Трифазні електричні ланцюги мають ряд переваг в порівнянні з однофазними: можливість отримання обертового магнітного поля і використання найбільш простих, надійних і дешевих асинхронних електродвигунів; менша витрата провідникових матеріалів на спорудження ліній електропередачі та електричних мереж; кращі економічні показники трифазних генераторів і трансформаторів; можливість підключення до трифазного джерела або трифазної мережі приймачів, розрахованих на два різних за значенням напруги.
Завдяки своїм перевагам трифазні ланцюга отримали виключно широке поширення. Електрична енергія виробляється на електростанціях, розподіляється за допомогою ліній електропередачі та електричних мереж між приймачами і споживається останніми головним чином у вигляді енергії трифазного змінного струму.
Отримання трифазного симетричною системи ЕРС
На електричних станціях трифазна система ЕРС виробляється трифазними синхронними генераторами, модель якого зображена на рис. 3.1.
На статорі, нерухомої частини генератора, розташовані три обмотки, зсунуті відносно один одного на кут 120 °. Ці обмотки називають фазами генератора. Почала фаз позначають буквами А, в, С. а кінці - X, Y, Z.
Ротор являє собою електромагніт, що порушується постійним струмом. При обертанні ротора турбіною створюване їм магнітне поле наводить в обмотках статора синусоїдальні ЕРС. В силу ідентичності трьох обмоток генератора в них наводяться ЕРС, що мають однакові амплітуди і зсунуті по фазі відносно один одного на кут 120 °.
Така система ЕРС називається симетричною. Якщо ЕРС фази А прийняти за вихідну і вважати її початкову фазу рівною нулю, то вирази миттєвих значень ЕРС можна записати у вигляді:
У комплексній формі запису ЕРС кожного джерела можна записати:
Графіки миттєвих значень фазних ЕРС показані на рис. 3.2.
Порядок, в якому фазні ЕРС проходять через однакові значення, наприклад через позитивні максимуми, називають послідовністю фаз, або порядком чергування фаз.
На рис. 3.3, а зображена векторна діаграма фазних ЕРС для прямого чергування (АВС), а на рис. 3.3, б - для зворотного чергування фаз (АСВ).
Від порядку чергування фаз залежить напрямок обертання трифазних асинхронних двигунів. У генераторів послідовність фаз ніколи не змінюється, але при розподілі енергії можливе порушення послідовності фаз.
Фази трифазного генератора можуть бути з'єднані за схемою «зірка» і за схемою «трикутник».
П
До чотирьох затискачів генератора приєднуються проводи. Провід, приєднані до початків фаз трифазного генератора (А, В, С), називаються лінійними. До нульовій точці генератора приєднується провід, який називається нульовим або нейтральним.
Потенціали точок A, B, C фаз генератора рівні ЕРС відповідних фаз:
Напруження між початком і кінцем фази генератора називаються фазними напругами генератора. З огляду на, що напруга є різниця потенціалів, а потенціал точки 0 дорівнює нулю, фазні напруги генератора можуть бути записані:
З отриманих виразів видно, що фазні напруги генератора рівні ЕРС відповідних фаз.
Напруження між началами фаз генератора, тобто напруги між лінійними проводами, називаються лінійними напругами
З отриманих виразів видно, що лінійні напруги можуть бути визначені як різниця відповідних фазних напруг генератора.
На рис. 3.5 представлена векторна діаграма фазних і лінійних напруг генератора при з'єднанні його фаз «зіркою».
І
Тоді можна записати ще один вислів, що зв'язує лінійні і фазні напруги генератора:
При з'єднанні фаз генератора за схемою «трикутник» кінець однієї фази з'єднується з початком іншої (рис. 3.6).
При такому з'єднанні фаз генератора фазні напруги, як видно зі схеми, дорівнюють відповідним лінійним напруженням
На практиці обмотки фаз генератора з'єднують зіркою, у трансформатора - як зіркою, так і трикутником.
З
Фази трифазного навантаження також з'єднуються за схемою «зірка» або за схемою «трикутник».
Напруження між початком і кінцем фази наступника називаються фазними напругами приймачів.
Струми, що протікають по фазах приймача, називаються фазними струмами IФ. Струми, що протікають по лінійним дротах, називаються лінійними струмами Iл.
Трифазні ланцюга розраховуються тими ж методами, які застосовувалися для розрахунку однофазних ланцюгів синусоїдального струму.