В трехфазных генераторах якорь содержит сколько обмоток

Лекция 5. Трехфазные цепи

Трехфазная цепь – это совокупность трех однофаз­ных цепей, в которых действуют три ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе одна относительно другой на 120 °.

Трехфазный генератор (рис. 5.1, а) для получения трехфазного тока имеет три об­мотки, в которых индуктируются три ЭДС, сдвинутые по фазе на 120° (рис. 5.1, б).

а)б)

5.2 Соединение обмоток генератора и нагрузки звездой

Соединение обмоток генератора и нагрузки звездой показано на рисунке 5.2.

Рис.5.2 Схема соединения обмоток генератора и потребителей в «звезду»

Каждый из трех проводников трехфазной нагрузки (А, В, С) называется фазой или фазным проводом.

Линейные провода – это провода, которыми нагрузка подключается к генератору.

Симметричная (равномерная) нагрузка — нагрузка, при которой сопротивления всех фазах одинаковое (например, трехфазный электродвигатель). Z_А = Z_В = Z_С . При симметричной нагрузке напряжения и токи на всех фазах одинаковы.

Несимметричная (неравномерная) нагрузка – нагрузка, при которой сопротивления фаз разное (например, электроснабжение многоквартирного дома, когда на каждую фазу подключены разные квартиры). При несимметричной нагрузки напряжения на фазах одинаково, а токи — разные.

Нулевой (нейтральный) провод — служит для выравнивания фазных напряжений на нагрузке при несимметричной нагрузке (если нагрузка симметричная, то нулевой провод не нужен).

Если нагрузка несимметричная, то при отсутствии нейтрального провода часть потребителей будет иметь пониженное напряжение, а часть повышенное. Пониженное напряжение приводит к некорректной работе подключенных электроустановок, а повышенное может привести к повреждению электрооборудования или возникновению пожара.

Фазный ток (I_Ф) – ток в фазном проводе.

Линейный ток (I_Л) — ток в линейном проводе.

При соединении звездой фазный провод присоединяется к линейному. По фазному и линейному проводу чечет один и тот же ток: I_л = I_ф

Фазные токиобозначаются -I_А ,I_В ,I_С. По закону Ома,,

Фазные напряжения– напряжения между фазным и нулевым проводом –U_А=U_В=U_С(рис. 5.2).

Линейное напряжение– напряжение между линейными проводами -U_АВ=U_ВС=U_АС (рис. 5.2).

, ,

5.3 Соединение обмоток генератора и нагрузки треугольником

Соединение обмоток генератора и нагрузки треугольником показано на рисунке 5.3.

Рис. 5.3 Схема соединения обмоток генератора и потребителей в «треугольник»

Фазные и линейные напряженияравны между собой:U_АВ=U_ВС=U_АС (рис. 5.3).

Фазные токи-I_АВ ,I_ВС ,I_АС. — определяются по закону Ома,,

Линейные токи-I_А ,I_В ,I_С – связаны с фазными соотношением , то есть:

, ,

Мощность фазыпри любом соединении (звездой или треугольником) определяется по формуле:

Для определения мощности трехфазной цепи при любом соединении надо вычислить мощность каждой фазы и сложить мощности.

При симметричной нагрузке мощность трехфазной цепи определяется по формуле: Р = I_лU_л Cos.

ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ ЭДС.

обмотки (рис. 5.6), сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 120°. Поэтому при вращении якоря в обмотках индуцируются ЭДС с одинаковыми амплитудами, сдвину­тые по фазе друг относительно друга на угол 120°. Такая система трех ЭДС

Если е_A = Е_т sin ωt, то е_B = Е_т sin (ωt — 120°), а

В реальном генераторе обмотки уложены в пазах ста­тора, а вращается магнитное поле (рис. 5.7,а).

Начала обмоток статора генератора маркируются A, B, С, концы— X, Y, Z. При соединении обмоток гене­ратора звездой (рис. 5.7,6) концы обмоток соединяют в узел, называемый нейтралью генератора N, к которому подключают нейтральный провод. К началам обмоток присоединяют линейные провода.

Напряжение между линейным и нейтральным провода­ми называется фазным напряжением.

В режиме холостого хода генератора фазное напря­жение равно ЭДС. Пренебрегая падением напряжения в обмотках генератора, можно считать фазные напря­жения равными ЭДС и при нагрузке генератора. Тогда U_A=E_A , U_B = E_B , Uc=Ec.

Напряжение между линейными проводами называ­ется линейным напряжением.

Если бы Еа и Ев совпадали по фазе, то линейное на­пряжение было бы равно нулю. Так как. E_д и Е_в сдви­нуты по фазе на 120°,

то вычитание этих величин следует проводить по векторной диаграмме. Учитывая, что Еа = U_A, E_B = Uв, имеем

Построим векторную диаграмму напряжений (рис. 5.8). Сначала строим симметричную систему векторов фазных напряжений U_A, U_B, U_C. Затем откладываем вектор линейного напряжения U_ab как разность векторов U_A и U_B. Для этого к вектору U_A прибавляем равный по значению и обратный по знаку вектор —U_B.

Из векторной диаграммы видно, что: 1) при сим­метричной системе фазных напряжений система линейных напряжений также симметрична; 2) система линейных напряжений опережает фазные напряжения на 30°; 3) действующее значение линейного напряжения в √З раз больше действующего значения фазного напряжения. Последнее положение выводится из прямоугольного треугольника Опт (рис. 5.8):

При соединении обмоток генератора треугольником, (рис. 5.9) необходимо так подключить обмотки (напра­вить ЭДС обмоток), чтобы при холостом ходе в контуре отсутствовал ток, т. е. чтобы сумма ЭДС обмоток была равна нулю.

Так как система ЭДС симметричная, то Е_А+ Е_В + Е_С=0, и схема (рис. 5.9) соединения обмоток гене­ратора в треугольник правильная: конец первой обмотки X соединяется с началом второй обмотки В, конец второй обмотки Y соединяется с началом третьей обмотки С, конец третьей обмотки Z соединяется с началом первой обмотки А и к началам обмоток присоединяются линейные провода. Очевидно, что линейные напряжения генератора в треугольник равны ЭДС, т.е. равны фазным напряжениям генератора.

Дата добавления: 2016-09-06 ; просмотров: 4636 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ГЕНЕРАТОРА

Ранее рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин.

Так, например, при одинаковых габаритах, массе активных материалов (стали и меди) и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для электрификации используется трехфазная система переменного тока.

Трехфазной системой переменного тока или просто трехфазной системой называется цепь или сеть переменного тока, в которой действуют три ЭДС одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на одну треть периода. То есть в простейшем трехфазном генераторе на якоре содержится не одна, а три одинаковые обмотки, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 120º. Такая система трех ЭДС называется симметричной.

Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему, называются фазами.

Рисунок 1. Кривые изменения ЭДС в трехфазной обмотке генератора

При нагрузке генератора на зажимах катушек устанавливаются напряжения, называемые фазными.

Если нагрузка отсутствует (холостой ход), фазные напряжения равны ЭДС, индуктируемым в катушках статора.

Обмотки генератора соединяют между собой в звезду или в треугольник.
При соединении обмоток генератора звездой (рисунок б) концы всех трех фаз соединяют в общую точку О, а к началам подсоединяют провода, отводящие энергию в сеть.

Рисунок 2. Соединение обмоток генератора в звезду

Эти три провода называются линейными, а напряжение между любыми двумя линейными проводами — линейным напряжением Uл.

От общей точки соединения 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, фазному напряжению Uф.

Обычно все фазы обмотки генератора выполняются одинаковыми, так что действующие значения ЭДС в фазах равны.

По векторной диаграмме легко установить соотношение между линейным и фазным напряжениями.

или ;

т. е. при соединении обмоток симметричного генератора звездой линейное напряжение в 3 = 1,73 раза больше фазного.

На основании первого закона Кирхгофа ток в нулевом проводе равен геометрической сумме токов в фазах генератора:

При соединении обмоток генератора треугольником (рисунок а) начало каждой фазы соединяется с концом другой фазы. Таким образом, три фазы генератора образуют замкнутый контур.

Рисунок 3. Соединение обмоток генератора в треугольник

При соединении обмоток генератора треугольником:

;

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Устройство и принцип работы синхронного генератора

Синхронный генератор (СГ) – энергетическое оборудование, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую. Имеет надежную конструкцию и достаточно простой принцип работы. СГ востребованы на предприятиях энергетической индустрии, в транспортных системах, нефтегазовой и других промышленных отраслях.

Элементы конструкции синхронных генераторов

В состав СГ входят:

• Обмотка возбуждения (ОВ) статора. Для ее питания применяется источник постоянного электротока, его функции реализует электронный регулятор напряжения. Этот элемент применяется в СГ с самовозбуждением. Первичное возбуждение происходит благодаря остаточному магнетизму магнитопровода генератора. Переменный ток, который понижающий трансформатор и выпрямитель преобразуют в постоянный, поставляет обмотка статора.
• Обмотка ротора. Обмотка, в которой инициируется электродвижущая сила, называется обмоткой возбуждения якоря.
• Схема вращающихся диодов («диодный мост») – обеспечивает выпрямление переменного напряжения, которое генерирует обмотка якоря возбудителя.
• Статор – неподвижный узел. В его составе имеется корпус, внутри которого предусмотрен сердечник или пакет, состоящий из листов электротехнической стали особой конфигурации. Качество генерируемой электроэнергии во многом зависит от того, какие листы используются в пакете – цельные или сборные, от их качества и материала, из которого изготовлена обмотка. В дорогих моделях обмотка изготавливается из медного эмаль-провода, в более дешевых ее функции выполняет алюминиевый провод.
• Ротор – вращающаяся часть генератора. Может быть явнополюсным и неявнополюсным. Роторы первого типа используются в СГ, совмещенных с низкочастотными ДВС, частота вращения которых составляет до 3000 об/мин. В высокомощных и высокочастотных агрегатах применяют неявнополюсные роторы. Их часто монтируют на валу совместно с паровыми турбинами. СГ с таким конструктивным исполнением называют турбогенераторами.

Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируют в специальные пазы, предусмотренные в конструкциях ротора и якоря. По виду выходного напряжения СГ разделяют на однофазные и трехфазные.

Синхронный генератор может функционировать в режиме генератора или мотора. Во втором варианте на входе СГ присутствует электроэнергия, а на выходе – механическая энергия. Функции электродвигателя синхронные генераторы выполняют в установках мощностью более 50 кВт. При использовании СГ в роли электродвигателя обмотка статора подсоединяется к электросети, а ротора – к источнику постоянного тока.

Вычисление скорости вращения

Количество оборотов ротора зависит от частоты тока. Такая зависимость выражена формулой:

n = 60хf/p, в которой

• n – количество оборотов, об/мин;
• f – частота электросети, равная 50 Гц;
• p – число полюсных пар.

Принцип действия синхронного генератора

Агрегат в режиме электрогенератора работает следующим образом:

• При прохождении через ОВ постоянного тока появляется магнитное поле с чередованием полюсов.
• Магнитное поле вращается относительно обмотки якоря. При этом происходит возбуждение переменных ЭДС, которые при суммировании образуют ЭДС фаз.
• Трехфазную схему образуют три одинаковые обмотки, которые размещаются на якоре под углом друг к другу, равным 120°.

Области применения

СГ в комплексе с бензиновым или дизельным ДВС востребованы в местах, в которых централизованного энергоснабжения нет или его мощности недостаточно, например:

• на строительных площадках;
• в местах ведения разведочных и добывающих работ;
• на морских судах.

Если необходимо генерировать электропитание для высокомощных пользователей, несколько агрегатов включают на параллельное функционирование. Такой способ соединения позволяет выводить из работы отдельные СГ без остановки функционирования всей сети.