Трехфазные цепи

Основной системой тока, принятой в настоящее время повсеместно, являются трехфазные электрические цепи, которые обладают рядом преимуществ перед однофазными.

Трехфазным током называется система трех однофазных токов, создаваемых тремя электродвижущими силами, имеющими одинаковые амплитуды и частоту, но сдвинутыми одна по отношению к другой по фазе на 120 или во времени на треть периода.

Каждая, отдельно взятая цепь, такой трехфазной системы в сокращении называется фазой.

Трехфазный ток, который проводят трехфазные цепи, можно получить, соединив три одинаковых генератора, дающих переменный однофазный ток, роторы, которых, находятся в неизменном положении, жестко привязаны друг к другу и не изменяют своего положения при вращении. При этом статорные обмотки генераторов развернуты относительно друг друга на 120 в сторону вращения ротора. При таких условиях вполне очевидно, что электродвижущая сила второго генератора будет задерживаться в своих изменениях по отношению к первому генератору на 120 , т.е. максимальное значение электродвижущей силы того же направления во втором генераторе наступит после того, как все роторы генераторов повернутся на 120 . Электродвижущая сила третьего генератора также будет запаздывать относительно второго генератора на 120 .

Но такой способ получения тока, который имеют трехфазные цепи, оказывается экономически невыгодным и технически сложным. Намного проще три такие статорные обмотки соединить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератора трехфазного тока.

Таким образом, статор генератора трехфазного тока имеет три обмотки (называемые фазами генератора), смещенные на 120 относительно друг друга. Ротор же генератора трехфазного тока конструктивно одинаков с ротором генератора однофазного тока.

Во время вращения ротора во всех обмотках будут создаваться одинаковые по частоте и амплитуде электродвижущие силы, но только они будут не одновременно достигать своих максимумов. Считая, что максимальная электродвижущая сила создается в момент прохождения центра северного полюса ротора под началом обмотки, нетрудно видеть, что максимум электродвижущей силы того же направления во второй обмотке наступит после поворота ротора на 120 , а в третьей – после поворота на 240 относительно первой.

Соединяя с внешней цепью каждую фазу генератора, мы получим три цепи однофазного тока, не имеющие между собой никаких электрических соединений, причем токи в каждой отдельной цепи при одинаковом их сопротивлении будут равны по амплитуде, но сдвинуты по фазе относительно друг друга также на 120 .

Чтобы соединить такой генератор с внешней цепью, нужно шесть проводов. Для уменьшения количества проводов, которые идут на внешнюю цепь, необходимо соединить обмотки приемников и генератора между собой, образовав электрически соединенную трехфазную систему. Такую связь можно выполнить двумя различными способами: треугольником и звездой.

Оба соединения дают возможность сэкономить материал при передаче такой же мощности от трех автономных трехфазных генераторов.

Трехфазные цепи дали возможность создать простой по устройству и удобный в эксплуатации электродвигатель, который получил название асинхронного. Его устройство основано на применении вращающегося магнитного поля. В простейшем случае такое магнитное поле можно получить, вращая подковообразный магнит.

Если во вращающемся поле поместить замкнутый проводник, укрепленный на оси, то магнитное поле, при своем вращении пересекая стороны контура проводника, будет индуктировать в них электродвижущую силу индукции, создающую индукционный ток в этом замкнутом контуре. Этот ток, при взаимодействии с магнитным полем вращающегося магнита, приведет виток во вращение. Направления вращения витка определяется с помощью правила левой руки.

Трехфазные электродвигатели состоят из двух частей: вращающейся части - ротора и неподвижной – статора.

Вращающееся магнитное поле создается в двигателе не путем механического вращения магнитных полюсов, а при обтекании переменным трехфазным током неподвижных обмоток статора.

Трехфазные цепи были разработаны одним из выдающихся электротехников XIX и начала XX в. – русским инженером М. О. Доливо-Добровольским (1862-1919). Эта система открыла широчайшие возможности промышленного использования электрической энергии. Важнейшие из них:

• экономия в проводах линии, соединяющей станцию с потребителем;
• возможность получения вращающего магнитного поля, применяющегося в трехфазных двигателях.