что называют многофазной системой

Основные определения. Многофазные цепи и системы

Многофазные цепи и системы.

Многофазной системой электрических цепей называют совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе и создаваемые общим источником электрической энергии. Отдельные электрические цепи, входящие в состав многофазной электрической цепи, называются фазами.Число фаз многофазной системы цепей будет обозначаться через m.

Обычно электрические цепи, образующие многофазную систему цепей, тем или иным способом электрически совпадают друг с другом. При этом многофазную систему электрических цепей мы будем кратко называть многофазной цепью. В частности, при
m = 3 мы имеем трёхфазную цепь.

Совокупность ЭДС, действующих в фазах многофазной цепи, а также совокупность токов и напряжений в многофазной цепи называют многофазной системой, соответственно, ЭДС, токов и напряжений.

Рассмотрим основные признаки классификации многофазных систем ЭДС, напряжений и токов.

Различают системы симметричные и несимметричные.

Симметричной называют многофазную систему ЭДС, в которой ЭДС в отдельных фазах равны по амплитуде и отличны по фазе друг от друга на углы, равные ,
где q – любое целое число.

Для трёхфазной цепи (m=3) при q=1 получаем систему трёх равных по амплитуде ЭДС, сдвинутых друг относительно друга на угол (рис.8.1,а).

Соответственно, для действующих значений ЭДС в комплексной форме можем написать:

Обозначим = а.

а – фазный множитель.

Соответственно, симметричную трёхфазную систему ЭДС можно записать в виде:

Как видно из рис.8.1, ЭДС в фазах проходят через максимум в порядке номеров фаз (1, 2, 3, 1, 2, 3). Такую систему называют симметричной системой прямой последовательности (рис.8.1.а).

Приняв q = 2, получим симметричную систему обратной последовательности (рис.8.1,б), в которой ЭДС проходят через максимум в обратном порядке номеров фаз (1, 3, 2, 1, 3, 2).

Её можно написать в виде:

Положив q = 0, получим систему нулевой последовательности (рис.8.1,в), в которой все три ЭДС проходят через максимум одновременно. Её можно записать в виде:

Отметим важное положение, что для симметричной системы с прямой или обратной последовательностью сумма ЭДС во всех фазах равна нулю:

Всё сказанное выше относится в равной степени к симметричным системам напряжений и токов.

Несимметричными системами называют многофазные системы, не удовлетворяющие вышеуказанным условиям симметрии.

Нередко фазы обозначают буквами A, B, C (или a, b, c). В таком случае при прямом следовании фаз, ЭДС проходят через максимум в порядке алфавита (A, B, C, A, B, C…).

Другим важным признаком классификации является зависимость или независимость мгновенного значения мощности многофазной системы от времени.

Уравновешенными называют многофазные системы, мгновенное значение мощности которых не зависит от времени.

Неуравновешенными называют многофазные системы, мгновенное значение мощности которых является функцией времени.

Перейдём теперь к вопросу о связывании многофазных цепей. Основными видами связывания являются связывание звездой и связывание многоугольником (чаще всего треугольником).

8.2 Трёхфазные цепи переменного тока

Элементы трёхфазных цепей переменного тока.

Генераторы, линии передачи электроэнергии, электродвигатели оказываются технически более совершенными, и в конечном итоге более выгодными экономически, если они построены на принципах трёхфазных цепей переменного тока.

Создание в 1889г. выдающимся русским учёным Михаилом Осиповичем Дошво-Добровольским (1862 г – 1919 г) связанной трёхфазной цепи переменного тока явилось важным событием в истории электротехники. (Он же изобрёл и асинхронный двигатель АД).

Трёхфазная электрическая цепь является упорядоченным электрическим соединителем трёх источников переменного напряжения (или тока), имеющих постоянную разность временных фаз, и трёх потребителей (или трёх групп потребителей) электроэнергии.

Каждая ветвь трёхфазной цепи называется фазой.

Упорядоченность трёхфазной цепи проявляется в том, что в фазах источником обеспечивается примерное равенство амплитуд напряжений, а также амплитуд токов. Это достигается конструкцией генераторов и выравниванием сопротивлений фаз потребителей.

Для получения трёхфазного тока на электростанциях применяют специальные трёхфазные генераторы, имеющие три обмотки, сдвинутые относительно друг друга и поэтому дающие три ЭДС с фазовым сдвигом 120 0 между собой.

Наличие двух различных напряжений является одним из достоинств трёхфазного тока.

Графики а) и векторная диаграмма б) фазных и одного линейного напряжения.

Каждая фаза имеет начало и конец. Начало фаз принято обозначать латинскими буквами A, B, C, а концы – буквами X, Y, Z (для генератора), малыми буквами a, b, c (начала), x, y, z (концы) – для потребителя

Практически используются две схемы симметричных соединений трёх фаз: звезда (рис.8.3а), когда соединяются вместе концы всех обмоток X, Y, Z, и треугольник (рис.8.3б), когда соединяются начало одной обмотки с концом другой в последовательности A – Z,
B – X, C – Y.

Начала и концы фаз обозначаются соответственно:

Начала и концы фаз обозначаются соответственно:

Фазы трёхфазного генератора (источника) соединяются либо звездой (соединение точек X, Y, Z), либо треугольником (соединение A – Z,
B – X, C – Y). Фазы трёхфазного потребителя обозначаются малыми буквами (x, y, z; a, b, c).

8.3 Варианты схем соединений фаз источников и приёмников

Трёхпроводная линия соединяет начала соответствующих фаз источника и приёмника ( A – a, B – b, C – c).

Участки цепи A – a, B – b, C – c называются фазами линии.

В трёхфазной цепи возможно включение отдельных однофазных потребителей (или их сочетаний) на фазы линии и на одну фазу и нулевой провод (рис.8.6.).

Провода, соединяющие фазы генератора и приёмника, называются – линейными, а токи в них линейными токами (). Напряжение этих токов условно принято указывать от генератора к приёмнику, также как направление ЭДС () от концов фаз к их началам. Напряжения между началами и концами фаз генератора называются фазными и обозначаются . Напряжения между началами фаз генератора называются линейными и обозначаются .

Фазными токами называются токи, протекающие по фазам, причём у источников их положительные направления принимаются от конца фазы к её началу (), а у приёмников – в противоположном направлении ().

Мгновенные значения токов генератора описываются уравнениями:

8.4 Соединение генератора и нагрузки «звездой»

Соединение, выполненное звездой, представляет собой такое соединение фаз генератора или приёмника, при котором все начала (или концы) фаз соединены в один узел, называемый нулевой или нейтральной точкой.

На рис.8.7. Показано соединение звездой фаз генератора и комплексных сопротивлений приёмников.

(8.1)

(Направление тока в нулевом проводе условно указывается от приёмника к генератору).

Применяем сопротивления фаз генератора равными нулю (), тогда

Линейные и фазные напряжения приёмника связаны соотношениями:

(8.2)

Падение напряжения на сопротивлении нулевого провода равно:

(8.3)

где

Если известны ЭДС генератора и сопротивления фаз приёмника, то фазные напряжения приёмника определяются выражениями:

(8.4)

При этом токи в фазах приёмника и нулевом проводе равны:

(8.5)

8.5 Симметричный (равномерный) режим работы при соединении «звезда/звезда».

(8.6)

т. к. , то

(8.7)

(8.8)

при

.

Векторная диаграмма для равномерной нагрузки приведена на рис.8.10.

Симметричный режим работы с нулевым проводом (рис.8.9.) аналогичен работе схем без нулевого провода. Векторная диаграмма токов и напряжений имеет вид (рис.).

Векторная диаграмма при равномерной нагрузке фаз генератора приведена на рис.8.10.

При симметричной ЭДС генератора линейные и фазные напряжения приёмника связаны соотношением , а линейные токи равны фазным . При равномерной нагрузке фаз генератора нулевой провод можно устранить без изменения силы тока и напряжения приёмников.

Источник

Многофазная система электрических цепей

Употребляется в документе:

Электротехника. Термины и определения основных понятий

Смотреть что такое «Многофазная система электрических цепей» в других словарях:

многофазная система электрических цепей — Совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные электродвижущие силы одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе, создаваемые общим источником электрической энергии. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики… … Справочник технического переводчика

многофазная система электрических цепей — 156 многофазная система электрических цепей Совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные электродвижущие силы одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе, создаваемые общим источником электрической… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

многофазная система электрических цепей — Совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные э.д.с. одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником электрической энергии … Политехнический терминологический толковый словарь

многофазная система электрических токов — Совокупность синусоидальных электрических токов одной частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе, действующих в многофазной системе электрических цепей. Примечание — Аналогично определяют многофазные системы электрических напряжений … Справочник технического переводчика

многофазная система электрических токов — 160 многофазная система электрических токов Совокупность синусоидальных электрических токов одной частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе, действующих в многофазной системе электрических цепей. Примечание Аналогично определяют… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Многофазная система электрических токов — 1. Совокупность синусоидальных электрических токов одной частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе, действующих в многофазной системе электрических цепей Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения… … Телекоммуникационный словарь

многофазная система э.д.с. — Совокупность синусоидальных э.д.с. одной частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе, действующих в многофазной сстеме электрических цепей … Политехнический терминологический толковый словарь

многофазная электрическая цепь — Многофазная система электрических цепей, в которой отдельные фазы электрически соединены друг с другом. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия … Справочник технического переводчика

Источник

Что называют многофазной системой

Глава 21. Многофазные системы. Часть 1.

Вопросы для рассмотрения:

1. Упущенная на заре электротехники возможность, или тщательно «забытая» практика конца 19 – начала 20 века, которой занимался Н. Тесла? Его знаменитый автомобиль.

2. Многофазные локальные электромеханические системы – база для разработки НЭГ.

3. Силовой АЦП в 19 веке – могло ли такое быть?

Раздел 1. Введение в тему.

Раздел 2. Другая логика.

Анализ вышеизложенных пяти пунктов с точки зрения изложенной в Главе 20 , дает основания для следующих обобщающих выводов:

Теперь сделаем неочевидный главный вывод, вытекающий из скрытых от первого взгляда нюансов:

Однофазные и многофазные электрические системы, в которых протекают постоянные коммутируемые (импульсные) токи чудеснейшим образом, своими свойствами, пересекаются между собой, более того последние становятся самыми близкими родственниками трехфазных и многофазных систем с переменными токами.

Т.е. многофазные электрические системы с постоянными (переменными) токами являются более универсальными и интересными физическими объектами, достойными самого пристального внимания, нежели общеизвестные.

Из этого вывода выделим слово «коммутируемые». Это значит, что затраты на коммутацию (а коммутация – это информационная ипостась, позволяющая реализовывать любой алгоритм) можно сделать исчезающе малыми.

При этом создать в пространстве многофазной электрической машины псевдовращающееся (дискретно меняющее угловое положение) настоящее магнитное поле (с присутствующими в нем настоящими магнитными линиями). А это уже кое-что, т.е. даже не кое-что, а база для создания индукции, и далее, по логике – база для настоящего НЭГ (дадим ему предварительное название – СУПЕРНЭГ) и для электромоторов с КПД>>1,0.

Кстати, многофазный электромотор-генератор работающий на экспоненциальных токах уже был нами рассмотрен в

На данный момент мы имеем все теоретические предпосылки для конструкторской реализации локальных многофазных электрических систем с КПД>>1,0.

Попутно будем решать частные непринципиальные проблемы, которые гарантированно будут возникать в процессе разработки.

Первая тема : Мотор для автомобиля Н. Тесла.

Вторая тема : Многофазно/трехфазный электрогенератор СУПЕРНЭГ.

Третья тема : Способы усиления динамики изменения напряженности магнитного поля.

Раздел 3. Мотор для автомобиля Н. Тесла.

В этом разделе мы рассмотрим конструкцию компактной локальной многофазной электромеханической системы, которая легко могла быть реализована в конце 19 – начале 20 веков, на том уровне электротехники. Эта система может использоваться как не имеющий ограничения по КПД преобразователь энергии постоянного тока в механическую мощность, т.е. как электромотор, работающий от аккумулятора, сетевого источника питания или гальванических элементов, причем необходимых ему только в момент запуска. Способный развивать огромную механическую мощность, и работать в таком режиме до тех пор, пока запускающий аккумулятор не использует весь свой ресурс по циклам разряд-заряд, т.е. до полного своего физического старения. Своевременная замена аккумулятора гарантирует практически неограниченное время работы описываемого электромотора.

Система, абсолютно беспроблемно адаптируется (в части касающейся устройств коммутации) под современный уровень электро-радиотехники.

Система состоит из четырех (трех) функционально различных, но взаимосвязанных устройств:

Начнем с варианта, который можно было реализовать век назад.

Главный узел – многофазный преобразователь энергии псевдовращающегося магнитного поля в механическую мощность изображен на Рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства многофазного электромотора с одноплечим ротором.

Это кольцевой статор с 32-мя (в данном материале рассматривается вариант с 32 секторами, только потому, что удобно рисовать, на самом деле башмаков и обмоток может быть произвольное количество – до сотни) плотно расположенными на нем башмаками фазных обмоток. Обмотки нумерованы с 1 по 32. Выводы 1*, 2*, 3* и т.д. – условно – начало намотки. Выводы 1, 2, 3 и т.д. – условно – конец намотки.

Внутри статора, через подшипники расположен одноплечий (на этом варианте проще усваивается тема) немагнитный (он может быть и магнитным – см. далее) ротор, с прикрепленным на ближнем к статору конце, ферромагнитным силовым элементом (кусок стали).

В качестве силового элемента может выступать и постоянный магнит. Но это тема для отдельного разговора, т.к. взаимодействия в этом случае будут более сложные.

Крутящий момент ротора снимается с силового вала.

На Рис. 2. показана принципиальная электрическая схема этого узла (МФСС – МногоФазная Силовая Система).

Рис. 2. Электрическая схема многофазного электромотора.

Для обеспечения работоспособности МФСС обязательно необходим соответствующий коммутатор. Здесь для простоты, мы сначала рассмотрим обычный механический коллектор. В данной конструкции он двухгруппный: первая группа контактов (2 шт.) – обеспечивает подачу напряжения от Силового Источника Питания (СИП) – он неподвижен, к подвижному бегунку.

Рис. 3. Схема устройства 32-контактного механического коллектора.

Рис. 4. Схема устройства дискового 32-контактного механического коллектора.

Электрическая схема 32-контактного механического коммутатора показана на Рис. 5.

Рис. 5. Электрическая схема 32-контактного механического коллектора.

На Рис. 6. показан умощненный (8 синхронных фаз) вариант многофазного электродвигателя с немагнитопроводящим ротором.

Рис. 6. Схема устройства многофазного электромотора с двуплечим немагнитопроводящим ротором и с восемью синхронными фазами.

Восемь обмоток совместно тянут два ферромагнитных силовых элемента. Соответственно примерно во столько же раз увеличивается величина крутящего момента. Но при этом в восемь раз увеличивается и величина потребляемой энергии (форсированный режим). Есть и плюс – более рационально используется внутренний объем мотора. Общий КПД (КПЭ) остается на прежнем уровне.

На Рис. 7 показан вариант двигателя с двуплечим магнитопроводящим ротором и с восемью синхронно включаемыми (две группы по 4 с попарно-диаметрально противофазно электрически (синфазно по магнитному полю) включенными обмотками. Такая компоновка и включение обеспечивают возможность формирования псевдовращающегося магнитного поля почти аналогичного настоящему (создаваемому вращающимся постоянным магнитом или соленоидом) в системе статор-ротор. Данный вариант пригодится нам при рассмотрении темы НЭГ.

Рис. 7. Схема устройства многофазного электромотора с двуплечим магнитопроводящим ротором и с восемью синхронными фазами, попарно-диаметрально включенными противофазно электрически (синфазно по магнитному полю).

Теперь, когда мы в общих чертах знаем устройство отдельных узлов локальных многофазных систем, мы можем перейти от механики на рисунках, к электротехническим и радиотехническим схемам, и далее рассуждать на уровне этих схем.

Рис. 8. Электрическая схема многофазного электромотора, имеющего одноплечий ротор, с управлением от независимого механического коллектора.

На Рис. 8. показана электрическая схема многофазного электромотора имеющего одноплечий ротор и управление от независимого механического коллектора, т.е. электромотора показанного на Рис. 1.

Рис. 9. Электрическая схема многофазного электромотора, имеющего двуплечий немагнитопроводящий ротор, с управлением от независимого механического коллектора, с восемью синхронными фазами.

Рис. 10. Электрическая схема многофазного электромотора с коммутацией от электронной системы управления.

Рис. 10 возвращает нас в наше время. На дворе как-никак 21 век. Это схема для двигателя с немагнитопроводным ротором.

В приведенной схеме вместо механического коллектора используется Электронное Устройство Управления (ЭУУ), плюс добавлена Матрица Электронных Ключей (МЭК).

Такие нововведения обеспечивают сохранение функций ушедшего в прошлое механического коллектора, плюс дают широчайшую гибкость управления подачей напряжения на конкретные фазные обмотки МФСС.

ЭУУ – на базе микропроцессора (лучший вариант), или скажем, обычный кольцевой счетчик, работающий от регулируемого по частоте генератора прямоугольных импульсов (задатчика скорости вращения ротора), или делитель частоты плюс шифраторы – дешифраторы, плюс несколько переключателей. В общем, для любого электронщика, сделать такое устройство – задача двух–трех вечеров.

Теперь вы, уважаемый читатель, сопоставив все предложенные рисунки и схемы, легко разберетесь с описанными конструкциями, и после этого смело можете перейти на уровень рассмотрения конкретных конструкций двигателей чисто по электрическим схемам. Это удобнее и проще. Тем более, что во всех конструкциях двигателей на МФСС, узлы и устройства практически одинаковы.

Раздел 4. Описание принципа работы двигателей на МФСС.

Принцип работы многофазного электродвигателя очень и очень простой ( См. Рис. 1 ):

Очередная, подключенная через контакты механического коллектора к СИП, обмотка, притягивает ферромагнитный элемент ротора к своему башмаку, и так 32 раза за один оборот коллектора. Соответственно, и ротор 32 раза скачками перебрасывается из одного углового положения в другое. В общем случае, при N штук обмоток – N раз перебрасываний. N раз перебрасываний – это 360 градусов поворота ротора (или, что аналогично – поворота механического (электронного) коллектора). Т.е. ротор синхронно отслеживает положение бегунка коллектора.

Т.е. с какой бы угловой скоростью не вращался механический коллектор, с этой же самой скоростью будет вращаться и ротор двигателя.

Раздел 5. Расшифровка принципа работы двигателей на МФСС.

Вы спросите: «А где же те принципиальные тонкости, которые хотя бы декларативно, но обещают КПД (КПЭ) >> 1,0?».

Ответ на этот вопрос я уже написал в предыдущей фразе, перед словами «Вот и все…».

Т.е. с какой бы угловой скоростью не вращался механический коллектор, с этой же самой скоростью будет вращаться и ротор двигателя.

Потому, что эту фразу нужно расшифровать.

Примечание: Здесь мы не учитываем переходные процессы. Они будут уменьшать величину тока через катушки при очень больших угловых скоростях, когда длительность переходных процессов становится близкой к длительности протекания установившихся токов. Но методики расчета электрических цепей для того и существуют, что бы вгонять параметры цепей в требуемые рамки.

Так вот, мотор – это еще и механика. И ротор в нем это еще и рычаг. А у рычага есть параметр – плечо приложения силы. И сила эта – сила магнитного притяжения. Она, как мы прояснили выше – всегда одинакова, независимо от своего удаления от оси вращения ротора.

Раздел 6. Обобщающие выводы.

1. КПД (КПЭ) двигателей на основе МФСС увеличивается прямо пропорционально количеству башмаков-обмоток, т.е. прямо пропорционально количеству фаз. Количество фазных башмаков и обмоток определяют размер (в т.ч. радиус воздушного зазора между статором и ротором – это главный параметр) конкретного двигателя, и его мощность.

2. КПД (КПЭ) двигателей на основе МФСС увеличивается прямо пропорционально угловой скорости вращения ротора, задаваемой управляющим устройством.

4. Мощность, потребляемая приводом механического коллектора (МК) или электронным устройством управления (ЭУУ) пренебрежимо мала по сравнению с мощностью потребляемой фазными обмотками от СИП. Поэтому МК или ЭУУ лучше запитывать от СИП.

5. Механическая мощность, вырабатываемая двигателем много больше мощности потребления от СИП, поэтому часть ее можно через механоэлектрический обычный генератор направлять на подзарядку аккумуляторов СИП, или для самоподпитки. Оставшуюся часть использовать по прямому назначению, например, установить двигатель на автомобиль и кататься на нем пока смертельно не надоест.

Никола Тесла уже катался на подобном электромобиле. Может быть, и нам имеет смысл так покататься?

Раздел 7. СУПЕРНЭГ. Анонс.

Из-за дефицита времени даю только графические материалы. Описание и нюансы будут в одной из следующих глав.

Рис.11. Схема устройства ПМ «СУПЕРНЭГ».

Источник