепям, как одна из трех их конструктивных составляющих.

ЭДС, составляющая одну фазу генератора, называется фазной ЭДС. При этом, зажимы источников, в направлении которых действуют фазные ЭДС, называют началом фазы трехфазной цепи в целом и обозначаются латинскими буквами A, B и C. Противоположные зажимы обозначаются буквами X, Y, Z и называются концами фаз (рис.1).

Рис. 1.

Векторная диаграмма фазных ЭДС трехфазного генератора имеет вид, представленный на рис.2.

Рис. 2.

Напряжение между началом и концом каждой фазы называют фазным напряжением фазы генератора . Напряжения между началами двух соседних фаз называют линейным напряжением:

.

Электрический ток в пределах каждой фазы называют фазным током: .

В теоретической электротехнике введено понятие несвязанных трехфазных систем, когда каждая фаза генератора имеет свою собственную электрическую цепь, фактически никак не связанную с другими. Никакого практического применения эта теоретическая конструкция не имеет, поэтому здесь не рассматривается.

Трехфазный генератор представляет из себя единую связанную трехфазную электротехническую систему, в которой все три ЭДС кондуктивно связаны между собой.

Как известно для соединения между собою трех элементов электрической цепи существует только два способа, не позволяющих превратить эти элементы в один эквивалентный: соединения по схеме «звезда» и по схеме «треугольник».