Тема 4. Трифазні електричні кола
1. Принцип побудови трифазної системи
Об'єднання в одній лінії електропередачі декількох ланцюгів змінного струму з незалежними джерелами електроенергії називається багатофазною системою. Найбільше поширення одержала трифазна система, яка була винайдена й розроблена у всіх деталях, включаючи генератор трифазного змінного струму, трифазний трансформатор і асинхронний двигун, М. О. Доливо-Добровольским в 1889-1891 рр. Завдяки своїм перевагам винахід привернув увагу інженерів і промисловців усього світу; трифазна система швидко зайняла провідне положення у світовій електротехніці й зберігає його дотепер.
Трифазною системою змінного струму називається сукупність трьох однофазних змінних ЕРС (струмів) однакової частоти й амплітуди, зрушених одна відносно іншої по фазі на 1/3 періоду (120°). Кожна з ЕРС (струмів) перебуває у своїй фазі періодичного процесу, тому часто називається просто «фазою». Також «фазами» називають провідники – носії цих струмів.
Причини широкого розповсюдження трифазних систем:
1. Значна економія металу проводів порівняно з трьома однофазними лініями.
2. Низькі вартість, маса і висока економічність трифазного генератора порівняно з трьома однофазними.
3. Можливість отримання обертового магнітного поля трьома нерухомими котушками.
Для того щоб з'ясувати, як одержують трифазний змінний струм, коротко розглянемо устрій трифазного генератора (більш докладно воно буде розглянуто нижче у темі 9.2). Трифазний генератор складається із трьох однакових ізольованих друг від друга обмоток, розташованих на статорі й рознесених у просторі на 120°. У центрі статора обертається електромагніт
(мал. 1).
При цьому форма магніту така, що магнітний потік, що пронизує кожну котушку, змінюється по косінусоїдальному закону.
Через те, що котушка B зміщена відносно котушки A на 120°, то така сама ЕРС, яка створюється у котушці A в момент часу t , в котушці B створюватиметься тоді, коли вона повернеться на 120° і займе місце котушки А.
Тобто ЕРС у фазі В відстає від ЕРС у фазі А на 120°.
З тієї ж причини, ЕРС у фазі С відстає від ЕРС у фазі А на 240°.
Мал. 1. Принцип одержання трифазної ЕРС
Отже, за законом електромагнітної індукції в котушках будуть індуковані
ЕРС рівної амплітуди й частоти, що відрізняються одна від одної по фазі на 120°:
eA = Emsinωt;
eB = Emsin(ωt 120 )−; (1) eC = Emsin(ωt 240 ).−
Ці три ЕРС можна зобразити на часовій (мал. 2) і векторній (мал. 3) діаграмах.
Як видно з векторної діаграми, сума цих ЕРС дорівнює нулю.
Якщо в трифазній системі діють електрорушійні сили, рівні по величині й зрушені по фазі на 120°, а повні опори навантажень усіх трьох фаз як по величині, так і по характеру (по величині й знаку фазового зрушення) однакові, то режим у ній називається симетричним. Невиконання однієї із цих умов або обох є причиною несиметричного режиму.
Щоб утворювати із цих незалежних однофазних систем єдину трифазну, необхідно певним чином електрично з'єднати окремі обмотки. Існують два основні способи з'єднання: зіркою й трикутником.
, 
Мал. 2. Часова діаграма трифазної ЕРС Мал. 3. Векторна діаграма трифазної
ЕРС