§ 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

Три взаимно связанные электрические цепи с ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе одна относительно другой на 1/3 периода (на 120°) называют трехфазной системой переменного тока.

Для выяснения принципа создания трехфазной системы представим себе трехфазный генератор как машину с тремя совершенно одинаковыми изолированными друг от друга катушками (обмотками) на статоре, в центре которого вращается электромагнит (рис. 1-32). Пусть при этом форма магнита такова, что магнитный поток, пронизывающий каждую катушку, изменяется по косинусоидальному закону. Тогда по закону электромагнитной индукции в катушках будут индуцироваться синусоидальные ЭДС равной амплитуды и частоты, но отличные друг от друга по фазе на 120°:

Эти три ЭДС можно изобразить на временной (рис. 1-33, а) и на

Рис. 1-32

векторной (рис. 1-33, б) диаграммах.

Простоты ради будем считать, что все три линии генератора нагружены одинаковыми активными сопротивлениями (см. рис. 1-32). Тогда токи будут совпадать по фазе с соответствующими ЭДС:

Для выяснения процессов, происходящих в рассматриваемой системе, условимся о направлении токов: за положительные направления токов примем направления от генератора к нагрузке в проводах, отходящих от трех, например, концов (или трех начал) обмоток генератора. Тогда очевидно, что такая система электрических цепей позволяет уменьшить число соединительных проводов. Действительно, соединив, например, три обратных провода в один, получим четыре провода вместо шести (рис. 1-34). В результате такого соединения получим один провод 00 вместо трех, в котором, очевидно, установится ток, равный сумме трех токов.

Для того чтобы судить о значении тока в проводе 00, найдем его мгновенное значение, сложив мгновенные значения токов :

т. е. суммарный ток в проводе равен нулю.

Это же суммирование можно произвести и с помощью векторов так, как это показано на рисунке 1-35. Здесь также

Рис. 1-33

Рис. 1-34

Рис. 1-35

В этом же убеждает простой опыт (рис. 1-36), в котором при замкнутом ключе амперметр не показывает тока, а при разомкнутом — лампы не изменяют своего накала.

Провод (см. рис. 1-34) получил название нулевого (нейтрального) провода или нейтрали, а остальные три провода — линейных, часто условно называемых также фазами.

На первый взгляд может показаться, что поскольку в нулевом проводе ток равен нулю, то этот провод можно совсем убрать, оставив только три линейных провода. Однако это не всегда возможно. Для выяснения роли нулевого провода можно заменить, например, лампу (см. рис. 1-36) другой лампой меньшей мощности. При этом окажется, что без нулевого провода лампа горит с перекалом, а две другие — с недокалом. Если же нулевой провод включить, то лампы будут светиться нормальным для каждой из них накалом, но зато в нулевом проводе появится некоторый ток . Это легко подтверждают и геометрические построения (рис. 1-37). Следовательно, нулевой провод не нужен в цепях с симметричными нагрузками (с нагрузками равных сопротивлений и вызывающими одинаковый сдвиг по фазе между током и напряжениями). К таким нагрузкам относятся трехфазные двигатели, электрические печи и т. д. Эти линии называют трехпроводными.

Однако наличие нулевого провода обеспечивает постоянство напряжений на элементах несимметричной трехфазной нагрузки.

Рис. 1-36

Рис. 1-37

Рис. 1-38

Ток в нулевом проводе всегда меньше алгебраической суммы токов в фазах и равен их геометрической сумме.

Трехфаэные линии с нулевыми проводами (четырехпроводные линии) получили широкое распространение.

Рассмотренный случай соединения обмоток трехфазного генератора и нагрузок получил название соединения звездой. Рассмотрим его подробнее.