7.2. РАЗМЕТКА КОНЦОВ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

Выбор направления тока. Рассмотрим следующую простую задачу. Две постоянные ЭДС соединены последовательно и навстречу друг другу, и требуется определить напряжение на свободных концах (рис. 7.2,а).

Рис. 7.2. Сложение двух ЭДС: а — цепь из двух генераторов и резистора R. Электродвижущие силы генераторов направлены навстречу; б — два одинаковых витка вращаются в магнитном поле. Если размечены выводы одного витка (начало), К, (конец), то начало и конец второго витка могут быть обозначены единственным указанным на рисунке способом

Ответ дать нетрудно: искомое напряжение равно алгебраической сумме обеих ЭДС, а так как они соединены навстречу, то одну из них надо считать положительной и другую — отрицательной, т. е. взять их разность. Однако разность может быть записана и как и как и не ясно, как надо сделать выбор.

Ответ дает рис. 7.2, а. Электродвижущая сила стремится посылать ток влево, т. е. в том же направлении, что Ей а ЭДС стремится посылать ток в том же направлении, что т. е. вправо. Поэтому прежде всего надо условиться о том, какое из направлений мы считаем положительным, и тогда знаки слагаемых ЭДС получатся сами собой.

Сложение ЭДС двух витков. Еще одна задача того же самого типа. Два одинаковых витка вращаются в однородном магнитном поле с одинаковой скоростью. Витки расположены так близко друг к другу (рис. 7.2, б), что сцепленные с ними магнитные потоки можно считать одинаковыми. Требуется определить напряжение, получающееся на свободных выводах этих витков, после того как они будут соединены последовательно.

Прежде всего надо разметить концы, витков. Для одного витка эта операция выполняется совершенно произвольно. Оба вывода вполне равноправны, и обозначения Н (начало) и К (конец) являются условными.

Но разметка выводов второго витка должна производиться с учетом уже выбранных обозначений. Витки расположены одинаково, и можно говорить о соответствии выводов. Показанные на чертеже обозначения начала и конца являются единственно возможными.

Последовательное соединение витков может быть выполнено двумя способами, а именно:

На первом и последнем местах даны обозначения тех выводов, которые остаются свободными. На втором и третьем местах указаны выводы, соединенные друг с другом.

В первом случае напряжение на свободных выводах будет равно сумме ЭДС обоих витков, т. е. удвоенному значению ЭДС одного витка. Так как ЭДС каждого витка изменяется по синусоиде, то удвоенное значение этой ЭДС изобразится синусоидой с той же частотой, с той же начальной фазой, но с двойной амплитудой. Для доказательства достаточно сопоставить направление обхода с направлением магнитных линий. Для момента времени, соответствующего положению витков на чертеже, обход по пути связан с направлением магнитного потока правилом штопора. Это равносильно тому, что потоки, сцепленные с обоими витками, складываются. Такое соединение называется иногда согласным.

Иначе обстоит дело при соединении витков по схеме При обходе по этому пути мы не будем охватывать магнитного потока. Если считать магнитный поток, сцепленный с первым витком, положительным, то второй виток будет сцеплен с отрицательным потоком той же величины. Полный магнитный поток в любой момент времени равен нулю. Нулю равна и наводимая в обоих витках ЭДС. Такое соединение называют встречным.

Таким образом, при соединении разноименных выводов витков или катушек мы будем получать на свободных выводах сумму ЭДС отдельных витков, а при соединении одноименных концов — разность их ЭДС.

Сложение ЭДС в трехфазном генераторе. Теперь мы подготовлены к решению более сложной задачи. Надо нам определить то напряжение, которое получится на свободных выводах какой-нибудь пары витков, показанных на рис. 7.1, при их последовательном соединении.

Разметим выводы первого витка, обозначив их

Выбор этих обозначений, как мы уже знаем, вполне произволен.

Теперь надо решить трудный вопрос о разметке выводов второго витка. Трудность здесь в том, что витки повернуты относительно друг друга на 120°. Для того чтобы совместить витки, можно повернуть второй виток на 60° в направлении, противоположном их вращению в магнитном поле, или жена 120° в направлении вращения. В зависимости от того, какой способ совмещения выберем, мы и должны дать названия концам второго витка.

Рассуждаем так. Изменение обозначения выводов, т. е. переименование «конца» в «начало» и наоборот, равносильно изменению знака у ЭДС. Если ЭДС, действующая от начала к концу, изображается синусоидой то от конца к началу действует ЭДС равная предыдущей по величине и противоположная ей по знаку. Синусоиды имеют одинаковые амплитуды, одинаковую частоту, но их начальные фазы отличаются друг от друга на 180°.

Если вывод мы назовем началом, то ЭДС второго витка будет опережать ЭДС первого на 60°. Если же началом будет назван вывод то ЭДС второго витка будет отставать от ЭДС первого на 120°. Ясно, что одно решение отличается от другого изменением начальной фазы на 180°, т. е. изменением знака, и результат в обоих случаях будет одинаковый.

Останавливаемся на втором решении, т. е. называем вывод началом. В этом случае угловые расстояния между началами всех трех витков будут одинаковыми и равными одной трети окружности ротора, т. е. 120°. Начальные фазы ЭДС обмоток отличаются друг от друга на одну треть периода, т. е. опять на 120°.

Фазы генератора. Генераторные обмотки трехфазной системы принято кратко называть фазами. Таким образом, в электротехнике слово «фаза» применяется в двух различных смыслах как понятие, характеризующее стадию периодического процесса, и как наименование составной части трехфазной машины или линии передачи. Не следует этого забывать.

Фазы трехфазной системы обозначаются цифрами 1, 2, 3 или латинскими буквами: А, В, С. Мы будем использовать второй способ обозначения. Таким образом, будем иметь три ЭДС: