Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации: Учебное пособие /А. А климов, А. С. Тюриков/ Красноярск, 2008. 149 с

14.1.2Несинусоидальный переменный ток.
При генерировании, трансформации, распределении и потреблении электроэнергии возникают искажения формы синусоидальных ЭДС, напряжений и токов.
Несинусоидальные токи в цепях возникают при синусоидальных ЭДС и напряжениях источников электрической энергии, если цепи содержат нелинейные элементы. Так, катушки с ферромагнитным магнитопроводом, которая является нелинейным элементом, при синусоидальном напряжении сети ток несинусоидальный.
Подобное явление наблюдается в промышленных и городских сетях, когда в качестве осветительных приборов используются люминесцентные лампы, имеющие нелинейные ВАХ.
Нелинейные элементы широко используются в электрических цепях автоматики, управления, релейной защиты. Эти нелинейные элементы (стабилизаторы напряжения, умножители частоты, магнитные усилители) приводят к искажению формы кривых или тока.
Известно, что постоянный ток в энергетической электронике получают преобразованием переменного синусоидального тока с помощью выпрямителей, в которых используются нелинейные элементы- диоды. Естественно, что в таких электрических цепях возникают как несинусоидальные токи, так и несинусоидальные напряжения.
В настоящее время широкое распространение получила импульсная техника, т.е. отрасль радиоэлектроники, которой для решения определенных задач используют импульсные устройства. Формы импульсов напряжений весьма разнообразны.
Основное распространение получили импульсы прямоугольной, треугольной, трапецеидальной формы. Появление в электрических цепях несинусоидальных напряжений и токов может привести к весьма нежелательным последствиям. Несинусоидальные токи вызывают дополнительные потери мощности, ухудшают характеристики двигателей, создают большие помехи в линиях связи, каналах телемеханики.


14.1.3 Трехфазные электрические цепи.
Электроэнергию при переменном синусоидальном напряжении можно передавать как в однофазной системе, требующие двух проводов, так и в многофазных системах. По сравнению с однофазными они имеют ряд преимуществ, но наиболее громоздки.
Практическое распространение получила трехфазная система переменного синусоидального напряжения.
Трехфазной системой называют совокупность электрических цепей, в ветвях которых действуют три одинаковых по амплитуде синусоидальных электродвижущих сил одинаковой частоты, с фазовыми углами одна относительно другой на 120⁰. Одной из ЭДС присвоена литера А, следующей за ней по фазе - литера В и далее -литера С:







где угловая частота при частоте Гц или Гц.
В производстве и передаче электрической энергии трехфазная система более экономична. В ней обеспечивается сравнительно простое получение вращающегося магнитного поля, используемого в большинстве двигателей переменного напряжения. Достаточно экономичной решается задача преобразования переменного напряжения в постоянное. Однофазные потребители подключаются к трехфазной сети без существенных ограничений.
В настоящее время производство электрической энергии на электростанциях, передача и распределение энергии потребителям, осуществляется в единых трехфазных системах – сетях. Они распространены на значительных территориях одного или нескольких государств. Такой системой является Единая энергетическая система России. Частота напряжения Гц.
Следует отметить, что при описании трехфазных цепей термин «фаза» применяется в различном смысловом значении. Это наименование каждой из обмоток генератора (трансформатора). Это так же наименование одного или группы однофазных потребителей, подключенных к линиям электропередачи. В то же время – это фазовый угол синусоидальной функции.
В общем случае трехфазная система напряжения сети представлена потребителю в 4 проводах (рис.14. 2а). Провода А, В, С – называют линейными проводами. Провод N – нейтральным проводом. Токи в линейных проводах и напряжение между ними называют линейными. Это линейное напряжение сети U_AB, U_BC, U_CA.
Фазные напряжения сети обозначаются U_A , U_B, U_C – это напряжения определяемые фазами источника. Все напряжения и токи учитываются в действующих значениях.
Синусоидальные функции фазных напряжений равны по амплитуде и имеют взаимный фазовый угол 120⁰, в той же последовательности чередование фаз, как и ЭДС. Фазные напряжения могут быть представлены как соответствующие векторы . При этом вектор , которому присвоен нулевой фазовый угол, принято изображать вертикально (рис.14.2в).
Связь линейных и фазных напряжений между собой устанавливается уравнениями на основе второго закона Кирхгофа:


, _{, .}
Трехфазная система напряжения сети

Рис. 14.2

Векторы линейных напряжений так же представлены на рис. 2 б. Все три линейные напряжения равны и имеют взаимный фазовый угол 120⁰. Такая система линейных и фазных напряжений называется симметричной.
Как видно из векторной диаграммы (рис.14.2 б) линейное напряжение равно удвоенной проекции вектора фазного напряжения под углом 30⁰. Значит:
_.
Таким образом трехфазная система напряжений в четырех проводах обеспечивает три линейных и три фазных напряжения. Они отличаются в раз.
Наиболее часто встречается система напряжений сети, указываемая как 380/220 В. Это , .
Расчеты токов в трехфазных цепях при переменном синусоидальном напряжении в общем случае определены символическим методом.
Применяются расчеты и в действительных числах с построением соответствующих векторных диаграмм напряжений и токов.
Потребителями в трехфазных сетях могут быть однофазные и трехфазные устройства.
Однофазные устройства, как правило, маломощные. Это устройства освещения, маломощные нагревательные устройства и микродвигатели, блоки питания управляющих автоматов, устройства информационных технологий-персональные компьютеры, принтеры.
В паспорте однофазных потребителей указывается номинальное напряжение .
В соответствии со значением этого параметра однофазные потребители подключаются на равные ему линейное и фазное напряжение сети. Для сети это несимметричная нагрузка.


Трехфазные потребители – это электродвигатели, мощные нагревательные устройства и другие силовые установки. Они имеют три конструктивно оформленные фазы потребителя, которые идентичны.
Как правило, трехфазные устройства характеризуются достаточно большой мощностью. В паспорте трехфазных потребителей указывается номинальное напряжение - линейное. В трехфазной сети трехфазные потребители подключаются к линейным проводам. . При этом их фазы могут быть соединены треугольником либо звездой. Нагрузка для сети симметричная.
При соединении фаз потребителя треугольником каждая из фаз подключается на линейное напряжение(рис. 14.3).


Соединение фаз потребителя треугольником


_, .

Рис. 14.3

При симметричной нагрузке фазовые токи потребителя равны и имеют взаимный фазовый угол 120⁰. Линейные токи при симметричной нагрузке также равны и имеют взаимный фазовый угол 120⁰.

При соединении фаз потребителя звездой, один из проводов каждой фазы подключается к точкам А,В,С соответственно, а остальные три провода присоединяются к точке N (рис.14. 4).
При таком соединении к каждой из фаз потребителя приложено фазное напряжение сети.


С
оединение фаз потребителя звездой
Рис. 14.4

При симметричной нагрузке Z и φ каждой из фаз потребителя одинаковы. В этом случае фазные токи равны и имеют взаимный фазовый угол 120⁰. Их векторная сумма определяет нулевое значение тока в нейтральном проводе. Поэтому трехфазные потребители при соединении фаз звездой к нейтральной точке не подключается. Равенство фазных напряжений потребителя и их взаимные фазовые углы 120⁰ обеспечиваются симметричностью нагрузки.