Trefaset vekselstrøm

I dag er det det mest almindelige trefasede vekselstrømsystem rundt om i verden.

Et trefaset elektrisk kredsløb kaldes et system bestående af tre kredsløb, hvori vekselstrømme fungerer, EMF af samme frekvens, ude af fase med hinanden med 1/3 af perioden (φ=2π/ 3). Hvert enkelt kredsløb i et sådant system kaldes kort for dets fase, og systemet med tre faseforskydne vekselstrømme i sådanne kredsløb kaldes simpelthen trefasestrøm.

Næsten alle generatorer installeret i vores kraftværker er trefasede strømgeneratorer... I det væsentlige er hver sådan generator en forbindelse i en elektrisk maskine af tre generatorer, designet på en sådan måde, at de inducerede i dem EMF forskudt i forhold til hinanden med en tredjedel af perioden som vist i fig. 1.

Ris. 1. Grafer over tidsafhængigheden af ​​EMF induceret i ankerviklingerne af en trefaset strømgenerator

Hvordan en sådan generator implementeres er let at forstå ud fra kredsløbet i fig. 2.

Ris. 2. Tre par uafhængige ledninger forbundet til tre armaturer i en trefaset strømgenerator forsyner belysningsnetværket

Der er tre uafhængige armaturer placeret på statoren af ​​en elektrisk maskine og forskudt med 1/3 af en cirkel (120O). En induktor, der er fælles for alle armaturer, roterer i midten af ​​den elektriske maskine vist i diagrammet i formularen permanent magnet.

I hver spole en vekslende EMF induceres samme frekvens, men de tidspunkter, hvor disse emf'er passerer gennem nul (eller gennem maksimum) i hver af spolerne, vil blive forskudt med 1/3 af en periode i forhold til hinanden, fordi induktoren passerer gennem hver spole 1/3 af en periode senere fra den forrige.

Hver vikling af en trefaset generator er en uafhængig strømgenerator og kilde til elektrisk energi. Ved at forbinde ledningerne til enderne af hver som vist i fig. 2, ville vi få tre uafhængige kredsløb, som hver for eksempel kunne drive visse elektriske modtagere elektriske lamper.

I dette tilfælde at overføre al den energi, der absorberes elektriske modtagere, kræves der seks ledninger. Det er dog muligt at forbinde viklingerne af en trefaset strømgenerator på en sådan måde, at de håndterer fire eller endda tre ledninger, det vil sige væsentligt at spare ledninger.

Den første af disse måder kaldes en stjerneforbindelse (fig. 3).

Ris. 3. Fire-leder ledningssystem ved tilslutning af en trefaset generator med en stjerne. Belastninger (grupper af elektriske lamper I, II, III) forsynes med fasespændinger.

Vi vil kalde spolernes terminaler 1, 2, 3 for begyndelsen, og terminalerne 1′, 2′, 3′ for enderne af de respektive faser.

Stjernernes forbindelse er, at vi forbinder enderne af alle viklingerne til et punkt på generatoren, som kaldes nulpunktet eller neutral, og vi forbinder generatoren til modtagerne af elektricitet med fire ledninger: tre såkaldte lineære ledninger, der kommer fra begyndelsen af ​​viklingerne 1, 2, 3 og neutral eller neutral ledning, der går fra generatorens nulpunkt. Dette ledningssystem kaldes fire-leder.

Spændingerne mellem nulpunktet og origo for hver fase kaldes fasespændinger, og spændingerne mellem viklingernes origo, det vil sige punkt 1 og 2, 2 og 3, 3 og 1, kaldes linje... Fase spændinger betyder normalt U1, U2, U3 eller i almindelig form Uf og linjespænding - U12, U23, U31 eller i generel form Ul.

Mellem amplituder eller middelværdier fase og linjespænding når generatorens viklinger forbindes med en stjerne, er der et forhold Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Så for eksempel, hvis generatorens fasespænding er Uf = 220 V, så når du forbinder generatorens viklinger i en stjerne, er linjespændingen Ul - 380 V.

I tilfælde af ensartet belastning af de tre faser af generatoren, det vil sige med omtrent lige store strømme i hver af dem, er strømmen i den neutrale ledning nul... Derfor kan du i dette tilfælde fjerne den neutrale ledning og skifte til et endnu mere økonomisk treledersystem. I dette tilfælde er alle belastninger forbundet mellem de tilsvarende par af linjeledere.

I en ubalanceret belastning er strømmen i nullederen ikke nul, men generelt set er den mindre end strømmen i linjelederne. Derfor kan den neutrale ledning være tyndere end linjeledningen.

Ved drift af trefaset vekselstrøm stræber de efter at gøre belastningen på de forskellige faser så ens som muligt.Det er derfor, for eksempel, når man arrangerer belysningsnetværket i et stort hus med et fireledersystem, indføres en neutral ledning og en af ​​de lineære i hver lejlighed på en sådan måde, at hver fase i gennemsnit har omtrent det samme belastning.

En anden måde at forbinde generatorviklingerne på, som også tillader tre-leder ledninger, er deltaforbindelsen vist i fig. 4.

Ris. 4. Forbindelsesdiagram over viklingerne af en trefaset generator med en trekant

Her er enden af ​​hver spole forbundet med begyndelsen af ​​den næste, så de danner en lukket trekant, og linjetrådene er forbundet til hjørnerne af denne trekant - punkterne 1, 2 og 3. Når de er forbundet med en trekant, generatorens linjespænding er lig med dens fasespænding: Ul = Ue.

Derfor fører omskiftning af generatorens viklinger fra stjerne til delta til et fald i netværksspændingen i √3 ≈ 1,73 gange... Deltaforbindelse er også kun tilladt med samme eller næsten samme fasebelastning. Ellers vil strømmen i viklingernes lukkede sløjfe være for stærk, hvilket er farligt for generatoren.

Når du bruger trefaset strøm, kan separate modtagere (belastninger), der forsynes af separate par ledninger, også forbindes enten i en stjerne, det vil sige, så den ene ende af dem er forbundet til et fælles punkt, og de andre tre frie ender er forbundet til netværkets linjeledninger eller med en trekant, det vil sige, så alle belastninger er forbundet i serie og danner et fælles kredsløb, til punkterne 1, 2, 3, hvoraf netværkets lineære ledninger er forbundet.

I fig. 5 viser stjerneforbindelsen af ​​laster med et tre-leder ledningssystem, og i fig.6 — med et ledningssystem med fire ledninger (i dette tilfælde er det fælles punkt for alle belastninger forbundet med den neutrale ledning).

I fig. 7 viser et delta-belastningsforbindelsesdiagram for et tre-leder ledningssystem.

Ris. 5. Stjerneforbindelse af laster med tre-leder ledningssystem

Ris. 6. Stjerneforbindelse af belastninger med fire-leder ledningssystem

Ris. 7. Deltaforbindelse af belastninger med et tre-leder ledningssystem

I praksis er det vigtigt at overveje følgende. Når belastninger er tredelt, er hver belastning under netspænding, og når stjerneforbundet er under spænding √3 gange mindre. For tilfældet med et firetrådssystem fremgår dette klart af fig. 6. Men det samme er tilfældet med et tre-leder system (fig. 5).

Mellem hvert par ledningsspændinger her er to belastninger forbundet i serie, hvor strømmene er faseforskudt med 2π/ 3. Spændingen i hver belastning er lig med den tilsvarende netspænding divideret med √3.

Når man skifter belastninger fra stjerne til delta, stiger spændingerne ved hver belastning, og derfor strømmen i den, med √3 ≈ 1,73 gange. Hvis f.eks. netspændingen i et treledernetværk er 380 V, vil spændingen for hver af belastningerne, når den er forbundet i en stjerne (fig. 5), være lig med 220 V, og når den er forbundet med en trekant (fig. 7) vil den være lig med 380 V.

Oplysninger fra en fysiklærebog redigeret af G.S. Landsberg blev brugt i udarbejdelsen af ​​artiklen.