Трехфазная система ЭДС

Трехфазные электрические цепи представляют собой частный случай многофазных цепей.

Трехфазные цепи - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2π / 3. Передача электрической энергии на дальние расстояния по трехфазным цепям более выгодна, чем передача энергии по однофазным цепям; кроме того, трехфазные синхронные генераторы и двигатели, трехфазные асинхронные двигатели и трансформаторы более просты в производстве, экономичны и надежны в эксплуатации. В трехфазных системах достаточно просто получить вращающееся магнитное поле, воздействие которого на проводники с током положено в основу принципа работы асинхронных и синхронных электродвигателей.

Источником электрической энергии в трехфазной цепи является синхронный генератор, в трех обмотках которого, конструктивно сдвинутых друг относительно друга на угол 2π / 3 и называемых фазами, индуцируются три э. д. с., фазы которых, в свою очередь, также сдвинуты относительно друг друга на угол 2π / 3.

Мгновенные значения ЭДС трехфазного источника

e_A = E_m∙sinωt, e_B = E_m∙sin(ωt - 120°), e_C = E_m∙sin(ωt + 120°),

где начальные фазы соответственно равны

ψ_eA = 0; ψ_eB = - 120°; ψ_eC = 120°.

Такая система называется симметричной. Временная и векторная диаграммы показаны на рис. 4.2 а, б. Векторная диаграмма токов и напряжений строится на комплексной плоскости, оси которой +1, +j повернуты на 90° против направления часовой стрелки. Такое направление осей часто принимается при расчете трехфазных цепей (исключительно для удобства).

Часть трехфазной системы, в которой может протекать один из её токов, называется фазой (фазы А, В, С).

Обмотки трехфазного источника питания могут быть соединены в звезду или в треугольник. При соединении обмоток звездой концы обмоток всех фаз (X, Y, Z) объединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной рис. 4.3, а. От начал обмоток (А, В, С) и нейтральной точки N выводят провода, по которым энергия подаётся потребителям (приёмникам). Провода, соединяющие начала обмоток источника и приёмника, называются линейными. Провод, соединяющий нейтральные точки источника и приёмника, называется нейтральным (нулевым).

Рис. 4.3 – Схемы соединения обмоток трехфазного источника:
а) звезда; б) треугольник

Напряжения между линейными проводами U_AB, U_BC, U_CA называют линейными напряжениями. Напряжения между нейтральным проводом и соответствующим линейным проводом U_A, U_B, U_C называют фазными напряжениями. Можно показать, что при соединении обмоток в звезду фазное напряжение меньше линейного в , а фазные токи равны линейным.

Временная и векторная диаграммы напряжений имеют тот же вид, что и диаграммы ЭДС.

За условное положительное направление токов в линейных проводах принято направление в сторону потребителей, а в нейтральном – в сторону источника.

При соединении обмоток источника (генератора, трансформатора) треугольником объединяют в одну общую точку начало и конец соответствующих фаз Х и В, У и С. Z и А (рис. 4.2, б). При таком соединении фазные напряжения равны линейным, а фазные токи меньше линейных в √3 (I_А, I_В, I_С – линейные токи; I_АВ, I_ВС, I_СА – фазные токи)

Широкое распространение в энергетике получили трехфазная четырехпроводная система и трехфазная трехпроводная система.

1. Схема «звезда».Векторные диаграммы для различных схем при неравномерной однородной нагрузке.

а).Четырёхпроводная схема. б). Трёхпроводная схема

2. Схема «треугольник». Векторная диаграмма при равномерной неоднородной нагрузке.

Электроника.

Физические основы работы полупроводниковых приборов.

К полупроводникам относят материалы, занимающие по своему удельному сопротивлению промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При производстве полупроводниковых приборов наибольшее применение нашли германий Ge и кремний Si. У идеальных кристаллов германия и кремния, относящихся к четвертой группе периодической системы Менделеева, все валентные электроны образуют связанную пару. Такие идеальные кристаллы не проводят электрический ток.

При добавлении в кристалл кремния элементов из пятой группы, например сурьмы Sb или фосфора P появляется несвязанный, свободный электрон. Таким образом, в кристалле кремния возникает электронная проводимость, а полупроводник называется n – типа. Примесь, образующая электронную проводимость, называется донорной.

Добавление в кремний трехвалентной примеси, например, галлия Ga или индия In приводит к тому, что три валентных электрона индия участвуют в образовании ковалентных связей с атомом кремния, а одна связь остается свободной. Таким образом, для образования четвертой ковалентной связи примесным атомам не хватает по одному электрону. В кристалле кремния образуется "дырка", способная присоединить свободный электрон. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной проводимостью или полупроводником p - типа, а соответствующая примесь называется акцепторной.

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на явлениях, происходящих на границе двух полупроводников с различными видами проводимости. Электронно-дырочный переход или р- n – переход.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный ток. Выпрямление переменного тока основано на односторонней проводимости диода. Вольтамперная характеристика р - n перехода, изображенная на рисунке, является характеристикой диода. При включении диода в прямом направлении сопротивление его электрическому току очень мало. При обратном включении – сопротивление диода велико и он практически не пропускает электрический ток. Выпрямление переменного напряжения (тока) показано на рис.6.3. При действии положительной полуволны входного напряжения U₁ диод включен в прямом направлении, сопротивление его мало и на сопротивлении нагрузки R_н падение напряжения U₂ практически равно входному напряжению.

Выпрямители присутствуют во всех электронных устройствах, питающихся от сети переменного тока. Схема нестабилизированного выпрямителя содержит :силовой трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения питающей сети в напряжение, необходимое для получения заданного значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя; полупроводниковые диоды (вентили), предназначенные для преобразования переменного напряжения в постоянное; сглаживающий фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

В зависимости от мощности, напряжения, допустимых пульсаций и т. д. применяются различные схемы выпрямления.

Однофазная мостовая схема находит наибольшее применение при питании от однофазной сети, рис.6.7. Обратное напряжение, приходящееся на один диод и напряжение вторичной обмотки трансформатора при этой схеме примерно в 2 раза меньше, чем в двухполупериодной схеме.

Точный аналитический расчет выпрямителей представляет определенные трудности, в связи с тем, что полупроводниковые приборы, применяемые в качестве преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение, являются нелинейными элементами. Расчет таких электрических цепей проводится по приближенным формулам с использованием графических зависимостей.