Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
проводу из каждой цепи. В результате получается соединение генератора с потребителем с помощью четырех, а не шести проводов, называемое соединением звездой (рис. 15.3). Если же объединять по одному проводу из каждой цепи на рис. 15.2 попарно, то в результате получается схема соединения генератора с потребителем тремя проводами, называемая соединением треугольником (рис. 15.4).
Рис. 15.3. Соединение генератора с потребителями- звездой.
7
Рис. 15.4. Соединение генератора с потребителями треугольником.
В цепях трехфазного тока напряжения между концами каждой обмотки генератора называются фазными напряжениями, а токи в этих обмотках — фазными токами. Так же называют напряжения и токи в нагрузочных сопротивлениях. Напряжения между проводами 1, 2, 3 на рис. 15.3 и д:ежду любой парой проводов на рис. 15.4 называются линейными напряжениями, а токи в этих проводах — линейными токами. Легко видеть, что при соединении звездой фазные токи совпадают с линейными токами, а фазные и линейные напряжения различаются. При соединении треугольником, наоборот, совпадают фазные и линейные напряжения, а различаются фазные и линейные токи.
г
§ IS. ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
301
Рассмотрим подробнее соединение звездой. Построим векторные диаграммы токов и напряжений. Предположим, что генератор разомкнут. Тогда фазные напряжения совпадают с соответствующими э. д. с., и поскольку последние сдвинуты по фазе на 120° и 240°, то диаграмма фазных напряжений Ut, U2 и Us имеет вид, показанный на рис. 15.5. Как видно из рис. 15.3, мгновенное значение линейного напряжения между, например, проводами / и 2 равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. Поэтому вектор Ui2, изображающий это напряжение, равен разности векторов и U2, изображающих фазные напряжения в первой и второй обмотках (рис. 15.5). Разумеется, вектор Ui2 можно перенести параллельно самому
себе так, чтобы его начало совпало с общим центром вращения векторов. Из рисунка сразу видно, что амплитуда ли-
ше амплитуды фазного. То же самое относится и к действующим значениям этих напряжений. Если, например, фазное напряжение в сети 220 В, то линейное напряжение в этой же сети 380 В.
Так же просто строится векторная диаграмма токов. При одинаковых нагрузках амплитуды токов в проводах 1,2,3 равны, а токи Iit /2, /3 сдвинуты по фазе на 120° и 240° (рис. 15.6). В нулевом проводе в любой момент ток равен сумме токов It, /2 и /3 и при симметричной нагрузке, как видно из рис. 15.6, обращается в нуль. В этом случае Нулевой провод можно убрать, не изменяя токов в цепи. Если нагрузка несимметрична, то длины векторов, изображающих токи It, 12 и /3, будут неодинаковы. Теперь в нулевом
Рис. 15.5. Векторная диаграмма фазных напряжений при соединении звездой.
нейного напряжения при соединении звездой в КЗ раз боль-
302
ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
проводе, будет ток /, амплитуду и фазу которого легко найти с помощью векторной диаграммы, построение которой ясно из рис. 15.7.
Совершенно аналогично может быть построена векторная диаграмма фазных токов в соединении треугольником. При симметричной нагрузке с помощью векторной диаграммы можно убедиться, что амплитуды линейных токов будут в 1^3 раз больше, чем амплитуды фазных токов.
Все приведенные выше результаты можно получить и аналитически, не используя векторных диаграмм. Для этого нужно воспользоваться формулами (15.1) и соответствующими формулами для токов.
В рассмотренных нами схемах и обмотки генератора, и нагрузки соединены одинаково — либо звездой, либо треугольником. Разумеется, можно употреблять и комбинированные схемы, соединяя обмотки генератора звездой, а
Рис. 15.7. Векторная диаграмма токов при несимметричной нагрузке (а) и нахождение вектора I для тока в нулевом проводе (б).
нагрузки — треугольником или наоборот. В технике используются различные типы соединений в цепях трехфазного тока, но во всех случаях предпочтительной является симметричная нагрузка фаз, при которой потери будут наименьшими.
Преимущество использования трехфазного тока в технике по сравнению с однофазным заключается в экономии числа проводов и идущего на их изготовление материала. Но самоц замечательной особенностью трехфазного тока является то, что он позволяет очень просто создать вращающееся магнитное поле. А с помощью такого поля можно создать простые по конструкции электродвигатели, принцип работы которых заключается в следующем.
§ 15. ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
303
Будем вращать подковообразный постоянный магнит так, как показано на рис. 15.8. Вместе с магнитом будет вращаться и создаваемое им магнитное поле. Если в такое поле поместить магнитную стрелку, то она, стремясь установиться вдоль линий индукции магнитного поля, придет во вращение в ту же сторону, в которую вращается поле. Так же будет вести себя и замкнутый виток провода (рис, 15.8).
Вследствие изменения пронизывающего виток магнитного потока при вращении магнитного поля в витке возникает э. д. с. индукции и индукционный ток. На этот ток со стороны магнитного поля будет действовать сила Ампера. По правилу Ленца индукционный ток в витке направлен так, что взаимодействие этого тока с магнитным полем стремится уменьшить изменение магнитного потока вследствие вращения магнитного поля. Поэтому рамка будет вращаться вслед за магнитным полем. В этом, разумеется, можно убедиться и иначе, если с помощью правила правой руки определить направление индукционного тока в рамке, а затем с помощью правила левой руки определить направление сил Ампера, действующих на отдельные стороны рамки.
