Τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα

Σήμερα, είναι το πιο κοινό τριφασικό σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος σε όλο τον κόσμο.

Τριφασικό ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται ένα σύστημα που αποτελείται από τρία κυκλώματα στα οποία λειτουργούν εναλλασσόμενα ρεύματα, EMF ίδιας συχνότητας, εκτός φάσης μεταξύ τους κατά το 1/3 της περιόδου (φ=2π/ 3). Κάθε μεμονωμένο κύκλωμα ενός τέτοιου συστήματος ονομάζεται εν συντομία φάση του και το σύστημα τριών εναλλασσόμενων ρευμάτων με μετατόπιση φάσης σε τέτοια κυκλώματα ονομάζεται απλώς τριφασικό ρεύμα.

Σχεδόν όλες οι γεννήτριες που εγκαθίστανται στα εργοστάσιά μας είναι τριφασικές γεννήτριες ρεύματος... Στην ουσία, κάθε τέτοια γεννήτρια είναι μια σύνδεση σε μια ηλεκτρική μηχανή τριών εναλλάκτη, σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε η επαγόμενη σε αυτές EMF μετατοπίστηκαν μεταξύ τους κατά το ένα τρίτο της περιόδου όπως φαίνεται στο σχ. 1.

Ρύζι. 1. Γραφήματα της χρονικής εξάρτησης του EMF που προκαλείται στις περιελίξεις του οπλισμού μιας τριφασικής γεννήτριας ρεύματος

Το πώς υλοποιείται μια τέτοια γεννήτρια είναι εύκολο να κατανοηθεί από το κύκλωμα στο σχ. 2.

Ρύζι. 2. Τρία ζεύγη ανεξάρτητων καλωδίων συνδεδεμένα σε τρεις οπλισμούς μιας τριφασικής γεννήτριας ρεύματος τροφοδοτούν το δίκτυο φωτισμού

Υπάρχουν τρεις ανεξάρτητοι οπλισμοί που βρίσκονται στον στάτορα μιας ηλεκτρικής μηχανής και μετατοπίζονται κατά το 1/3 του κύκλου (120O). Ένας επαγωγέας κοινός για όλους τους οπλισμούς περιστρέφεται στο κέντρο της ηλεκτρικής μηχανής που φαίνεται στο διάγραμμα με τη μορφή μόνιμος μαγνήτης.

Σε κάθε πηνίο προκαλείται ένα εναλλασσόμενο EMF την ίδια συχνότητα, αλλά οι χρόνοι που αυτά τα emf περνούν από το μηδέν (ή το μέγιστο) σε καθένα από τα πηνία θα μετατοπιστούν κατά το 1/3 της περιόδου μεταξύ τους, επειδή ο επαγωγέας διέρχεται από κάθε πηνίο το 1/3 μιας περιόδου αργότερα από την προηγούμενη.

Κάθε περιέλιξη μιας τριφασικής γεννήτριας είναι μια ανεξάρτητη γεννήτρια ρεύματος και πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Συνδέοντας τα καλώδια στα άκρα του καθενός όπως φαίνεται στο σχ. 2, θα παίρναμε τρία ανεξάρτητα κυκλώματα, καθένα από τα οποία θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ορισμένους ηλεκτρικούς δέκτες, για παράδειγμα ηλεκτρικοί λαμπτήρες.

Σε αυτή την περίπτωση, να μεταφέρει όλη την ενέργεια που απορροφάται ηλεκτρικούς δέκτες, θα απαιτηθούν έξι καλώδια. Ωστόσο, είναι δυνατή η σύνδεση των περιελίξεων μιας τριφασικής γεννήτριας ρεύματος με τέτοιο τρόπο ώστε να χειρίζονται τέσσερα ή και τρία καλώδια, δηλαδή να εξοικονομούν σημαντικά καλώδια.

Ο πρώτος από αυτούς τους τρόπους ονομάζεται σύνδεση αστεριού (Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Σύστημα καλωδίωσης τεσσάρων συρμάτων κατά τη σύνδεση τριφασικής γεννήτριας με αστέρι. Τα φορτία (ομάδες ηλεκτρικών λαμπτήρων I, II, III) τροφοδοτούνται με τάσεις φάσης.

Θα ονομάσουμε τους ακροδέκτες των πηνίων 1, 2, 3 αρχή και τους ακροδέκτες 1′, 2′, 3′ τα άκρα των αντίστοιχων φάσεων.

Η σύνδεση των αστεριών είναι ότι συνδέουμε τα άκρα όλων των περιελίξεων σε ένα σημείο της γεννήτριας, που ονομάζεται σημείο μηδέν ή ουδέτερο, και συνδέουμε τη γεννήτρια με τους δέκτες ηλεκτρικής ενέργειας με τέσσερα καλώδια: τρία λεγόμενα γραμμικά καλώδια που προέρχονται από την αρχή των περιελίξεων 1, 2, 3 και ουδέτερο ή ουδέτερο καλώδιο που πηγαίνει από το σημείο μηδέν της γεννήτριας. Αυτό το σύστημα καλωδίωσης ονομάζεται τετρασύρμα.

Οι τάσεις μεταξύ του σημείου μηδέν και της αρχής κάθε φάσης ονομάζονται τάσεις φάσης και οι τάσεις μεταξύ της αρχής των περιελίξεων, δηλαδή των σημείων 1 και 2, 2 και 3, 3 και 1, ονομάζονται γραμμή... Φάση Οι τάσεις συνήθως σημαίνουν U1, U2, U3 ή σε γενική μορφή Uf και τάση γραμμής — U12, U23, U31 ή σε γενική μορφή Ul.

Μεταξύ πλάτη ή μέσες τιμές φάση και τάση γραμμής όταν συνδέετε τις περιελίξεις της γεννήτριας με ένα αστέρι, υπάρχει λόγος Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Έτσι, για παράδειγμα, εάν η τάση φάσης της γεννήτριας είναι Uf = 220 V, τότε όταν συνδέετε τις περιελίξεις της γεννήτριας σε ένα αστέρι, η τάση γραμμής Ul - 380 V.

Σε περίπτωση ομοιόμορφης φόρτισης των τριών φάσεων της γεννήτριας, δηλαδή με περίπου ίσα ρεύματα σε καθεμία από αυτές, το ρεύμα στο ουδέτερο καλώδιο είναι μηδέν... Επομένως, σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να αφαιρέσετε το ουδέτερο καλώδιο και μεταβείτε σε ένα ακόμη πιο οικονομικό σύστημα τριών συρμάτων. Στην περίπτωση αυτή, όλα τα φορτία συνδέονται μεταξύ των αντίστοιχων ζευγών αγωγών γραμμής.

Σε ένα μη ισορροπημένο φορτίο, το ρεύμα στον ουδέτερο αγωγό δεν είναι μηδέν, αλλά γενικά είναι μικρότερο από το ρεύμα στους αγωγούς γραμμής. Επομένως, το ουδέτερο καλώδιο μπορεί να είναι λεπτότερο από το καλώδιο γραμμής.

Όταν λειτουργούν τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα, προσπαθούν να κάνουν το φορτίο στις διάφορες φάσεις όσο το δυνατόν πιο ίσο.Γι' αυτό, για παράδειγμα, κατά τη διευθέτηση του δικτύου φωτισμού ενός μεγάλου σπιτιού με σύστημα τεσσάρων συρμάτων, ένα ουδέτερο καλώδιο και ένα από τα γραμμικά εισάγονται σε κάθε διαμέρισμα με τέτοιο τρόπο ώστε κατά μέσο όρο κάθε φάση να έχει περίπου το ίδιο φορτώνω.

Ένας άλλος τρόπος σύνδεσης των περιελίξεων της γεννήτριας, που επιτρέπει επίσης την καλωδίωση τριών συρμάτων, είναι η σύνδεση τριγώνου που φαίνεται στο σχ. 4.

Ρύζι. 4. Διάγραμμα σύνδεσης περιελίξεων τριφασικής γεννήτριας με τρίγωνο

Εδώ, το άκρο κάθε πηνίου συνδέεται με την αρχή του επόμενου, έτσι σχηματίζουν ένα κλειστό τρίγωνο και τα καλώδια γραμμής συνδέονται με τις κορυφές αυτού του τριγώνου - σημεία 1, 2 και 3. Όταν συνδέονται με ένα τρίγωνο, η τάση γραμμής της γεννήτριας είναι ίση με την τάση φάσης της: Ul = Ue.

Επομένως, η εναλλαγή των περιελίξεων της γεννήτριας από αστέρι σε τρίγωνο οδηγεί σε μείωση της τάσης του δικτύου κατά √3 ≈ 1,73 φορές... Η σύνδεση δέλτα επιτρέπεται επίσης μόνο με το ίδιο ή σχεδόν το ίδιο φορτίο φάσης. Διαφορετικά, το ρεύμα στον κλειστό βρόχο των περιελίξεων θα είναι πολύ ισχυρό, κάτι που είναι επικίνδυνο για τη γεννήτρια.

Όταν χρησιμοποιείται τριφασικό ρεύμα, χωριστοί δέκτες (φορτία) που τροφοδοτούνται από ξεχωριστά ζεύγη καλωδίων μπορούν επίσης να συνδεθούν είτε σε αστέρι, δηλαδή, έτσι ώστε το ένα άκρο τους να συνδέεται σε ένα κοινό σημείο και τα άλλα τρία ελεύθερα άκρα να είναι συνδέεται με τα καλώδια γραμμής του δικτύου ή με τρίγωνο, δηλαδή, ώστε όλα τα φορτία να συνδέονται σε σειρά και να σχηματίζουν ένα κοινό κύκλωμα, στα σημεία 1, 2, 3 από τα οποία συνδέονται τα γραμμικά καλώδια του δικτύου.

Στο σχ. Το 5 δείχνει τη σύνδεση αστεριού φορτίων με σύστημα καλωδίωσης τριών συρμάτων και στο σχ.6 — με σύστημα καλωδίωσης τεσσάρων συρμάτων (στην περίπτωση αυτή, το κοινό σημείο όλων των φορτίων συνδέεται με το ουδέτερο καλώδιο).

Στο σχ. Το σχήμα 7 δείχνει ένα διάγραμμα σύνδεσης φορτίου τριγώνου για ένα σύστημα καλωδίωσης τριών συρμάτων.

Ρύζι. 5. Σύνδεση με αστέρι φορτίων με σύστημα καλωδίωσης τριών συρμάτων

Ρύζι. 6. Σύνδεση με αστέρι φορτίων με σύστημα καλωδίωσης τεσσάρων συρμάτων

Ρύζι. 7. Δέλτα σύνδεση φορτίων με σύστημα καλωδίωσης τριών συρμάτων

Στην πράξη, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη τα ακόλουθα. Όταν τα φορτία είναι συνδεδεμένα δέλτα, κάθε φορτίο είναι κάτω από την τάση γραμμής και όταν είναι συνδεδεμένο με αστέρι, υπό τάση √3 φορές μικρότερη. Για την περίπτωση ενός συστήματος τεσσάρων συρμάτων, αυτό είναι σαφές από το σχ. 6. Το ίδιο όμως συμβαίνει και με ένα σύστημα τριών συρμάτων (Εικ. 5).

Μεταξύ κάθε ζεύγους τάσεων γραμμής εδώ, δύο φορτία συνδέονται σε σειρά, τα ρεύματα στα οποία μετατοπίζονται φάση κατά 2π/ 3. Η τάση σε κάθε φορτίο είναι ίση με την αντίστοιχη τάση δικτύου διαιρούμενη με √3.

Έτσι, κατά την εναλλαγή φορτίων από αστέρι σε τρίγωνο, οι τάσεις σε κάθε φορτίο, άρα και το ρεύμα σε αυτό, αυξάνονται κατά √3 ≈ 1,73 φορές. Εάν, για παράδειγμα, η τάση γραμμής ενός δικτύου τριών καλωδίων είναι 380 V, τότε όταν είναι συνδεδεμένο σε αστέρι (εικ. 5) η τάση καθενός από τα φορτία θα είναι ίση με 220 V και όταν συνδέεται με τρίγωνο (εικ. 7) θα είναι ίσο με 380 V.

Για την προετοιμασία του άρθρου χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες από ένα εγχειρίδιο φυσικής που επιμελήθηκε ο G.S. Landsberg.