Трифазний змінний струм

В даний час в світі набула найбільшого поширення трифазна система змінного струму.

Трифазною системою електронних ланцюгів називають систему, що складається з 3-х ланцюгів, в яких діють змінні, ЕРС однієї і тієї ж частоти, зсунуті по фазі один відносно одного на 1/3 періоду (φ = 2π / 3). Кожну окрему ланцюг такої системи коротко називають її фазою, а систему 3-х зсунутих по фазі змінних струмів в таких ланцюгах називають просто трифазним струмом.

Практично всі генератори, встановлені на наших електричних станціях, є генераторами трифазного струму. По суті, кожна така генератор являє собою з`єднання в одній електронній машині 3-х генераторів змінного струму, сконструйованих таким чином, що індуковані в їх ЕРС зміщені один щодо одного на одну третину періоду, як це показано на рис. 1.

Мал. 1. Графіки залежності від часу ЕРС, індукованих в обмотках якоря генератора трифазного струму

Як здійснюється схожий генератор просто усвідомити зі схеми на рис. 2.

Мал. 2. Три пари незалежних проводів, приєднаних до трьох якорів генератора трифазного струму, живлять освітлювальну мережу

Тут є три самостійних якоря, розташованих на статорі електронної машини і зміщених на 1/3 окружності (120о). У центрі електронної машини крутиться загальний для всіх якорів індуктор, зображений на схемі у вигляді незмінного магніту.

У кожній котушці індукується змінна ЕРС однієї і тієї ж частоти, але моменти проходження цих ЕРС через нуль (або через максимум) в кожній з котушок виявляться зсунутими на 1/3 періоду один щодо одного, бо індуктор проходить повз кожної котушки на 1/3 періоду пізніше, ніж повз попередньої.

Будь-яка обмотка трифазного генератора є самостійним генератором струму і джерелом електричної енергії. Приєднавши дроти до кінців кожної з них, як це показано на рис. 2, ми отримали б три незалежні ланцюга, кожна з яких могла б живити ті або інші електроприймачі, наприклад електронні лампи.

В даному випадку для передачі всієї енергії, яку поглинають електроприймачі, потрібно було б 6 проводів. Можна але, так з`єднати між собою обмотки генератора трифазного струму, щоб обійтися 4-ма і навіть 3-ма проводами, т. Е. Істотно заощадити проводку.

1-ий з цих методів, іменується з`єднанням зіркою (рис. 3).

Мал. 3. Чотирипровідна система проводки при з`єднанні трифазного генератора зіркою. Навантаження (групи електронних ламп I, II, III) харчуються фазними напругами.

Будемо називати затискачі обмоток 1, 2, 3 началами, а затиски 1 `, 2`, 3 `- кінцями відповідних фаз.

З`єднання зірок полягає в тому, що ми з`єднуємо кінці всіх обмоток в одну точку генератора, яка іменується нульовою точкою або нейтраллю, і з`єднуємо генератор з приймачами електроенергії 4-ма проводами: 3-ма так званими лінійними проводами, що йдуть від початку обмоток 1, 2 , 3, і нульовим або нейтральним проводом, що йде від нульової точки генератора. Така система проводки іменується чьотирьох.

Напруження між нульовою точкою і початком кожної фази називають фазними напругами, а напруги між началами обмоток, т, е. Точками 1 і 2, 2 і 3, 3 і 1, називають лінійними. Фазні напруги зазвичай позначають U1, U2, U3, або в загальному вигляді Uф, а лінійні напруги - U12, U23, U31, або в загальному вигляді Uл.

Між амплітудами або діючими значеннями фазних і лінійних напруг при з`єднанні обмоток генератора зіркою існує співвідношення Uл = √3Uф ≈ 1,73Uф

Таким чином, наприклад, якщо фазна напруга генератора Uф = 220 В, то при з`єднанні обмоток генератора зіркою лінійна напруга Uл - 380 В.

У разі рівномірного навантаження всіх 3-х фаз генератора, т. Е. При приблизно схожих токах в кожній з них, струм в нульовому проводі дорівнює нулю. Тому в даному випадку можна нульовий провід скасувати і перейти до ще більше економічною трехпроводной системі. Все навантаження включаються при цьому між належними парами лінійних проводів.

При несиметричного навантаження струм в нульовому проводі не дорівнює нулю, але, взагалі кажучи, він слабкіше, ніж струм в лінійних проводах. Тому нульовий провід може бути тонше, ніж лінійні.

При експлуатації трифазного змінного струму прагнуть зробити навантаження різних фаз по здатності схожою. Тому, наприклад, при влаштуванні освітлювальної мережі величезного будинку при чьотирьох системі вводять в кожну квартиру нульовий провід і один з лінійних з таким розрахунком, щоб в середньому на кожну фазу припадала приблизно однакова навантаження.

Інший метод з`єднання обмоток генератора, також допускає трьохпровідний проводку - це з`єднання трикутником, зображене на рис. 4.

Мал. 4. Схема з`єднання обмоток трифазного генератора трикутником

Тут кінець кожної обмотки з`єднаний з початком наступної, так що вони утворюють замкнене трикутник, а лінійні дроти приєднані до верхівок цього трикутника - точкам 1, 2 і 3. При з`єднанні трикутником лінійна напруга генератора одно його фазній напрузі: Uл = Uф.

Таким чином, перемикання обмоток генератора із зірки на трикутник призводить до зниження лінійної напруги в √3 ≈ 1,73 рази. З`єднання трикутником також допустимо тільки при схожій або практично схожою навантаженні фаз. Інакше струм в замкнутому контурі обмоток буде дуже сильний, що небезпечно для генератора.

При застосуванні трифазного струму окремі приймачі (навантаження), що живляться від окремих пар проводів, також можуть бути з`єднані або зіркою, т. Е. Так, що один кінець їх приєднано до спільної точки, а решту три вільних кінця приєднуються до лінійним дротах мережі, або трикутником, т. е. так, що все навантаження з`єднуються по черзі і утворюють загальний контур, до точок 1, 2, 3 якого приєднуються лінійні дроти мережі.

На рис. 5 показано з`єднання навантажень зіркою при трехпроводной системі проводки, а на рис. 6 - при чьотирьох системі проводки (в даному випадку загальна точка всіх навантажень з`єднується з нульовим проводом).

На рис. 7 показана схема з`єднання навантажень трикутником при трехпроводной системі проводки.

Мал. 5. З`єднання навантажень зіркою при трехпроводной системі проводки

Мал. 6. З`єднання навантажень зіркою при чьотирьох системі проводок

Мал. 7. З`єднання навантажень трикутником при трехпроводной системі проводки

Фактично важливо мати на увазі наступне. При з`єднанні навантажень трикутником будь-яке навантаження знаходиться під лінійною напругою, а при з`єднанні зіркою - під напругою, в √3раз найменшим. Для варіанту чьотирьох системи це ясно з рис. 6. Але то ж має місце в разі трехпроводной системи (рис. 5).

Між кожною парою лінійних напруг тут включені по черзі два навантаження, струми в яких зміщені по фазі на 2π / 3. Напруга на кожній навантаженні одно відповідному лінійному напрузі, поділеній на √3.

Таким чином, при перемиканні навантажень із зірки на трикутник напруги на кожній навантаженні, а як слід, і струм в ній збільшуються в √3 ≈ 1,73 рази. Якщо, наприклад, лінійна напруга трехпроводной мережі прирівнювалося 380 В, то при з`єднанні зіркою (рис. 5) напруга на кожній з навантажень дорівнюватиме 220 В, а при включенні трикутником (рис. 7) дорівнюватиме 380 В.

Школа для електрика

При підготовці статті використано інформацію з підручника фізики під редакцією Г. С. Ландсберг.

Генератор трифазного змінного струму