ТРЕХФАЗНЫЙ TOK

8- 1. ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА

Трехфазный ток — русское изобретение. Одним из заме­чательнейших изобретений в области электротехники яв­ляется открытие в 1891 г. трехфазного тока. В этом году русский инженер М. О. Доливо-Добровольский впервые осуществил передачу энергии трехфазны. м током на рас — 27S

михаил осипович доливо- добровольский (1862—1919гг.).Стояние 175 Км. Передавае­мая мощность составляла более 220 Кет. Современные линии передачи простирают­ся на сотни и тысячи кило­метров, передают мощности в сотни тысяч киловатт, но способ передачи тот же, что и первой установки Доли- во-Добровольского.

Трехфазный генератор.

Трехфазный генератор пред­ставляет собой как бы три генератора, объединенных в одном устройстве. Эти три генератора должны иметь одинаковую по величине э. д. с. и одинаковую ча­стоту. Но э. д. с. каждо­го генератора должны разновременно достигать своих наибольших (амплитудных) значений. Принято говорить, что эти э. д. с. отличаются друг от друга по фазе.

На рис. 8-1 показан простейший генератор трехфазного тока. Три проволочные рамки вращаются в магнитно. м по­ле C одной и той же угловой ско­ростью. Для каждой из рамок могут быть дословно повторены рассужде­ния, приведенные в § 6-3. Очевидно, что во всех трех рамках будут наво­диться одинаковые э. д. с.—ведь рам­ки совершенно одинаковы и вращают­ся C одинаковой скоростью в одном и том же магнитно. м поле.

рис. 8-1. простейший генератор трехфазного тока — три про-волочные рамки [а, б, в) вращаются в магнитном поле с одинаковой скоростью.Вместе с тем э. д. с. этих рамок не будут вполне тождественными. В тот момент, когда плоскость первой рам­ки расположена перпендикулярно к ли­ниям магнитного поля, поток сквозь рамку является наибольшим. Но в тот же момент иремеии другие две рамки сцепляются с меньшими магнитными потоками, т. е. находятся в иных усло­виях. Можно сказать, что явления во второй рамке повторяют явления 279

В первой рамке, но с опозданием. Говорят, что э. д. с второй рамки отстает от э. дс. первой рамки. Ве­личина этого отставания составляет одну треть периода, или 120°.

В трехфазном генераторе надо В Определенном порядке соединить концы трех обмоток или рамок,

8-2. РАЗМЕТКА КОНЦОВ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

Выбор направления тока. Рассмотрим следующую про­стую задачу. Две постоянные э. д. с. соединены последова­тельно и навстречу друг другу и требуется определить на­пряжение иа свободных концах (рис. 2-37). Ответ дать нетрудно; искомое напряже­ние равно алгебраической сумме обеих э. д. C., 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 Э]—Да и как Да—Дц и неяс­но, как надо сделать выбор.

рис. 8-2. два одинаковых витка вращаются в магнитном поле. если размечены выводы одного витка hx (начало), kχ (конец), то на-чало (h2} и конец (tcj) второго витка могут быть обо-значены един-ственным ука-занным на ри-сунке спосо- бо.м.Ответ дает рис. 2-37. Электродвижу­щая сила Д1—Да стремится посылать ток влево, т. е. в том же направлении, что Д|, а э. д. с. Да—Д) стремится посылать ток в том же направлении, что Да, т. е. вправо. Поэтому прежде всего надо условиться о том, какое из направлений мы считаем положительным, и тогда знаки слагаемых э. д. с. получатся сами собой.

Сложение э. д. С. Двух витков. Еще одна задача того же самого типа. Два одинако­вых витка вращаются в однородном магнит­ном поле C одинаковой скоростью. Витки расположены так близко друг к другу (рис. 8-2), что сцепленные с ними магнит­ные потоки можно считать одинаковыми. Требуется определить напряжение, полу­чающееся на свободных выводах эти. х вит­ков, после того как они будут соединены последовательно.

Прежде всего надо разметить концы витков. Для одно­го витка эта операция выполняется соверщенно произволь­но. Оба вывода вполне равноправны, и обозначения H (на­чало) К. (конец) являются условными. Но ракметка вы’ВО — 280 дов 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 К2 являются един­ственно возможными.

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

Я,

Я,

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 э. д. с. обоих витков, т. е. удвоенному значению э. д. с. О|дного витка. Так как э. д. с. каждого витка изменяется по синусоиде, то удвоенное значение этой э. д. с. изобразится синусоидой C той же частотой, C Той же начальной фазой, но с двойной амплитудой. Для доказательства достаточно сопоставить направление обхо­да C Направлением магнитных линий. Для момента време­ни, соответствующего положению витков на чертеже, обход по пути H↑—/Ci—Н2—/С2 связан с направлением магнитного потока правилом штопора. Это равносильно тому, что потоки, сцепленные с обоими витками, складЫ’- ваются. Такое соединение называется иногда соглас — H ы м.

Иначе обстоит дело при соединении витков по схеме /∕ι— /Ci—/С2 — Fh 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 э. д. с. Такое соединение называют встречным.

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

Сложение э. д. с. в трехфазном генераторе. Теперь Мы Подготовлены’ к решению более сложной задачи. Нам надо определить то напряжение, которое получится на свобод — 281

Ных выводах какой-нибудь пары витков, показанных на рис. 8-1, при их последовательном соединении.

Разметим выводы первого витка, обозначив их по- прежнему через Hi и Hi Выбор этих обозначений, как мы уже знаем, вполне произволен.

Теперь нам надо решить трудный вопрос о разметке выводов второго витка. Трудность здесь в том, что витки

Рис. 8-3. Верхняя синусоида дейст­вует от конца к началу {К — Н}, Нижняя от начала к концу (Н—К). Начальные фазы синусоид — Ни H — К сдвинуты по фазе на 180°.

Повернуты друг относительно друга на 120°. Для того что­бы совместить витки, можно повернуть второй виток на 60° IB направлении, противоположном их вращению в магнитном поле, или же на 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 э. д. с. Если э. д. с., действую­щая от начала к концу, изображается синусоидой H—К (рис. 8-3), то от конца к началу действует э. д. с. К—Н, равная предыдущей по величине и противополож­ная ей по знаку. Синусоиды H—К и H—H имеют одичако — 282

βbτe амплитуды’, одинаковую частоту, но их начальные фазы отличаются друг от друга на 180°.

Если вывод Λ^2 мы назовем началом, то э. д. с. второго витка будет опережать ‘Э. д. с. первого на 60°. Если же на­чалом будет назван вывод Яг, то э. д. с. BToiporo витка будет отставать от э. д. с. первого на 120°. Ясно, что одно решение отличается от другого изменением начальной фазы на 120°+ 60°= 180°, т. е. изменением знака, и резуль­тат в обоих случаях будет одинаковый.

Останавливаемся на втором решении, т. Е. Называем вывод Яг началом. В этом случае угловьие расстояния ме­жду началами всех трех витков будут одинаковыми и рав­ными одной трети окружности ротора, т. е. 120°. Началь­ные фазы э. д. с. обмоток отличаются друг от друга на одну треть пе’риода, т. е. опять на 120°,

Фазы генератора. Генераторные обмотки трехфазной си­стемы принято кратко обозначать «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.

8-3. СЛОЖЕНИЕ ФАЗНЫХ Э. Д. С.

Пусть две обмотки трехфазного генератора соединены’ по схеме Hi—/Ci—Яг—/Сг — Напряжение на свободных кон­цах будет равно сумме э. д. с. обеих обмоток. Эту сумму можно найти различными способами.

Нарисуем на одной диаграмме обе фазные э. д. с. и найдем их сумму для любого момента времени. Построе­ние удобно производить на клетчатой или, еще лучше, на миллиметровой бумаге.

Строим го’ризонтальную ось такой длины, чтобы на ней уместился один период переменного тока. Продолжитель­ность периода изобразим (рис. 8-4) отрезком в 24 клетки. Амплитуду фазного напряжения изобразим в 10 клеток, так что одна клетка будет соответствовать 10%’ ампли­туды.

Значения, которые приобретает э. д. с. первой фазы Через каждую V24 часть периода (т. е. через промежуток времени, изображаемый одной клеткой), берем из табли­цы на стр. 232 И по ним строим первую синусоиду. Вторую 283

рис. 8-4. разбиваем период на 24 части и строим синусоиды напряжения 7/,—/<], ∏2 — к2 и их сумму. ниже показана синусоида н, - к,.Синусоиду строим по данным той же таблицы, но построе­ние начинаем, пропустив первые восемь клеток, т. е. одну треть периода, так что 17-й клеткой будет первая. Кривая изображающая сумму обеих э. д. C., изображена на той же диаграмме.

Наше построение равно­сильно такому расчету. Пе­репишем таблицу на стр. 232 и дополним ее еще тремя столбцами.

Во втором столбце даны мгновенные значения э. д. с. второй фазы. В сущности это повторение первого столбца, но числа второго столбца перенесены на во­семь строк вниз. Так и должно быть: восемь строк соответствуют одной трети периода, а это и есть фаз­ный сдвиг между первой и второй фазами.

Третий столбец содер­жит суммы второго и третье­го столбцов. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что здесь повторяются те же самые числа, но в каком-то другом порядке. Дело разъясняется четвертым столбцом, где даны значения

Э. д. с. I

Э. д. с. 2

Сумма

Э. д. с. 3

0

0

—86,6

—86,6

86,6

1

25,9

—96,6

—70,7

70,7

2

50,0

—100,0

—50,0

50,0

3

70,7

—96,6

—25,9

25,9

4

86,6

—86,6

0

0

5

96,6

—70,7

25,9

—25,9

6

100

—50,0

50,0

—59,0

7

96,6

—25,9

70,7

—70,7

8

86,6

0

86,6

—86,6

9

70,7

25,9

96,6

—96,6

IO

50,0

50,0

100

— 100

11

25,9

70,7

96,6

-96,6

12

0

86,6

86,6

—86,6

Э. Д — с. третьей фазы. Это все тот же второй столбец, но gro числа перенесены на восемь строк вверх.

Оказывается, что сумма э. д. с. первой и второй фаз равна 9. д. с. третьей фазы, но с обратны. м знаком. Отсю­да следует исключительно важный результат;

Сумма мгновенных значений э. д. с. трех фаз трехфазной системы равна нулю в любой момент времени.

При этом предполагается, что трехфазная система симметрична, т. е. амплитуды всех трех э. д. с. оди­наковы, и фазные углы отличаются на 120°,

Напряжение между свободными концами двух фаз гене — Paτopa,⅛RΓeπepb Найдем напряжение на свободных концах об­моток, соединенных по схеме H↑—Ki—К2—Н2. В этом слу­чае надо взять разность второго и третьего столбцов табли­цы на стр. 284. Для этой разности получаются такие вели­чины:

 разность между э д. с. 1 и э д с. 2
0 86,6
1 122,5
2 150,0
3 167,3
4 173,2
5 167,3
6 150,0
7 122,5
8 86,6
9 44,8
10 0
и —44,8
12 —86,6

hoctb соответствует синусоиде ht-kt~k2-h2∙

Соответствующее построение выполнено на рис. 8-5.

Мы получили синусоиду, опережающую э. д. с, первой

Фазы на две клетки, т. на V12 долю периода (30°). Ампли­туда этой синусоиды в 1,732 раза больще амплитуды фаз­ной э. д. с. Число 1,732 имеет важную особенность. Если ото умножить на самого себя, в ответе получится 3. Это так называемый корень квадратный из трех: КЗ =1,732.

8-4. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ

Соединим в одну точку три одноименные конца гене­раторных обмоток (рис. 8-6). Такое соединение называет­ся соединением в звезду с нулевым проводом.

Линейные и нулевой провода. В нашем распоряжении имеется четыре зажима—К, H↑, Н2. Точка К называ­ется нейтралью или нулем, а отходящий от «ее про­вод— нейтральным или нулевым. Зажимы , Hi и Hi называются линейными. Линейными на­зываются и провода, отходящие от этих зажимов.

рис. 8-6. соединение обмоток в звезду c нулевым проводом. точка к называется нейтральной или нулем, а отходящий от нее провод — нейтральным или нулевым. рис. 8-7. между нулевым проводом и линейными проводами включены одинаковые сопротивления. нагрузка в таком случае равномерная—токи в сопротивлениях равны, тока в нулевом
проводе не будет.

Напряжение между нулем и линейными зажимами равно фазной э. д. с. Это напряжение называется ф а з — H ы м.

Напряжение между любой парой линейных зажимов назь1вается линейным. Его амплитудное значение В Уз раза больше амплитуды фазного напряжения. В таком же отношении находятся действующие значения линейного и фазного напряжений.

Холостой ход генератора. На схеме рис. 8-6 нет ни одно­го замкнутого контура и, следовательно, в ней не может протекать ток. Это так называемый X о л о C то й ход ге­нератора.

Равномерная нагрузка фаз. Если включить одинаковые сопротивления между нулевым и линейными проводами (рис. 8-7), то через каждое из них будут протекать токи одинаковой величины. В цепи нет реактивных элементов индуктивных катушек и конденсаторов — и, следователь. чо, ^86

Синусоиды токов будут иметь те же начальные фазы, чго и фазные напряжения. Иными словами, токи будут совпа­дать по фазе C соответствующими напряжениями.

Итак, три синусоиды токов будут иметь одинаковые амплитуды, а их фазные углы будут отличаться друг от друга на 7з периода. Мы видели, что в любой момент вре­мени сумма трех таких синусоид равна нулю.

рис. 8-8. трехфазная система без нулевого провода.Но сумма трех токов, протекающих в трех нагрузочных сопротивлениях, равна току в нулевом проводе. Если сумма трех фазных токов

Равна нулю, то тока в нуле­вом проводе не будет.

Если нагрузка будет со­держать реактивные элемен­ты, но будет одинакова во всех трех фазах, то каждый из токов будет сдвинут от­носительно своего фазного напряжения на один и тот же угол. Три синусоиды то­ков будут иметь одинаковые амплитуды при разнице на­чальных фаз в 120° и, следовательно, их сумма будет рав­на нулю.

При равномерной нагрузке фаз нулевой провод оказывается лишним; его можно не прокладывать и перейти к передаче тока по трем проводам, как показано на рис. 8-8.

Передача энергии по трем проводам. Здесь много обще­го C трехпроводной системой постоянного тока, где при равенстве нагрузок ток в среднем проводе равнялся нулю.

При этом, конечно, в каждое данное мгновение ток по одному или двум проводам течет от генераторов к потре­бителю, а по двум другим или по одному течет o6paτ^Hθ^^от потребителя к генератору, причем ток от генератора течет то — по первому, то по второму проводу и соответственно каждый из них по очереди служит для обратного пути тока.

На практике обычно передача тока производится по трем проводам, однако в тех случаях, когда нужно рас­полагать двумя различными напряжениями (фазным и линейным) или когда нагрузка потребителей в трех фазах Очень неравномерна, прибегают и к четырехпроводной си­стеме, т. е. пользуются четвертым проводом, идущим от средней точки генератора, которая называется также ней­тральной точкой.

8- 5. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Кроме соединения звездой, может применяться еще и соединение в треугольник (рис. 8-9).

В этом случае конец предыдущей фазной обмотки со­единяется C началом последующей фазной обмотки, т. е. Ki C Н2, Кг C Яз и Кз C Hi.

При отсутствии нагрузки, например как в схеме рис. 8-9, тока в генераторной обмотке не будет, потому что сумма всех трех фазных напряжений в каждое данное мгновение равна нулю: две обмотки стремятся послать ток в одну сторону, а третья и. м противодействует, причем роль разных обмоток все время меняется.

При соединении генератора в треугольник напря­жение между проводами, связывающими его с потребите­лем, т. е. линейное напряжение, будет равно напряже­нию соответствующей фазы генератора. Из схемы рис. 8-9 становится ясным, что действительно здесь линейное напряжение является в то же время ф а з н ы м, т. е. ф а з — ные напряжения, очевидно, будут равны линейным.

Неверное соединение обмоток генератора. Допустим, что соединение обмоток генератора в треугольник выполнено неверно; пусть, например, конец обмотки второй фазы со­единен C концом обмотки первой фазы, начало второй фа­зы— C началом третьей, а конец третьей, как полагается,— C началом первой. Что произойдет в таком случае?—Внут­ри такого треугольника будет протекать очень большой ток короткого замыкания, который приведет к аварии. Действительно, сопротивление генераторных обмоток очень невелико, они образуют замкнутую цепь, а в этой цепи действует сумма э. д. с. первой обмотки, э. д. с. третьей обмотки и взятой с обратным знаком э. д. с. вто­рой обмотки (так как она включена теперь навстречу двум другим обмоткам). Но эта сумма теперь уже не бу­дет равна нулю в любой момент времени. Так соединять обмотки генератора, разумеется, нельзя.

Соединение нагрузки треугольником. Подобно обмоткам генератора нагрузку в трехфазной системе можно соеди­нять не только в звезду, но и в треугольник.

На рис. 8-10 показано такое соединение потребителя в треугольник. Генератор на изображенной схеме соеди­нен в звезду.

В этом случае потребитель оказывается включенным не на фазное, а на линейное (или междуфазное) Напряжение.

288

Напряжение у потребителя теперь в 1,732 раза больше фазного напряжения генератора.

Когда мы имели дело с соединением в звезду, фазные токи были равны токам в проводах линий, т. е. линейным токам. Действительно, ток, протекающий из линии к лю­бому ИЗ зажимов треугольника, здесь разветвляется на два тока, текущих по двум сторонам треугольника, при­мыкающим к данному зажиму.

рис. 8-9. обмотки трехфазного генератора соединены в треугольник. рис. 8-10. генератор соединен в звезду, потребитель — в треугольник.

Ток в проводах линии — линейный ток — в 1,732 раза больше тока в сторонах треугольника (фазного тока). В том, что это действительно так, мы легко убедимся, под­считав мощность трехфазного тока.

8-6. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Начнем со схемы, изображенной на рис. 8-10. В этом случае мы пренебрежем сопротивление. м соединительных проводов и примем, что мощность, отдаваемая генерато­ром, равна мощности, получаемой потребителем. Кроме того, предположим, что сопротивление потребителя — чисто активное.

Мощность, отдаваемая каждой из фаз генератора, равна фазному напряжению, умноженному на фазный ток генератора и на соответствующий cos φ, в данном случае равный единице (так как нагрузка чисто активная). Об­щая мощность генератора будет, очевидно, в 3 раза больше:

Зхфазное напряжениехфазный ток. (А)]

В данно. м случае, однако, фазный ток равен линейно­му току, а фазное напряжение равно линейному напряже­нию, деленному на 1,732.

Ю Зак. 621 289

Значит, общая мощность будет равна:

3

Jγg2 X Линейное напряженаеу^линейный ток.

Но 3, деленное на 1,732, опять равно 1,732;

И, следовательно, общая мощность P равна произведе­нию из линейного тока 1 на линейное напряжение U, Умноженному еще на 1,732 = ]∕3:

P = /37/7.

В том случае, когда фазный ток и фазное напряжение отстают друг от друга (из-за наличия в цепи индуктив­ности или емкости), в выражение мощности должен вхо­дить соответствующий cosφ. Выражение мощности трех­фазного тока при равномерной нагрузке в этом случае может быть записано так:

P = } 3UI COS φ.

Теперь подойдем к определению мощности с другой стороны. Начнем определять мощность потребителя, со­единенного в треугольник. Она равна:

3χ лине иное напряжениеХфазный ток в сторо­нах треугольника. (Б)

Сопоставляя выражение (Б) с выражением (А) И имея в виду, что оба они выражают одну и ту же мощ­ность, мы легко найдем, что фазный ток в сторонах тре­угольника действительно должен быть в 1,732 раза меньше тока линейного.

8-7. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ

Сравнение потерь в однофазной и трехфазной линиях при Одинаковом токе. В то время как потеря мощности В Проводах однофазной линии передачи равна; 2ХтокХтокХсопротивление каждого из проводов линии,

В трехфазной трехпроводной линии передачи потеря мощ­ности будет в 1,5 раза больше, если ток в проводах будет тем же самым и если неизменным остается сечение про­вода.

290

Действительно, потеря мощности для такой трехфазной равно-мерно нагруженной линии, очевидно, будет равна: ^^токУ. токУ, сопротивление каждого из проводов линии,

Так как в каждом из проводов потеря мощности будет определяться законом Ленца — Джоуля.

Однако при трехфазном токе общая передаваемая мощ­ность будет В 1,732 раза больше, если напряжения между проводами и токи В Проводах В Случае однофазной и трех­фазной линий будут одинаковы.

Сравнение потерь в однофазной и трехфазной линиях при одинаковой передаваемой мощности. Если же, Не Изме­няя напряжения, довести мощность однофазной линии до мощности трехфазной линии, то ток В Однофазной линии должен быть увеличен В 1,732 раза.

Потери в проводах при этом возрастут (формула (Б)] в 1,732 > 1,732 = 3 раза, т. е. будут В 2 раза больше потерь в трехфазной линии.

Пример. Определить потерю мощности в медных проводах, имеющих ce’ieHne 4 Мм’^, по которым на расстояние в 100 М (длина линии) передается энергия, необходимая для питания трех 5О0-ватт — ных ла. мп при напряжении на лампах по 120 в.

Предпо. тожнм сначала, что энергия передается однофазным перег. енным током (рис. 8-11).

Общая мощность ламп P = 3∙500 ет = 1 500 βm; Напряжение С/ = βθ в;

Следовательно, ток, идущий по проводам, будет равен:

P 1 500 Btn

* ~и 120 в ' '2.5 а.
сопротивление каждого из проводов определим по формуле p-z 100
i полагая удельное сопротивление p = gθl.
мощность, теряе.мая в проводах, при это.м будет равна:
p ≈2∙i∙l∙r≈-. 2-12,5-12,5-0,445= 139 вт.
предположим теперь, что согласно схеме, представленной на рис. 8-12, передача энергии к тем же тре.м лампам производится трехфазным током по трехпроводной линии при помопди проводов того же сечения.
в этом случае мощность р, ток / (линейный) и напряжение с/ (линейное, равное напряжению на лампах), будут связаны уравне- нне.я
,г= ⅛-==5^ = o,445 om

Кз-п-л

следовательно, при той же мощности p=isoo вт и при τo⅛ же напряжении u = 120 в находим, что ток будет равен:,передача.
следует обратить внимание, что

Сопротивление проводов нам

Известно; для каждого провода θΛθ<=b соединена

Г = 0.445 OM А так как потеря треугольником,

Мощности теперь происходит

В трех проводах, то находим, что общая потеря мощности состав­ляет:

P = 3∙Z∙Z∙r = 3-7.22-7,22-0.445 = 69,5 Ет.

Таким образо. м, при передаче трехфазны. м током потеря мощ­ности будет в 2 раза меньше, че. м при передаче однофазным током.

Сравнение потерь при одинаковой затрате меди. При

Трехфазном токе мы затратили в 1,5 раза больше меди (три провода по 4 Мм^), чем при передаче о д н о ф а з — HbiiM током (всего два провода по 4 Мм^). Но можно убедиться В Том, что даже при одинаковой затрате меди потери в трехфазной линии будут меньше. Для этого рас­смотрим такой пример.

Пример. Мы имеем те же условия передачи, что и в предыдущем примере, за исключением того, что при передаче однофазным током сечение проводов равно 6 Мм^, а при передаче трехфазным током 4 MM^. Таким образом, количество меди в обоих случаях одинаково (2 ■ 6 ΛΛ2=3 • 4 Л1Л2).

Определим опять мощность, теряемую в проводах.

В случае трехфазного тока мы имеем в точности прежние усло­вия, значит, теряемая мощность по-прежнему равна:

P=69,5 Вт.

В случае же однофазного тока сечение проводов увеличено в 1,5 раза. Это значит, что сопротивление проводов уменьшилось также в 1.5 раза. А это в свою очередь значит, что потеря мощности стала ровно в 1.5 раза меньше, т. е. она будет уже не 139 ет, а

139

P"5=92,5 Вт.

Потеря мощности и в этом случае больше прн однофазной пере­

Даче.

292

рис. 8-13. измерение .мощности в трехфазной систе.ме с нулевым проводом. мощность нагрузки равна сумме показаний трех ваттметров ^1, 1p"2 и ws-Преимущества трехфазных систем. Из рассмотренных имеров достаточно отчетливо видим преимущества трех — ⅛a3H0Γ0 тока. Но самым существенным достоинством трех- Аязньгх систем является их удобство для устройства элек — сических двигателей (асинхронный трехфазный двига — γgτib является самым простым из всех видов электрических

Двигателей, § 12-7).

8-8. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Четырехпроводная система. Если передача энергии про­изводится по четырем проводам, то для измерения мощ­ности трехфазного тока необходимо иметь три ваттметра (рис. 8-13). К каждому ваттметру будет приложено фаз­ное напряжение и через него будет проходить фазный ток, т. е. он будет учитывать

Мощность одной фазы.

Сумма показаний этих ваттметров даст мощ­ность трехфазной си­стемы.

Если нагрузка фаз равномерна, то показа­ния всех ваттметров бу­дут одинаковыми, и мож но обойтись одним ватт метром. Очевидно, что в этом случае показания ваттметра надо утроить.

Трехпроводная систе­Ма. Если же передача энергии производится по трем проводам, то для измерения мощности не­обходимо иметь всего два ваттметра, включенных так, как показано на рис. 8-14. Сумма показаний этих ваттметров дает мощность трехфаз­ной системы.

Чтобы убедиться в этом, вспомним, что третий провод ‘■’рехфазной системы всегда является обратным для пер­вых двух. Иными словами, трехфазная линия ведет себя совершенно так же, как показанные на рис. 8-15 две одно — Фззные линии. Очевидно, что можно измерить мощность зтих двух линий, если включить ваттметры, как показано “а рис. 8-15.

рис. 8-15. обоснование способа измерения мощ-ности, показанного на
рис. 8-14.

нулевого провода может быть измерена двумя ваттметрами ifj и if2, су.ч.ма показаний которых равна мощности нагрузки.

Но в чем разница между схемами рис. 8-14 и 8-15} Только в том, что в схеме рис. 8-15 мы расщепили третий провод, и ничего не изменится, если мы объединим

Два провода в один, заставив протекать по нему сумму то­ков Л и /2.

На практике эти два ваттметра имеют обычно один циферблат и одну стрелку. На эту стрелку действуют одновременно усилия подвижных катушек обоих ваттмет­ров и стрелка показывает сумму мощностей, учитываемых прибором.

8-9. РТУТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

В § 5-11 на примере кенотрона и электронной лампы C сеткой мы видели, что для протекания тока в разрежен­ном газе нужно было раскалить катод. После того как катод накалился, он стал служить мощным источнико. м электронов.

Эти электроны под действием приложенного внешнего напряжения перемещаются ко второму электроду, и в це­пи может проходить ток. Но такое движение электриче­ства возможно только тогда, когда к раскаленному катоду подводится отрицательное напряжение, а к другому (хо­лодному) электроду— положительное.

В противоположном направлении ток идти не может, так как. холодный электрод не может явиться мощным источником электронов. Такое устройство, как электронная лампа или кенотрон, может служить для выпрямления 294

Еменного тока: прикладывая к кенотрону переменное ‘’^Еряжение, мы будем получать в его цепи ток постоянно — S направления.

Подобно кенотрону устроены и ртутные выпрямители тпехфазного тока.

Устройство ртутного выпрямителя. Представим себе со­суд. из которого откачан воздух, на дно налита ртуть, д^с’боков введены три стальных или графитных стержня (электроды). При этом наружу выведены провода, соеди­няющиеся или C ртутью (один из проводов), или C каким- либо из электродов (еще три провода). Корпусы ртутных

Рис. 8-16. Схе. ча трехфазного ртутного вошря. мителя.

Выпрямителей делаются стеклянными или стальными; при этом, разумеется, электроды от металла изолируются.

Соединим через сопротивление нагрузки нулевой про­вод трехфазной системы с проводом, идущим к ртути, а три фазных провода соединим с тремя другими электро­дами, как это показано на рис. 8-16.

Работа ртутного выпрямителя. Пользуясь каким-либо вспомогательным источником напряжения, создади. м те­перь разряд между ртутью и дополнительным электродом (на рис. 8-16 это зажигающее устройство не показано). Электроны будут !направляться к тому из трех электродов А 2, 3, напряжение на котором в данный момент выще.

Пусть, например, в рассматриваемый момент времени самым высоким положительным напряжением обладает электрод 1. Электроны, быстро движущиеся к этому элек — ‘’■роду, ионизируют пары ртути. Все электроны — отрица­тельные заряды’—движутся к электроду 1. Между электро­дом 1 и ртутью! таким образом, устанавливается дуговой Разряд,

Но через некоторый промежуток времени напряжен на электроде 1 уменьшается, зато увеличивается поло/ь тельное напряжение на электроде 2. Тогда дуга перебр сывается на этот электрод. Через некоторое время д\ перебросится на электрод 3. Так, один конец дуги nej брасывается с электрода на электрод. Отрицательщ конец дуги при этом все время остается на катодном не, которое может перемещаться по ртутной поверхнос]

Что же в итоге мы получаем? Ток во всех фазных ∏d водах будет проходить только в направлении от генерат ра к ртутному выпрямителю. При этом ток идет то, первому, то по второму, то по третьему проводу. В ну, г BOM же проводе ток течет непрерывно в одном и том ⅜ направлении от выпрямителя к генератору’.

На рис. 8-16 в нулевом проводе показаны последова тельно включенные сопротивления и индуктивность.

Сопротивление изображает потребителя, получающсг выпрямленный ток. Что касается индуктивности, она вклв чается для того, чтобы сглаживать колебания величин? тока.

Применение ртутных выпрямителей. Аналогично устрап ваются ртутные выпрямители и для однофазного пере менного тока. Однако выпрямители трехфазного тока ра ботают лучше.

В настоящее время ртутные выпрямители могу строиться для очень больших мощностей.

Ртутные выпрямители могут применяться на установ ках как низкого, так и высокого напряжения (околс 10 тыс. в) и могут строиться на достаточно большие мош ности.

Однако современная электротехника ставит ряд задач которые не могут быть разрешены установкой ртутньп выпрямителей. К, числу таких задач относятся, с одно’ стороны, выпрямление малых токов различных напряже НИЙ, А C другой стороны, устройство выпрямительных уста HOBOK C небольшими напряжениями; в обоих случаях при менение ртутных выпрямителей слишком громоздко. В ка честве малых выпрямительных установок большое приме пение находят селеновые выпрямители, а для малых τoκof используются кенотроны, которые могут изготовляться [**] на очень высокие напряжения.

Раньше мы видели, что потребитель может получать ектрическую энергию в виде постоянного тока и в виде ^"»ременного тока; напряжение при 3to∙m может иметь раз — ‘^ичное значение. Теперь. мы видим, что можно из перемеч — го тока получать постоянный. Оказывается, что можно решить и обратную задачу. Об этом речь будет в следую­

Щей главе.

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *