Достоинства трехфазной цепи

Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одна ЭДС, называется однофазной цепью. В многофазной цепи имеется несколько ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Так, в двухфазной цепи две ЭДС, в трехфазной —-три и т. д.

Замена двух электрически не связанных однофазных цепей (рис. 5.1, а) одной двухфазной цепью (рис. 5.1,6) позволяет уменьшить число проводов цепи. Два провода заменяются одним, который называется нейтральным проводом.

Расход металла пропорционален площади сечения проводов, которые выбираются по допустимому току. Примем Iа = Iв = 50 А. Тогда площадь сечения линейных проводов, должна быть не менее 6мм².

При совпадении ЭДС по фазе совпадают по фазе и токи, поэтому по первому закону Кирхгофа In = Ia +Iв = 100 А. При этом токе потребуется нейтральный провод площадью сечения не менее 16 мм². Общая же площадь сечения проводов схемы (рис. 5.1,а) 4·6= 24 мм², а схемы (рис. 5.1,6) 2·6+16 = 28 мм², т. е. переход к связанной двухфазной цепи без сдвига по фазе ЭДС приводит к увеличению расхода металла на провода. Чтобы получить экономию металла, нужно уменьшить ток нейтрального провода. Этого можно достигнуть, сдвинув по фазе линейные токи (за счет сдвига по фазе ЭДС).

Из рис. 5.2 видно, что ток нейтрального провода имеет минимальное значение при угле сдвига фаз 180° между линейными токами I_А и I_B.

Если I_A=I_B , то ток нейтрального провода I_N= 0. Ввиду отсутствия тока I_N вполне можно обойтись без нейтрального провода. Тогда двухфазная цепь будет содержать два провода против четырех проводов при однофазном исполнении цепи, т. е. достигается уменьшение расхода металла на провода в два раза.

В трехфазной цепи (рис. 5.3) применяются три линейных и один нейтральный провод против шести проводов

при однофазном исполнении цепи. Причем если нагрузка фаз приемника равномерная (I_А = I_В = I_с), то можно обойтись без нейтрального провода.

При равномерном распределении нагрузки по фазам приемника (I_A=I_B=I_C) и сдвиге по фазе ЭДС Е_А, E_B , Е_с относительно друг друга на угол 120° (рис. 5.4) ток в нейтральном проводе отсутствует, так как I_N = I_a + I_B + I_c = 0. Если же нагрузка неравномерная (I_A ≠I_B ≠I_c), ток в нейтральном проводе существует (рис. 5.5).

Итак, с целью экономии металла проводов и уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи ЭДС Е_А, Е_в, Ее трехфазного генератора сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на 120°, чтобы ток в нейтральном проводе был минимальным или отсутствовал совсем. Из-за большого экономического эффекта трехфазных цепей в настоящее время в большинстве случаев передача электроэнергии осуществляется трехфазным током.

В сравнении с однофазными трехфазные цепи обладают также следующими достоинствами: 1) при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазных генератора с такой же общей мощностью; то же относится к трехфазным дви­гателям и трансформаторам; 2) трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа трехфазных двигателей; 3) суммарная мгновенная мощность трехфазного двигателя постоянная (у однофазного двигателя мощность пульсирует с двойной частотой тока), что обеспечивает на валу двигателя постоянный вращающий момент.