> Техника, страница 80 > Системы переменного тока
Системы переменного тока
Системы переменного тока (смотрите Переменные токи и Трехфазный ток) бывают следующие: 1) по числу фаз — однофазные и многофазные, 2) по числу проводов — двухпроводные и многопроводные.
Однофазные системы. Первые установки, работавшие на переменном токе, были однофазными. Вследствие отсутствия отвечающего различным запросам практики однофазного двигателя, однофазные установки для силовых и осветительных целей с появлением трехфазного тока не только почти перестали строить, но целый ряд существовавших однофазных установок был переделан в двух- или трехфазные. Ныне однофазные силовые и осветительные установки встречаются редко: в основу электрификации во всех странах положены районные станции и сети трехфазного тока, на питание от которых должны постепенно переходить и потребители всех других существующих пока отдельно установок; помимо этого и до сих пор нет однофазных электродвигателей, способных конкурировать с трехфазными. Для передачи значительных количеств энергии на большие расстояния однофазные системы не применяются: расход меди для трехфазной системы составляет 75% расхода меди, потребной для однофазной системы при том же напряжении между проводами и том же кпд передачи (тех же потерях); при одинаковых размерах однофазный генератор развивает значительно меньшую мощность, чем трехфазный. Однофазные двигатели сложнее, дороже трехфазных и вызывают большие колебания напряжения при пуске. Поэтому несмотря на то, что однофазные цепи проще многофазных, распределение энергии однофазными системами чрезвычайно редко применяют для питания двигателей свыше 10 Η3. Распределение о д н о ф а в-ны ми цепями наиболее принято для целей освещения как в однофазных, так и в многофазных (в виде однофазных ответвлений от трехфазных сетей) установках. Кроме того однофазные цепи применяют для электрических печей, нагревательных приборов и некоторых вспомогательных целей. Для целей же тяги в связи с развитием за последние два десятилетия однофазного коллекторного двигателя однофазный ток применяется часто при электрификации железных дорог (в особенности в Германии, Австрии и Швейцарии). Однофазные установки можно (подобно. установкам постоянного тока) выполнять в виде двухпроводных и трехпроводных (смотрите Трехпроводные системы). Трехпроводные установки выполняются так же, как при постоянном токе, но деление напряжения при переменном токе осуществимо значительно легче, так как нулевой провод можно просто присоединить к средней точке обмотки генератора или трансформатора; если при этом можно ожидать больших неравномерностей в распределении нагрузки между двумя половинами трехпроводной системы, то во избежание неодинаковых падений напряжения в обеих половинах нужны изменения конструкции или схемы соединений обмоток трансформатора. Однако (за исключением США, где они иногда применяются) трехпроводные однофазные системы практич. распространения не получили: при переменном токе для уменьшения расхода металла на проводе можно вместо увеличения числа проводов прибегать к повышению напряжения посредством трансформирования; кроме того при трехпроводной системе более целесообразен трехфазный ток.
Двухфазные системы встречаются в настоящее время крайне редко (для питания электрич. печей); в США они были ранее широко распространены, причем из построенных в этой стране двухфазных установок часть существует и поныне. Двухфазные системы представляют собой сочетание двух однофазных систем, в которых эдс и соответственно токи сдвинуты по фазе (смотрите Сдвиг фаз) на 90° (четверть периода); получить такие токи (двухфазный ток) возможно от двух имеющих общий вал генераторов, обмотки якорей которых расположены друг по отношению к другу со сдвигом на 90°; на практике их получают от одного генератора с двумя обмотками, сдвинутыми на 90°. Для соединения обмоток генераторов, трансформаторов и проводов применимы следующие схемы.
I) Четырехпроводная несвязанная (несопряженная) система (фигура 1). Обе обмотки (фазные обмотки, или ф а-
з ы) не соединены между собой; преимущество: независимость (электрическая) обеих фаз друг от друга; недостатки: сложность (четыре провода) и больший расход металла на провода. 2) Т р е хп р о-водная система (фигура 2). Обе фазы соединены между собой в нулевой точке, каждая одним из своих концов; эту систему можно рассматривать как полученную из предыдущей следующим образом: для каждой фазы сохранен свой прямой провод, обратные же провода обеих фаз объединены в один общий провод, исходящий из нулевой точки; преимущество: экономия металла; недостаток: несимметричность си
стемы, вследствие чего падения напряжения м. б. настолько различны в отдельных проводах линии, что в конце ее напряжения фаз неодинаковы, и сдвиг отличен от 90°; это неблагоприятно для присоединенных двигателей: различна будет мощность, потребляемая фазами, т. ч. возможна перегрузка одной из них. Основные соотношения между токами и напряжениями: линейное напряжение между крайними проводами υΛ=~[/~2ϋφ, где — фазное напряжение (фигура 2); ток в нулевом проводе 1ф=У~21ф, причем 1ф— ток в крайних проводах (линейный, в данном случае равный фазному). 3) Четырехпроводная связанная (сопряженная) система (фигура 3): обе фазы соединены между собой в своих средних точках. Линейные напряжения меньше, чем в предыдущем случае:
ϋΛι=ϋ* =
VY
= 0,71(7,
Ф’
токи: 1л=1ф. Если от нулевой точки проложить пятый провод, то можно располагать еще и половиной фазного напряжения, к-рое можно использовать (например для присоединения низковольтных ламп). К недостаткам двухфазных систем следует отнести, что изготовление двухфазных генераторов требует отклонения от нормальных процессов массового производства.
Трехфазные системы в настоящее время наиболее распространены в силовых и осветительных установках (для тяги в виде исключения, главным образом в Италии); достоинства: значительная экономия металла на провода (смотрите Распределение электрической энергии) и одинаковая пригодность для осветительных и силовых целей благодаря наличию весьма совершенных двигателей трехфазного тока, асинхронных и коллекторных; представляют собой сочетание трех однофазных систем, в которых эдс и токи (смотрите Трехфазный ток) сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120° (треть периода). Соединение обмоток генераторов и трансформаторов осуществляется по одной из следующих схем. 1) Три фазы не связаны между собой; на практике вследствие сложности и большого расхода металла на провода (6 проводов) не применяется. 2) Трехпроводные системы: а) обмотки генераторов и трансформаторов соединены между собой треугольником (фигура 4):
ил=иф; 1Л=1ф У~3=1,73/0, б) соединение звездой (фигура 5):
и л=иф Υ?>, 1Л — 1ф.
Выбор той или иной из этих двух систем определяется тем, требуется ли в данной части сети большой ток при малом напряжении (треугольник) или же наоборот (звезда). 3) Ч е-тырехпровод-ная система: соединение звездой с нулевым проводом (фигура 6), Здесь возможно использовать два различных напряжения (фазное и линейное), поэтому возможно присоединение к одной и той же сети осветительных приборов (включается между одним из фазных прово-
четырехироводная система применяется там, где можно ожидать неравномерного распределения нагрузки между тремя частями (фазами) системы (нулевой провод при этом, неся разность токов, выравнивает несимметричность). Трансформирование в трехфазных системах осуществляется с помощью трехфазных или же однофазных трансформаторов. Первичные и вторичные обмотки одного трехфазного трансформатора или одной трансформаторной группы, состоящей из трех однофазных трансформаторов, включают треугольником или звездой. Применение однофазных трансформаторов с соединением треугольником на первичной и вторичной стороне позволяет при повреждении одного из трансформаторов отдавать с помощью двух остальных 58% нормальной мощности. При неравномерной нагрузке целесообразно соединение смешанное, например тре-Фигура 7. угольник для первичной стороны и звезда для вторичной. Иногда треугольник на первичной стороне невыгоден для выполнения трансформаторов; тогда первичные обмотки включают звездой, а вторичные — зигзагом (звезда, в которой каждая фаза состоит из двух секций, расположенных на различных сердечниках трансформатора, как на фигуре 7).
Шестифазные системы применяются редко (на подстанциях для подвода энергии от трансформаторов к одноякорным преобразователям или ртутным выпрямителям); м. б. получены из трехфазных.
Системы для одновременного потребления однофазного и многофазного токов большого распростра-
, b
VWWWVWWW
·-*-чЛЛЛЛМЛЛЛАЛЛЛ-
нения не получили, встречаются в старых установках: м о н о ц и-клическая система Штейнметца (главная обмотка и вспомогательная, создающая напряжение, в 4 раза меньшее и сдвинутое по фазе на 90°), полициклическая система Арнольда, Браг-штадта и Лякура (для передачи по одной и той же сети токов различной частоты и напряжения) и др.
Преобразование многофазных систем при помощи статич. схем (трансформаторов) применяется для уравновешенных систем. Наиболее распространена (в США в старых установках) схема Скотта для преобразования трехфазной системы в двухфазную и обратно с помощью двух однофазных трансформаторов (фигура 8). Коэф. трансформации трансформатора Т2 равен m : п у трансформатора Тг
он равен — пг:п. Между зажимами а, бис —
нормальное трехфазное напряжение; d — средняя точка обмотки bс. Напряжения между b и с и соответственно a w. d относятся, как
yj~
1; —; вторичные напряжения и1 и U„ равны и сдвинуты по фазе на у.
Лит.: Воронов А., Переменные электрич. токи, П., 1915; К р у г К., Основы электротехники, т. 2, 3 изд., М.—Л., 1932; Миткевич В., Теория переменных токов, Л., 1931 (литогр.); СЭТ, Справочная книга для электротехников, т. 1, отд. 2, 2 изд., Л., 1930; Ф а у л ь Ф., Справочник по электротехнике, пер. е англ., т. 1,
M. —Л., 1929;×а щ и н о к и и В., Канализация Электр, энергии (Сети), ч. 1, 3 изд., Л., 1931; Черданцев И., Теория переменных токов, 3 изд., М.—Л., 1932; Н е г-ζ о g-F e 1 d m а η n, Die Berechnung elektr. Leitungs-netze in Theorie u. Praxis, 4 Aufl., B., 1927; La Cour
J. u. Bragstadt 0., Theorie d. Wechselstrdme, B., 1923; Fraenkei A., Theorie d. Wechselstrome, 3 Aufl., Berlin, 1931; К i t t 1 e r E., Allgemeine Elektrotechnik, B. 2, Stg., 1909; К a г a p e t о 1 f V., The Electric Circuit, N. Y., 1912; M a I t i M., Electr. Circuit Analysis,
N. Y., 1930; Steinmetz C., Theory a. Calculation of Alternating Current Phenomena, N. Y., 1916; Steinmetz C., The Electric Circuit, N. Y., 1917; Rziha E. u. S e i d e n e r J., Starkstromtechnik, 7 Aufl., B. 2,
B., 1931. В. Хащвиский.