§ 3.5. ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
Трехфазный ток получил широкое распространение во всем мире. Он обеспечивает более выгодные усло-вия передачи электроэнергии по проводам и позволяет создать простые по устройству, надежные и удобные в работе электродвигатели.
Основополож-ником техники трехфазного тока является русский физик и электротехник М. О. Доливо-Добро- вольский.Трехфазным током называется система трех гармонических токов одинаковых частот и амплитуд, сдвинутых по фазе на 1/3 периода (ф = 120°, или 2к/3).
Генератор трехфазного тока
Трехфазную систему токов принципиально можно полу-чить от трех одинаковых генераторов переменного однофазного тока. Одинаковые роторы у этих генераторов насажены жестко на общий вал (рис. 3.12). Статорные обмотки генераторов повернуты друг относительно друга на 120° в сторону вращения роторов (см. рис. 3.12).
При равномерном вращении роторов в статорных обмотках каждого генератора индуцируется гармоническая ЭДС (см. § 3.2). Частоты и амплитуды всех трех ЭДС совпадают. Коле-бания ЭДС второго генератора запаздывают по фазе относительно колебаний ЭДС первого генератора на 2тс/3 (120°), а колебания ЭДС третьего генератора запаздывают относительно колебаний ЭДС второго генератора тоже на 2гс/3 (120°) или относительно колебаний ЭДС первого генератора на 4тс/3 (240°). Объясняется это тем, что в процессе вращения роторы пересе-кают плоскости статорных обмоток второго и третьего генераторов с запаздыванием соответственно на1/3и2/3 периода по сравнению с моментом прохождения ротора через плоскость статорной обмотки первого генератора.
Один из выводов обмотки генератора называют ее началом, а другой — концом. Какой вывод считать началом, а какой — концом, зависит от выбора положительного направления обхо-
Рис. 3.12
да контура статорной обмотки. Этот выбор, хотя и является произволь-ным, должен быть одинаковым для всех генераторов.
Примем, напри-мер, за положительное направление обхода статорной обмотки первого генератора направление по часовой стрелке, если смотреть на эту обмотку со стороны выхода из плоскости обмотки северного полюса индукто-ра (ротора). Тогда началом обмотки 12о° является клемма А, а ее концом — клемма X. Так же определяются начала (Б и С) и концы (У и Z) статорних обмоток второго и третьего генераторов (см. рис. 3.12).Но получение трехфазного тока при помощи трех генераторов оказывается технически сложным и эконо-мически невыгодным. Гораздо про-ще все три статорные обмотки сов-местить в одном корпусе (рис. 3.13) и вместо трех роторов применить рис здз
один. Такой генератор называется генератором трехфазного тока.
Таким образом, статор генератора трехфазного тока имеет три уложенные в пазах статора независимые обмотки, сдвинутые в пространстве одна относительно другой на 1/3 окружности статора. Каждая статорная обмотка называется фазой генератора.
Ротор генератора трехфазного тока конструктивно ничем не отличается от ротора генератора однофазного тока.
При вращении ротора во всех обмотках статора индуцируются одинаковые по частоте и амплитуде ЭДС, но сдвинутые по фазе на 2л/3. Приняв за начало отсчета времени момент, в который ЭДС первой фазы еА имеет нулевое значение (рис. 3.14), можно записать:
eA=^msinco t. (3.5.1)? Электродвижущая сила второй фазы генератора, отстающая от ЭДС первой фазы на 2л/3, равна:
2Ю
(3.5.2)
sin
in (cof - у)- ЭДС третьей фазы, отстающая от ЭДС второй фазы на 2л/3 и от ЭДС первой фазы на 4л/3, записывается так:
ес = sin (cof - f) = Sin (cot + f). (3.5.3)
Рис. 3.14
На рисунке 3.14 представлены графики ЭДС, индуцируемых в об-мотках генератора трехфазного тока. Каждая из обмоток трехфазного генератора может быть самостоятельным источником тока и питать свою цепь. В этом случае получается несвязанная трехфазная система, требующая для передачи энергии шесть проводов. На практике такие системы не применяются. С целью уменьшения числа проводов, идущих во внешнюю цепь, обмотки трехфазного генератора соединяются между собой, образуя электрически связанную трехфазную систему. Можно так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы вместо шести проводов обойтись четырьмя или даже тремя проводами. Это значительно экономит материал, идущий на изготовление проводов.