Трехфазная система переменного тока

Пример. Полная мощность установки S = 800 ва. Ваттметр, измеряющий активную часть мощности, показывает что она равна 720 вт. Определить коэффициент мощности.  

Р е ш е н  и  е. Коэффициент мощности

Это значит, что 90% полной мощности расходуется в виде активной мощности на полезную работу, а 10% обусловлены наличием реактивной бесполезной мощ­ности.

В цепи переменного тока с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе и угол сдвига фаз равен нулю. Так как cos =1, то активная мощность для такой цепи Р=IU, т. е, равна полной мощности. В данном случае вся мощность генератора исполь­зуется для полезной работы.

Угол сдвига фаз между током и напряжением зависит от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в цепь.

Увеличение активного сопротивления приводит к уменьшению угла сдвига фаз, а следовательно, к возрастанию косинуса этого угля и к увеличению коэффициента  мощности.  Индуктивная  нагрузка, подключенная в цепь, наоборот, увеличивает угол сдвига фаз и тем самым понижает коэффициент мощности.

Причиной низкого коэффициента мощности может быть работал электродвигателей станков или машин вхолостую; недогрузка стан­ка, связанная с тем, что на станке большой мощности обрабаты­ваются мелкие детали; неправильный выбор мощности двигателя, устанавливаемого на станке; низкое качество ремонта двигателя; плохая смазка и т. д. При нормальной нагрузке двигателя его коэф­фициент мощности составляет 0,83—0,85. При холостом ходе двига­теля его коэффициент мощности понижается и составляет 0,1—0,3.

Это значит, что активная мощность мала. Для повышения коэффи­циента мощности параллельно к индуктивной нагрузке предприятия подключают конденсаторы. Емкостное сопротивление этих конден­саторов подбирают с таким расчетом, чтобы оно было примерно равно индуктивному. При этом емкостный ток будет также пример­ло равен индуктивному току. В этом случае угол сдвига фаз между током и напряжением уменьшается, коэффициент мощности возрас­тает до 0,85—0,9.

Установлено, что повышение коэффициента мощности в энерго­системах нашей страны только на 0,01 может дать ежегодно эконо­мию более 500 млн. квтч электрической энергии.

Таким образом, повышение коэффициента мощности и эконом­ное расходование электрической энергии — важное государствен­ное дело.

Пример. Произвести расчет электрической цепи переменного тока, в которую включена катушка, обладающая индуктивным сопротивлением ХL,=30 ом и активным сопротивлением r=40 ом. Напряжение на зажимах катушки 120 а. Определить:

1)  полное сопротивление цепи;

2)  силу тока в катушке;

3)  коэффициент мощности;

4)  угол сдвига фаз между током и напряжением (по таблице тригономет­рических функций);

5)  полную, активную и реактивную мощности.

Решение 1. Полное сопротивление цепи

2. Сила тока в цепи

Коэффициент мощности

Если cos =0,8, то угол сдвига фаз =36°.

4. Полная мощность S=IU=24×120=288 ва.

5. Активная мощность Р=IU cos =2,4x120x0,8=230,4 вт.

6. Реактивная мощность P=IU sin .

Так как синус угла =36°,  примерно 0,6, то  Q=2,4x120x0,6=172,8 вар.

Контрольные вопросы

Что называется переменным током? Что называется периодом переменного тока? В каких единицах измеряется частота переменного тока? В какой цепи переменного тока ток и  напряжение совпадают  по фазе? От каких величин зависит индуктивное сопротивление катушки? По  какой  формуле  можно  вычислить  сопротивление  цепи  переменного тока, содержащей активное и индуктивное сопротивления? От каких величин зависит полная мощность генератора переменного тока? Что называется коэффициентом мощности?

ГЛАВА  V

ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

§ 61. ТРЕХФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Выше были рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин. Так, например, при одинаковых габаритах, весах активных материалов (стали и меди)! и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для передачи электроэнергии по проводам на большие расстояния с меньшими потерями энергии используют трехфазные системы переменного тока.

Трехфазной системой переменного тока или просто трехфазной системой назы­вается цепь или сеть переменного тока, в которой действуют три э. д. с. одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на одну треть периода.

Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему, назы­ваются фазами.

Если э. д. с. во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду, то такая трехфазная система называется симметрич­ной.

Впервые в мире передача трехфазного тока была осуществлена русским ученым М. О.  Доливо-Добровольским  в  1891  г.

На рис. 63 показана схема простей­шего двухполюсного трехфазного генератора. В пазах статора (неподвижная часть машины) расположены

три катушки А — X, В — Y и С — Z, сдвинутые в пространстве на 1/3 окружности (120°). Внутри статора помещается ротор (вра­щающаяся часть машины), представляющий собою двухполюс­ный электромагнит, питаемый постоянным током, возбуждаю­щим магнитное поле. Ротор приводится во вращение каким-либо двигателем. Магнитные линии, вращаясь вместе с ротором, пересе­кают проводники катушек, заложенных в пазах статора, и индуктируют в этих катушках э. д. с, изменяющиеся синусоидально. Одна­ко синусоиды э. д. с. фаз А, В и С будут сдвинуты одна по отноше­нию к другой на 1/3 периода (рис. 64).

Пусть положительный максимум э. д.с. Еm в катушке А — X на­ступает в момент, когда сторона А окажется против центра север­ного полюса, а сторона X — против центра южного полюса. Поло­жительный максимум э. д. с. Еm в катушке В — Y наступит в тот мо­мент, когда центр северного полюса окажется под проводником В,

а центр южного полюса — под проводником Y. Для этого ротор дол­жен повернуться на 1/3 окружности (120°), что соответствует про­межутку времени, равному 1/3 периода. Положительный максимум э. д. с. Еm в катушке С — Z наступит через 1/3 периода после такого же максимума в катушке В — Y, что соответствует дальнейшему повороту ротора на 1/3 окружности.

При нагрузке генератора на зажимах катушки А—X, В — Y и С — Z устанавливаются напряжения, называемые фазными. При от­сутствии нагрузки (при холостом ходе) фазные напряжения равны э. д. с, индуктируемым в фазах обмотки статора.

§ 62. СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА

На рис. 65 показана схема генератора, у которого имеются три независимые однофазные цепи. Э. д.с. в этих цепях одинаковы, имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на 1/3 периода. К каждой паре зажимов обмотки статора генератора можно под­ключить провода, подводящие ток к нагрузке. Эти три фазы выгод­нее объединить в одну общую трехфазную систему. Для этого об­мотки генератора соединяют между собой звездой или треуголь­ником.

При соединении обмоток генератора звездой (рис. 66) концы всех трех фаз X, Y и Z (или начала A, В и С) соединяются между собой, а от начала (или концов) выводятся провода, отводящие  энергию в сеть. Полученные таким образом три провода называются линейными, а напряжение между любыми двумя линейными проводами — линейными напряжениями Uл. От общей точки соединений концов (или начал) трех фаз (от нулевой точки звезды) может

быть отведен четвертый провод, называемый нулевым. Напряжение между любым из трех линейных проводов и нулевым проводом рав­но напряжению между началом и концом одной фазы, т. е. фазному напряжению Uф.

Обычно все фазы обмотки генератора выполняют одинаковыми так, что действующие значения э. д. с. в фазах равны, т. е. ЕA= ЕB=ЕC. Если в цепь каждой фазы генератора включить нагрузку,