Trefaset vekselstrøm

I dag er det det vanligste trefasede vekselstrømsystemet rundt om i verden.

En trefaset elektrisk krets kalles et system som består av tre kretser der vekselstrøm virker, EMF med samme frekvens, ute av fase med hverandre med 1/3 av perioden (φ=2π/ 3). Hver enkelt krets i et slikt system kalles kort for sin fase, og systemet med tre faseforskyvede vekselstrømmer i slike kretser kalles ganske enkelt trefasestrøm.

Nesten alle generatorer installert i våre kraftverk er trefasestrømgeneratorer... I hovedsak er hver slik generator en forbindelse i en elektrisk maskin av tre generatorer, utformet på en slik måte at de induserte i dem EMF forskjøvet i forhold til hverandre med en tredjedel av perioden som vist i fig. 1.

Ris. 1. Grafer over tidsavhengigheten til EMF indusert i armaturviklingene til en trefasestrømgenerator

Hvordan en slik generator er implementert er lett å forstå fra kretsen i fig. 2.

Ris. 2. Tre par uavhengige ledninger koblet til tre armaturer til en trefase strømgenerator mater belysningsnettverket

Det er tre uavhengige armaturer plassert på statoren til en elektrisk maskin og forskjøvet med 1/3 av en sirkel (120O). En induktor felles for alle armaturer roterer i midten av den elektriske maskinen vist i diagrammet i skjemaet permanent magnet.

I hver spole en vekslende EMF induseres samme frekvens, men tidene når disse emfene passerer gjennom null (eller gjennom maksimum) i hver av spolene vil bli forskjøvet med 1/3 av en periode i forhold til hverandre fordi induktoren går gjennom hver spole 1/3 av en periode senere fra den forrige.

Hver vikling av en trefasegenerator er en uavhengig strømgenerator og kilde til elektrisk energi. Ved å koble ledningene til endene av hver som vist i fig. 2, vil vi få tre uavhengige kretser, som hver for eksempel kan drive visse elektriske mottakere elektriske lamper.

I dette tilfellet, for å overføre all energien som absorberes elektriske mottakere, vil seks ledninger være nødvendig. Imidlertid er det mulig å koble viklingene til en trefasestrømgenerator på en slik måte at de håndterer fire eller til og med tre ledninger, det vil si betydelig spare ledninger.

Den første av disse måtene kalles en stjerneforbindelse (fig. 3).

Ris. 3. Fire-leder ledningssystem ved tilkobling av en trefase generator med en stjerne. Laster (grupper av elektriske lamper I, II, III) forsynes med fasespenninger.

Vi vil kalle terminalene til spolene 1, 2, 3 for begynnelsen, og terminalene 1′, 2′, 3′ for endene av de respektive fasene.

Forbindelsen til stjernene er at vi kobler endene av alle viklingene til ett punkt på generatoren, som kalles nullpunktet eller nøytral, og vi kobler generatoren til mottakerne av elektrisitet med fire ledninger: tre såkalte lineære ledninger som kommer fra begynnelsen av viklingene 1, 2, 3 og nøytral eller nøytral ledning som går fra nullpunktet til generatoren. Dette ledningssystemet kalles fire-leder.

Spenningene mellom nullpunktet og origo for hver fase kalles fasespenninger, og spenningene mellom viklingenes origo, det vil si punktene 1 og 2, 2 og 3, 3 og 1, kalles linje... Fase spenninger betyr vanligvis U1, U2, U3, eller i generell form Uf og linjespenning - U12, U23, U31, eller i generell form Ul.

Mellom amplituder eller middelverdier fase og linjespenning når du kobler generatorens viklinger med en stjerne, er det et forhold Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Så, for eksempel, hvis fasespenningen til generatoren er Uf = 220 V, så når du kobler generatorens viklinger til en stjerne, er linjespenningen Ul - 380 V.

Ved jevn belastning av de tre fasene til generatoren, det vil si med omtrent like strømmer i hver av dem, er strømmen i nøytralledningen null... Derfor kan du i dette tilfellet fjerne nøytralledningen og bytte til et enda mer økonomisk tretrådssystem. I dette tilfellet er alle belastninger koblet mellom de tilsvarende parene av linjeledere.

I en ubalansert belastning er strømmen i nøytrallederen ikke null, men generelt sett er den mindre enn strømmen i linjelederne. Derfor kan nøytralledningen være tynnere enn linjeledningen.

Ved drift av trefaset vekselstrøm streber de etter å gjøre belastningen på de ulike fasene så lik som mulig.Det er derfor, for eksempel, når du arrangerer belysningsnettverket til et stort hus med et firetrådssystem, en nøytral ledning og en av de lineære introduseres i hver leilighet på en slik måte at hver fase i gjennomsnitt har omtrent det samme laste.

En annen måte å koble generatorviklingene på, som også tillater tre-leder ledninger, er deltaforbindelsen vist i fig. 4.

Ris. 4. Tilkoblingsskjema over viklingene til en trefasegenerator med en trekant

Her er enden av hver spole koblet til begynnelsen av den neste, så de danner en lukket trekant, og linjetrådene er koblet til toppunktene til denne trekanten - punktene 1, 2 og 3. Når de er koblet til en trekant, linjespenningen til generatoren er lik dens fasespenning: Ul = Ue.

Derfor fører bytting av generatorens viklinger fra stjerne til delta til en reduksjon i nettverksspenningen i √3 ≈ 1,73 ganger... Deltaforbindelse er også tillatt bare med samme eller nesten samme fasebelastning. Ellers vil strømmen i den lukkede sløyfen til viklingene være for sterk, noe som er farlig for generatoren.

Når du bruker trefasestrøm, kan separate mottakere (belastninger) matet av separate par av ledninger også kobles enten i en stjerne, det vil si slik at den ene enden av dem er koblet til et felles punkt, og de andre tre frie endene er koblet til linjeledningene til nettverket eller med en trekant, det vil si slik at alle belastninger er koblet i serie og danner en felles krets, til punktene 1, 2, 3 hvorav de lineære ledningene til nettverket er koblet.

I fig. 5 viser stjernekoblingen av laster med et tre-leder ledningssystem, og i fig.6 — med et ledningssystem med fire ledninger (i dette tilfellet er fellespunktet for alle belastninger koblet til den nøytrale ledningen).

I fig. 7 viser et deltalastkoblingsskjema for et tre-leder ledningssystem.

Ris. 5. Stjernekobling av laster med tretråds ledningssystem

Ris. 6. Stjernetilkobling av laster med fire-leder ledningssystem

Ris. 7. Deltakobling av laster med et tre-leder ledningssystem

I praksis er det viktig å vurdere følgende. Når laster er deltakoblet, er hver last under nettspenning, og når stjernekoblet er under spenning √3 ganger mindre. For tilfellet med et fireledersystem fremgår dette av fig. 6. Men det samme er tilfellet med et tretrådssystem (fig. 5).

Mellom hvert par linjespenninger her kobles to laster i serie, strømmene i disse er faseforskyvd med 2π/ 3. Spenningen i hver last er lik den tilsvarende nettspenningen delt på √3.

Således, når du bytter last fra stjerne til delta, øker spenningene ved hver last, og derfor strømmen i den, med √3 ≈ 1,73 ganger. Hvis for eksempel linjespenningen til et tretrådsnettverk er 380 V, vil spenningen til hver av belastningene være lik 220 V når den er koblet i en stjerne (fig. 5), og når den er koblet til en trekant (fig. 7) vil den være lik 380 V.

Informasjon fra en fysikklærebok redigert av G.S. Landsberg ble brukt i utarbeidelsen av artikkelen.