Электрические машины и аппараты

Схема соединения звездой и треугольником. Соотношение токов и напряжений.

Трехфазный переменный электрический ток. Получение трехфазного тока.

Трехфазный ток обладает следующими преимуществами перед однофазным током:
1) При передаче одной и той же мощности трехфазным током требуется меньшее сечение проводов.
2) С помощью неподвижных катушек он способен создавать вращающееся магнитное поле, используемое в электродвигателях и приборах переменного тока. Трехфазная система состоит из трех электрических цепей, ЭДС источников энергии в которых имеют одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе друг относительно друга на 1/3 периода 120⁰. Если ЭДС во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду, то такая система называется симметричной. Такая система ЭДС получается с помощью трехфазного генератора, в котором имеются три самостоятельные обмотки, сдвинутые на 120⁰ градусов друг от друга.

В реальных генераторах обмотка переменного тока неподвижна (расположена на статоре), а магнитные полюса вращаются (расположены на роторе). Такая конструкция генератора лучше, а принцип работы его не меняется. Если число витков в обмотках одинаково, то при вращении ротора во всех обмотках наводится ЭДС одинаковой величины. Начальные фазы этих ЭДС (ЕА, ЕВ, ЕС), сдвинуты относительно друг друга на 120⁰ градусов в соответствии с пространственным расположением обмоток

Суть устройства трехфазного тока в том, что три однофазных системы связали в одну - трехфазную. По трем проводам подаётся ток с небольшим запозданием друг от друга. Эти три провода всегда называют ''А'', ''В'' и ''С''.

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток (X,Y,Z) были замкнуты в одну общую точку. А начало обмоток (А, В, С) подключить к линейным проводам, то такое соединение называется «звезда». Точки, в которых соединены концы фазных обмоток, называются нулевыми точками, обе точки соединены проводом, который называется нулевым или нейтральным проводом. Остальные три провода называются линейными проводами. Эта система называется четырех проводной системой трехфазного тока. Напряжения, измеренные между началами фаз и нулевой точкой или нулевым проводом, называются фазными напряжениями и обозначаются Uа, Uв, Uс или U_F. Напряжения, измеренные между началами фаз А и В, В и С, А и С, называются линейными напряжениями и обозначаются Uав, Uвс, Uас или U_L.

Соотношения напряжений между линейными и фазными напряжениями и токами таковы:

При соединении обмоток генератора или потребителя треугольником, начало или конец каждой фазы соединяются с началом или концом обмотки другой фазы. Ток течет следующим образом. По фазе «А» на нагрузку и от неё возвращается по фазе «В», из фазы «В» в фазу «С», а из фазы «С» в «А».

При соединении треугольником линейное напряжение равно фазному, линейный ток в больше фазного.

При включении в трехфазную сеть однофазных нагрузок необходимо следить за равномерностью подключения. В противном случае выйдет, что один провод будет перегружен, а два других при этом останутся без нагрузки. Все трехфазные электрические машины имеют по три пары полюсов и ориентируют направление вращения подключением фаз. При этом для изменения направления вращения (электрики говорят – РЕВЕРСа) достаточно поменять местами только две фазы, любые. Аналогично и с генераторами.

Общие определения электрических машин. Электрические машины преобразуют энергию одного вида в энергию другого вида. Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателями. Электрическая машина может изменять направление преобразования энергии - это свойство называется обратимостью машины. Электрическая машина может служить также для преобразования (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока) - это преобразователи. Электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока, последние могут быть как однофазные, так и многофазные. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины, а ротором ее вращающаяся часть.

Сердечник статора набирается из стальных пластин, толщиной 0,5 мм. Пластины штампуют, делая в них пазы, и изолируют друг от друга лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины собирают в отдельные пакеты и крепят к станине двигателя. К станине также крепят боковые щиты с подшипниками, на которые опирается вал ротора. В продольных пазах статора укладывают проводники его обмотки. На щитке машины имеется 6 зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для включения обмоток статора в сеть, треугольником, на щитке машины верхние зажимы соединяют перемычками с нижними, а каждую пару соединенных вместе зажимов к линейным проводам сети. Для включения в сеть «звездой» три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам сети. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин, толщиной 0,5 мм, изолированных лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины, образуя цилиндр с продольными пазами. В пазах укладывают проводники обмотки ротора.

Действие всякой многофазной машины основано на использовании вращающегося магнитного поля. Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле.

Асинхронный двигатель развивает вращающий момент только при асинхронной скорости. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники ротора и индуктирует в них ЭДС. Если обмотка ротора замкнута накоротко, то по ней под действием индуктируемой ЭДС протекает ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создается вращающий момент, под действием которого ротор начнет вращаться. Для реверсирования двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это осуществляется путем изменения мест зажимов сети. Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S. Скольжение - это отношение числа оборотов магнитного поля статора относительно вращающегося ротора к числу оборотов поля статора. Скольжение характеризует отставание вращения ротора от вращения магнитного поля статора.