Трехфазные электрические цепи кратко

Как же осуществляется работа генератора

В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.

Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Варианты измерений:

• Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
• Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
• Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Трехфазные цепи. Как подается напряжение в них

В трехфазной цепи напряжение может быть фазным или линейным. Векторная диаграмма выглядит следующим образом:

На графике присутствуют три вектора напряжений (фаз) – Uа, Ub и Uс. Величина угла между ними равна 120°. Это соблюдается между обмотками в простейшем электрооборудовании. Для того, чтобы знак вектора Ub изменился на противоположный, его нужно отразить таким образом, чтобы векторное начало и конец поменялись местами, при этом первоначальный угол наклона был сохранен. После установки векторного начала Ub в конец Uа полученное расстояние и будет рассматриваться, как вектор линейного напряжения (Uл).

Схемы соединения трехфазных цепей

Основными способами соединения трехфазных сетей являются:

1. Треугольник.
2. Звезда.

Каждая фазная обмотка генератора имеет два вывода. За начало обмотки принимается тот вывод, к которому направлена положительная электродвижущая сила. При соединении звездой концы фаз соединяются в один узел, называемый нейтральной точкой. Нейтральные точки генератора и нагрузки обычно соединяются нулевым проводом, а остальные провода, соединяющие обмотки генератора с приемниками, — линейными. Пример соединения трехфазной цепи звездой изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Пример соединения трехфазной цепи звездой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При соединении треугольником начало фазной обмотки соединяется с концом следующей таким образом, чтобы три обмотки образовали замкнутый треугольник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2. Пример соединения трехфазной цепи треугольником. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Токи и напряжения в фазах генератора и нагрузки называют фазными, напряжения между линейными проводами токи в них линейными. При соединении звездой фазный ток равен линейному, а при соединении треугольником фазное напряжение равно линейном.

Что такое линейное напряжение?

В трехфазной магистрали можно выделить дополнительное напряжение, при подсоединении перемычку между 2 нагруженными кабелями. Значение его выше, т. к. является проекцией на плоскость координат 2 векторов, составляющих угол 120° между собой. Довесок к значению фазового напряжения составляет 73% или рассчитывается как √3-1. Общепринятое линейное напряжение в электролинии всегда составляет 380 вольт.

Напряжение вычисляется в промежутке фаз или между их выводами. При монтаже схемы появляются трудности, заключающиеся в неточности при расчете проводника, что иногда вызывает аварию. Схемы подключения различаются вариантами объединения нагруженных жил и источника электричества. Преимущества однофазной сети:

• безопасность эксплуатации оборудования, т. к. опасность в плане поражения исходит от 1 кабеля;
• схема применяется для осуществления эффективной разводки, выбора принципа эксплуатации, расчета параметров и выполнения измерений.

Расчеты в системе простые, выполняются с учетом стандартных физических формул. Для замеров показателей цепи используется мультиметр. Характеристики подключения к фазе определяются с помощью специальных вольтметров, токовых датчиков.

Линейное напряжение возникает при прохождении электрического тока в подводнике при объединении источника энергии и приемника. При понижении мощности на участке между выходом генератора и потребителем параметры фазного вольтажа также изменяются. Зная линейные показатели, нетрудно высчитать значение фазного напряжения.

Особенности сети:

• при разводке проводов профессиональных устройств не требуется, достаточно отвертки с встроенным индикатором;
• при соединении проводов не используется ноль — из-за нейтральной жилы нет опасности поражения током;
• схема применима для постоянных сетей и линий с переменным током;
• однофазное соединение выполняется в трехфазной линии, но не наоборот.

Плюсы и минусы

В принципе, в современных частных владениях используются как 1-фазные, так и 3-фазные схемы. В каждом случае есть свои особенности.

Так, в 1-фазных сетях я нашел следующие преимущества:

1. Доступность. В большинстве случаев бытовые сети предоставляют напряжение 220 В. 
2. Безопасность. Угроза поражения исходит только от 1-го проводника, при этом его номинал не такой высокий, как в 3-фазном варианте. 
3. Упрощенный монтаж. При прокладке проводки и подключении оборудования не обязательно применять профессиональные приспособления – достаточно специального щупа.

Монтаж 1-фазной сети прост и доступен даже не профессионалу

Главный недостаток сводится к ограниченности мощности потребления. Как правило, 10 кВт – это уже предел для 1-фазных цепей. В отличие от сети на 220 вольт электроцепь на 360–380 вольт (или 3 фазы) позволяет подключать столько оборудования, сколько вообще может потребоваться на бытовом уровне. Естественно, с учетом ограничений входного устройства и сечения питающего кабеля.

Кроме того, выделю еще несколько положительных сторон 3-фазной схемы:

• Экономический фактор – для передачи электроэнергии требуется меньше проводов, что особенно актуально для ЛЭП длиной сотни и тысячи километров. 
• Трансформаторы характеризуются минимальными размерами магнитопроводной части – по сравнению с аналогами для 1-фазной цепи. 
• Для подключения приборов одинаковой мощности в 3-фазной сети требуется проводник с меньшим сечением, чем в 1-фазной. 
• Возможность изготовления и функционирования 3-х-фазных асинхронных электродвигателей. Моторы проще, надежнее и мощнее моделей, требующих подключения 1-ой или 2-х фаз. 
• При необходимости в цепи можно переключать номинал напряжения, изменять количество подключенных фаз и менять мощность оборудования.

3-х-фазная сеть позволяет равномерно распределять нагрузку по отдельным фазам

• Для каждой люминесцентной лампы в пределах одного осветительного прибора можно подключить отдельную фазу. В результате это существенно понизит мерцание и избавит от стробоскопического явления. 
• Равномерное распределение механической нагрузки в энергогенераторе, и увеличение срока его службы.

Недостатки проявляются в том, что для подключения придется приобретать более дорогостоящее электрооборудование. Кроме того, напряжение между любыми двумя фазами в цепи всегда равно 380 вольт, а это само по себе уже смертельно опасно – что при нечаянном контакте с неизолированными частями, что при пробое тока на корпус.

Справка!

Мощность электрооборудования в 3-х-фазной сети по большому счету ограничена площадью сечения питающих проводников. Однако на бытовом уровне для частного потребителя существует предел, контролируемый договором и вводным щитком, например, 15 кВт.

Для подключения оборудования одинаковой мощности в 3-фазной сети требуется провод с меньшим сечением, чем в 1-фазной

Как же осуществляется работа генератора

В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.

Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.

Схемы соединения трехфазных цепей

Основными способами соединения трехфазных сетей являются:

Каждая фазная обмотка генератора имеет два вывода. За начало обмотки принимается тот вывод, к которому направлена положительная электродвижущая сила. При соединении звездой концы фаз соединяются в один узел, называемый нейтральной точкой. Нейтральные точки генератора и нагрузки обычно соединяются нулевым проводом, а остальные провода, соединяющие обмотки генератора с приемниками, — линейными. Пример соединения трехфазной цепи звездой изображен на рисунке ниже.

Готовые работы на аналогичную тему

Рисунок 1. Пример соединения трехфазной цепи звездой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При соединении треугольником начало фазной обмотки соединяется с концом следующей таким образом, чтобы три обмотки образовали замкнутый треугольник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2. Пример соединения трехфазной цепи треугольником. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Токи и напряжения в фазах генератора и нагрузки называют фазными, напряжения между линейными проводами токи в них линейными. При соединении звездой фазный ток равен линейному, а при соединении треугольником фазное напряжение равно линейном.

Что происходит в нуле и фазе при обрыве провода.

Обрывы на линии достаточно часто возникают по вине мастеров – они забывают подключить фазу либо ноль. Такие поломки достаточно распространены. Так же довольно часто происходит процесс отгорания нуля на подъездном щитке например, из-за высокой нагрузки в системе.

Если происходит порыв на любом участке цепи, то прекращает функционировать вся цепь, т.к. она размыкается

В таких ситуациях совершенно не важно, какой провод поврежден – фаза или ноль. То же самое случается и при порыве между распределительным щитом многоэтажки и щитком в подъезде. При таком порыве все потребители, которые были подключены к данному щитку, будут без электроэнергии

При таком порыве все потребители, которые были подключены к данному щитку, будут без электроэнергии.

Все ситуации, которые мы попытались описать выше, имеют место быть. Они могут показаться сложными, но не несут никакой опасности для человечества. Ведь обрыв произошел только одного провода, поэтому это совершенно не опасно.

Очень тревожная ситуация – когда пропадает контакт между контуром заземления на подстанции и средним пунктом, к которому поступает все напряжение внутридомового щитка.

Именно в таком варианте электрический ток движется по контурам AB, BC, CA. Совокупное напряжение этих контуров 380В. Именно по этой причине и возникает достаточно опасная ситуация – один щиток может вообще не иметь напряжения, потому что хозяин отключит все электроприборы, а на другом образуется очень высокий уровень напряжения, около 380В. Это может способствовать выходу из строя многих приборов, потому что для них необходимо напряжение в 220В.

Естественно, появление данной ситуации можно избежать. Имеется масса недорогого/дорогостоящего оборудования, которое защитит вашу технику от скачков напряжения. К такому оборудованию относится и стабилизатор напряжения. Различают такие виды стабилизаторов:

• Однофазный;
• Трехфазный.

Трехфазные цепи и преимущества их использования в системах электроснабжения

Трехфазная электрическая цепь – это совокупность трех однофазных электрических цепей переменного тока (фаз), в которых действуют три переменных напряжения с одинаковой частотой, сдвинутых относительно друг друга.

Самым распространенным видом трехфазных сетей являются симметричные системы, в которых напряжения синусоидальны, имеют сдвиг по фазе 120 градусов и равны по величине. Трехфазная система является несвязанной том случае, если ее фазы представляют собой независимые электросети, а связанной, если фазы электрически соединены между собой. При сооружении системы электроснабжения используются трехфазные системы, которые образованы фазными обмотками трехфазного генератора, линейными проводами (соединительными) и тремя приемниками электрической энергии.

Трехфазная система электроснабжения – это многофазная система электрических цепей, в которых действуют синусоидальные электродвижущие силы одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга на определенный фазовый угол.

Преимуществами трехфазных систем электроснабжения являются:

1. Возможность получения двух рабочих напряжений в одной электрической установке.
2. Возможность разводки в многоквартирных домах.
3. Возможность получения кругового магнитного поля, которое необходимо для работы электродвигателя.
4. Экономичность передачи энергии относительно других систем.
5. Относительно низкая материалоемкость.
6. Уравновешенность системы, способствующая росту срока службы.

Устройство генератора переменного тока и его классификация

Конструктивно, электрогенератор состоит из:

• Устройство и принцип работы ↓
• Область применения ↓
• Классификация ↓
• Описание схем ↓
• “Звезда” ↓
• “Треугольник” ↓
• Практическое применение ↓

1. Токопроводящей рамки.
2. Магнитов.

Работает он следующим образом:

1. Токопроводящая рамка помещается в магнитное поле, созданное между полюсами магнитов. Ее концы снабжают контактными кольцами, которые также способны вращаться.
2. С помощью упругих токопроводящих пластинок (щеток), кольца соединяют с электрической лампочкой.
3. Рамка, вращаясь в магнитном поле, постоянно пересекает своими сторонами магнитные силовые линии.
4. Пересечение рамкой магнитных силовых линий вызывает возникновение ЭДС и получение индукционного тока.
5. Под действием полученного индукционного тока, лампочка начинает светиться. Свечение лампочки продолжается до тех пор, пока вращается рамка.

Один полный оборот рамки внутри магнитного поля приводит к тому, что возникающая ЭДС, дважды меняет свое направление, причем ее величина дважды увеличивается до максимального значения (проводники проходили под полюсами магнитов) и дважды была равна нулю (проводники двигались вдоль силовых линий магнитного поля).

Такое изменение ЭДС в процессе непрерывного вращения рамки вызывает в замкнутой электрической цепи постоянно изменяющийся по направлению и величине синусоидальный электрический ток, который в настоящее время называют переменным.

В общем виде, такие устройства представляют собой достаточно сложное изделие, состоящее из медной проволоки, и большого количества изоляционных и конструктивных материалов.

Расчет трехфазной электрической цепи, соединенной звездой

При расчетах трехфазных цепей определяются значения линейных и фазных токов, при условии того, что известны сопротивления фаз приемников энергии и напряжения источников энергии. Рассмотрим трехфазную цепь, соединенную звездой, которая изображена на рисунке ниже.

Рисунок 3. Трехфазная цепь, соединенная звездой. Пример соединения трехфазной цепи

Выше представленная трехфазная электрическая сеть является несимметричной четырехпроводной, у которой напряжения на фазах приёмника энергии равны фазным напряжениям источника. В данном случае ток в каждой фазе может быть найден по закону Ома:

Рисунок 4. Формула. Пример соединения трехфазной цепи

Затем должна быть рассмотрена векторная диаграмма цепи. На векторной диаграмме должны быть отражены фазные и линейные напряжения, построены несимметричные фазные токи, а также показан ток в нейтральном проводнике (In). Электрический ток нейтрального провода является суммой векторов фазных токов. Векторная диаграмма рассматриваемой цепи изображена на рисунке ниже.

Рисунок 5. Векторная диаграмма. Пример соединения трехфазной цепи

Таким образом теперь нагрузка имеет активно-индуктивный характер и симметрична. Строим векторную диаграмму рассматриваемой цепи с учетом того, что электрический ток отстает от напряжения на угол ф.

Рисунок 6. Векторная диаграмма. Пример соединения трехфазной цепи

Электрический ток в нейтральном проводе равен нулю, поэтому становится ясно, что соединении звездой симметричного приемника энергии нейтральный провод не оказывает никакого влияния и может быть убран.

Когда нейтральный проводник имеет значительную длину, то он оказывает заметное сопротивление прохождению электрического тока, что становится причиной несимметричной нагрузки в цепи. Несимметричная нагрузка приводит к не симметрии фазных напряжений и смещению нейтральной точки дальше от центра треугольника векторной диаграммы. В данном случае нейтральный провод необходим для выравнивания фазных напряжений приемника электрической энергии в условиях его несимметричности или в случае подключения к каждой фазе однофазных приемников, которые рассчитаны только на фазное напряжение, а не линейное. Поэтому в цепь нейтрали нельзя устанавливать предохранители, так как в случае ее разрыва на фазных нагрузках появляется тенденция для образования опасных перенапряжений.

Нюансы ручной цветовой разметки

Цветовая маркировка проводов с помощью кембрика

Ручная разметка применяется в момент использования проводов одинакового цвета в домах старой застройки. Перед началом работ составляется схема с цветовыми значениями проводников. В процессе укладки помечать токоведущие жилы можно:

• стандартными кембриками;
• кембриками с термоусадкой;
• изоляционной лентой.

Правила допускают использование специальных наборов для маркировки. Точки установки маркеров для обозначения нуля и фазы указаны в ПУЭ и ГОСТе. Это концы провода и места его присоединения к шине.

Специфика разметки двухжильного провода

Термоусадочная трубка для проводов

Если подключение кабеля к сети уже сделано, можно использовать индикаторную отвертку. Сложность использования инструмента заключается в невозможности определения нескольких фаз. Их понадобится прозванивать мультиметром. Для предотвращения путаницы можно пометить электрический проводник цветом:

• выбрать трубки с термоусадкой или изоленты для обозначения нуля и фазы;
• работать с проводниками не по всей длине, а только на местах соединений и стыков.

Количество цветов определяется схемой. Главное при ее создании – не запутаться, не использовать желтые, зеленые или синие маркеры для фазы. Ее допускается размечать красным или оранжевым цветом.

Разметка трехжильного провода

При помощи мультиметра можно определить расположение фазы, ноля, и заземления

Для поиска фазы, заземления и нуля в трехжильном проводе целесообразно применять мультиметр. Его ставят на режим переменного напряжения и аккуратно щупами касаются фазы, потом – оставшихся жил. Показатели тестера следует записать и сравнить. В комбинации «фаза-земля» напряжение будет меньшим, чем в комбинации «фаза-ноль».

После уточнения линий можно делать маркировку. Понять, фаза – L или N, поможет соответствующая расцветка. У нуля она будет голубой или синей, у плюса – любой другой.

Порядок разметки пятипроводной системы

Электропроводка с трехфазной сети выполняется только пятижильным кабелем. Три проводника будут фазным, один – нейтральным, один – защитным заземлением. Цветовая маркировка применяется согласно нормативным требованиям. Для защиты используется желто-зеленая оплетка, для нуля – синяя или голубая, для фазы – из перечня разрешенных оттенков.

Как маркировать совмещенные провода

Для упрощения процесса монтажа проводки используются кабели с двумя или четырьмя жилами. Линия защиты тут соединяется с нейтралью. Буквенный индекс провода – PEN, где PE обозначает заземляющий, а N – нулевой проводник.

Согласно ГОСТу, используется особая цветовая маркировка. По длине совмещенный кабель будет желто-зеленым, а кончики и точки соединения – синими.

Трехфазная система переменного тока

Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током.

Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях – это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три генератора переменного тока. Электродвижущие силы, индуцированные в них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.

Недостатки переменного тока

Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Вывод

Оба варианта электросети являются безопасными только при соблюдении всех необходимых требований при установке.

Как правило, в частном секторе пользователь может выбрать, какой тип электросети ему более приемлем. Но есть основной определяющий фактор – максимально разрешенная мощность, которая указывается в технических условиях на подключение дома к электросети. Например, если в СНТ есть ограничение на 5 кВт мощности (от самого СНТ или питающих сетей), то оно регламентировано исключительно на одну фазу. Как правило, это делается, чтобы было проще все дома СНТ разделить на 3 фазы (например, при 300 участках каждая фаза распределяется на 100 домов), точно зная, что ни один из этих домов не сможет потреблять более 5 кВт и перегружать какую-либо из фаз, вызывая перекос.

Трехфазная сеть позволить получить три фазы, но уже с каждой по 5 кВт, что втрое увеличит возможности (суммарно 15 кВт), и, опять же, каждая фаза остается ограниченной потреблением не более 5 кВт, что не позволит конкретному дому вызывать перекос.

Учитывая все положительные и отрицательные стороны трехфазной сети, её установка в доме необходима лишь в случаях, если планируется подключение:

• большого количества однофазных потребителей;
• мощных трехфазных нагрузок (например, отопительного оборудования или варочной панели);
• трехфазных электроинструментов (например, для организации в доме мастерской).

Если говорить об электрозащите, то как для трехфазной, так и однофазной сети многие пользователи устанавливают стабилизаторы напряжения, которые защищают нагрузку от нестабильного сетевого напряжения. Особенно это актуально для частных домов, коттеджей и дач, где часто встречается некачественное сетевое напряжение. Стабилизатор напряжения становится таким же неотъемлемым элементом электросистемы дома, как вводной автомат, УЗО или электросчетчик.

Заключение

Если в проводнике создать электрическое поле и не поддерживать это поле, то перемещение носителей тока приведет к тому, что поле внутри проводника исчезнет, и ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток в цепи достаточно долго, необходимо осуществить движение зарядов по замкнутой траектории, то есть сделать линии постоянного тока замкнутыми. Следовательно, в замкнутой цепи должны быть участки, на которых носители заряда будут двигаться против сил электростатического поля, то есть от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом. Это возможно лишь при наличии неэлектрических сил, называемых сторонними силами. Сторонними силами являются силы любой природы, кроме кулоновских.

Дополнительную информацию о предмете статьи можно узнать из файла «Электродвижущая сила в цепях электрического тока». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение хочу выразить благодарность источникам, откуда почерпнут материал для подготовки статьи:

www.booksite.ru

www.scsiexplorer.com.ua

www.samelectrik.ru

www.electricalschool.info

www.sxemotehnika.ru

www.zaochnik.ru

www.ido.tsu.ru

Мне нравится1Не нравится2

Предыдущая
ТеорияЧто такое термопара: об устройстве простыми словами
Следующая
ТеорияЧто такое заземление простыми словами