Trefas växelström

Numera är det det vanligaste trefasiga växelströmssystemet runt om i världen.

En trefas elektrisk krets kallas ett system som består av tre kretsar där växelströmmar fungerar, EMF av samma frekvens, ur fas med varandra med 1/3 av perioden (φ=2π/ 3). Varje enskild krets i ett sådant system kallas kort dess fas, och systemet med tre fasförskjutna växelströmmar i sådana kretsar kallas helt enkelt trefasström.

Nästan alla generatorer installerade i våra kraftverk är trefasströmgeneratorer... I huvudsak är varje sådan generator en anslutning i en elektrisk maskin av tre generatorer, utformade på ett sådant sätt att de inducerade i dem EMF förskjutna i förhållande till varandra med en tredjedel av perioden som visas i fig. 1.

Ris. 1. Grafer över tidsberoendet för EMF inducerad i ankarlindningarna hos en trefasströmgenerator

Hur en sådan generator är implementerad är lätt att förstå från kretsen i fig. 2.

Ris. 2. Tre par oberoende ledningar anslutna till tre armaturer i en trefasströmgenerator matar belysningsnätverket

Det finns tre oberoende armaturer placerade på statorn på en elektrisk maskin och förskjutna med 1/3 av en cirkel (120O). En induktor gemensam för alla armaturer roterar i mitten av den elektriska maskinen som visas i diagrammet i formuläret permanentmagnet.

I varje spole en alternerande EMF induceras samma frekvens, men de tider då dessa emk passerar genom noll (eller genom maximum) i var och en av spolarna kommer att förskjutas med 1/3 av en period i förhållande till varandra eftersom induktorn passerar genom varje spole 1/3 av en period senare från den föregående.

Varje lindning av en trefasgenerator är en oberoende strömgenerator och källa för elektrisk energi. Genom att ansluta ledningarna till ändarna av var och en som visas i fig. 2, skulle vi få tre oberoende kretsar, som var och en skulle kunna driva vissa elektriska mottagare, till exempel elektriska lampor.

I detta fall att överföra all energi som absorberas elektriska mottagare, kommer sex ledningar att krävas. Det är dock möjligt att ansluta lindningarna på en trefasströmgenerator på ett sådant sätt att de hanterar fyra eller till och med tre ledningar, det vill säga avsevärt spara ledningar.

Det första av dessa sätt kallas stjärnförbindelse (fig. 3).

Ris. 3. Fyrtrådsledningssystem vid anslutning av en trefasgenerator med en stjärna. Laster (grupper av elektriska lampor I, II, III) förses med fasspänningar.

Vi kommer att kalla spolarnas terminaler 1, 2, 3 för början, och terminalerna 1′, 2′, 3′ för ändarna av respektive fas.

Stjärnornas anslutning är att vi ansluter ändarna av alla lindningar till en punkt på generatorn, som kallas nollpunkten eller neutral, och vi ansluter generatorn till mottagarna av elektricitet med fyra ledningar: tre så kallade linjära ledningar som kommer från början av lindningarna 1, 2, 3 och neutral eller neutral ledning som går från generatorns nollpunkt. Detta ledningssystem kallas fyrtrådar.

Spänningarna mellan nollpunkten och origo för varje fas kallas fasspänningar, och spänningarna mellan lindningarnas origo, det vill säga punkterna 1 och 2, 2 och 3, 3 och 1, kallas linje... Fas spänningar betyder vanligen U1, U2, U3, eller i allmän form Uf och linjespänning — U12, U23, U31, eller i allmän form Ul.

Mellan amplituder eller medelvärden fas och linjespänning vid anslutning av generatorns lindningar med en stjärna finns ett förhållande Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Så, till exempel, om generatorns fasspänning är Uf = 220 V, då när du ansluter generatorns lindningar i en stjärna, är linjespänningen Ul - 380 V.

Vid likformig belastning av generatorns tre faser, det vill säga med ungefär lika strömmar i var och en av dem, är strömmen i nollledningen noll... Därför kan du i det här fallet ta bort nollledningen och byta till ett ännu mer ekonomiskt tretrådssystem. I detta fall är alla laster anslutna mellan motsvarande par av linjeledare.

I en obalanserad belastning är strömmen i nollledaren inte noll, men generellt sett är den mindre än strömmen i linjeledarna. Därför kan den neutrala ledningen vara tunnare än ledningen.

Vid drift av trefas växelström strävar de efter att göra belastningen på de olika faserna så lika som möjligt.Det är därför, till exempel, när man arrangerar belysningsnätverket i ett stort hus med ett fyrtrådssystem, införs en neutraltråd och en av de linjära i varje lägenhet på ett sådant sätt att varje fas i genomsnitt har ungefär samma ladda.

Ett annat sätt att ansluta generatorlindningarna, som också tillåter tretrådsdragning, är deltaanslutningen som visas i fig. 4.

Ris. 4. Anslutningsschema för lindningarna i en trefasgenerator med en triangel

Här är änden av varje spole ansluten till början av nästa, så de bildar en sluten triangel, och linjetrådarna är anslutna till hörnen på denna triangel - punkterna 1, 2 och 3. När de är anslutna till en triangel, generatorns linjespänning är lika med dess fasspänning: Ul = Ue.

Därför leder omkoppling av generatorns lindningar från stjärna till delta till en minskning av nätverksspänningen i √3 ≈ 1,73 gånger... Deltaanslutning är också tillåten endast med samma eller nästan samma fasbelastning. Annars kommer strömmen i lindningarnas slutna slinga att vara för stark, vilket är farligt för generatorn.

Vid användning av trefasström kan separata mottagare (laster) som matas av separata ledningspar också anslutas antingen i en stjärna, det vill säga så att ena änden av dem är ansluten till en gemensam punkt, och de andra tre fria ändarna är ansluten till nätverkets linjeledningar eller med en triangel, det vill säga så att alla laster är anslutna i serie och bildar en gemensam krets, till punkterna 1, 2, 3 av vilka nätverkets linjära ledningar är anslutna.

I fig. 5 visar stjärnanslutningen av laster med ett tretrådssystem, och i fig.6 — med ett fyrtrådssystem (i det här fallet är den gemensamma punkten för alla belastningar ansluten till den neutrala ledningen).

I fig. Figur 7 visar ett deltalastkopplingsschema för ett tretrådssystem.

Ris. 5. Stjärnanslutning av laster med tretrådssystem

Ris. 6. Stjärnanslutning av laster med fyrtrådssystem

Ris. 7. Deltaanslutning av laster med ett tretrådssystem

I praktiken är det viktigt att tänka på följande. När laster är deltakopplade är varje last under nätspänning och vid stjärnansluten under spänning √3 gånger mindre. För fallet med ett fyrtrådssystem framgår detta av fig. 6. Men detsamma är fallet med ett tretrådssystem (fig. 5).

Mellan varje par av linjespänningar här kopplas två laster i serie, vars strömmar är fasförskjutna med 2π/ 3. Spänningen i varje last är lika med motsvarande nätverksspänning dividerat med √3.

Sålunda, när man byter belastning från stjärna till delta, ökar spänningarna vid varje belastning, och därför strömmen i den, med √3 ≈ 1,73 gånger. Om till exempel nätspänningen i ett tretrådsnät är 380 V, då när det är anslutet i en stjärna (fig. 5) kommer spänningen för var och en av lasterna att vara lika med 220 V, och när den är ansluten till en triangel (fig. 7) blir den lika med 380 V.

Information från en lärobok i fysik redigerad av G.S. Landsberg användes vid utarbetandet av artikeln.