Трифазни електрически вериги

Понастоящем електронната енергия на променлив ток се генерира, предава и разпределя между отделните пантографи в трифазна схема.
Системата от трифазни схеми се отнася до такъв набор от електронни схеми, в които токовите колектори получават мощност от общ трифазен генератор.
Трифазният се нарича генератор, който има намотка, състояща се от три части. Всяка част от тази намотка се нарича фаза. Защото тези генератори получиха титлата трифазен. Трябва да се отбележи, че терминът "фаза" в електротехниката има две значения:

1) в смисъл на определен етап от повтарящия се осцилационен процес и
2) като име на част от електронна схема на променлив ток (например част от намотката на електронната машина).

Фиг. 1. Трифазна генераторна верига

За да разберем принципа на трифазния генератор, нека се обърнем към модела, схематично изобразен на фигура 1. Моделът се състои от статор, направен под формата на железен пръстен и ротор - непроменим магнит. На пръстена на статора има трифазна намотка със сходен брой завои във всяка фаза. Фазите на намотката се преместват в пространството един спрямо друг под ъгъл от 120 °.
Нека си представим, че роторът на модела на генератора се върти с постоянна скорост срещу движението по посока на часовниковата стрелка. Тогава, поради непрекъснатото движение на полюсите на непроменения магнит спрямо проводниците на статорната намотка, ще се индуцира емф във всяка фаза на намотката на статора.

Прилагане на правило, можем да видим, че ЕВФ предизвикана в фазовите намотки на северния полюс на въртящ се магнит, ще работи в същата посока, както и предизвикана южния полюс - в другата. Както трябва, ем. фазата на генератора ще бъде променлива.
Последните точки (клеми) на всяка фаза на генератора винаги са маркирани: се извиква една крайна точка от фазата началото, и другият - края. Началото на фазите се обозначава с латински букви A, B, C, и техните краища, съответно - X, Y, Z. Посочват се наименованията "начало" и "край" на фазата, ръководени от следното правило: положително е. и т.н. Генераторът действа в посока от края на фазата до началото му.
EMF генератор, ние се съгласяваме да разгледаме положителни, ако се индуцира от северния полюс на въртящия се магнит. След това маркирането на скобите на генератора за варианта на завъртане на неговия ротор срещу движението на стрелката по посока на часовата стрелка трябва да бъде, както е показано на фигура 1.
При непроменена скорост на въртене на роторните полюси, амплитудата и честотата на емфа, генерирани във фазите на намотката на статора, се запазват постоянни. Но във всеки един момент мащабът и посоката на работата на делото. една от фазите е различна от величината и посоката на ефирната активност. 2 други фази. Това се обяснява с пространственото изместване на фазите. Всички феномени във втората фаза повтарят явленията в първата фаза, но със забавяне. Те казват това. и т.н. Втората фаза изостава във времето от ем. първата фаза. Например, те постигат свои собствени амплитудни стойности в различно време. Всъщност най-голямата стойност на емф, индуцирана във всяка фаза, ще бъде, когато центърът на роторния стълб преминава през средата на тази фаза. А именно за момента, съответстващ на местоположението на ротора, показан на фигура 1, електромоторната сила на първата фаза на генератора ще бъде положителна и най-голяма. Положителната максимална стойност на ем. Втората фаза ще дойде по-късно, когато роторът се завърти под ъгъл от 120 °. Тъй като за едно завъртане на биполарния ротор на генератора се осъществява пълен цикъл на конфигурация emf, времето Т на първата революция е периодът на конфигурация emf. Разбира се, за да завъртите ротора с 120 °, това отнема време, равно на една трета от периода (T / 3).
Както трябва, всички етапи на конфигурацията на EMF. Втората фаза се проявява по-късно от съответните етапи на конфигурацията на ем. първата фаза за една трета от периода. Същото забавяне при многократната промяна в ем. се наблюдава в третата фаза по отношение на втората фаза. Разбира се, по отношение на първата фаза, повтарящите се конфигурации на ем. на третата фаза се извършват със закъснение за два трети периода (2/3 Т).

Чрез метода за придаване на съответната форма на полюсите на магнитите може да се постигне конфигурация на ем. във времето според закон, близък до синусоидален.
Както следва, ако промяната в ем. Първата фаза на генератора е закон на синусите
e1 = Emsin ™,
тогава закона на конфигурацията на ем. Втората фаза може да бъде написана във формулата
e2 = Ем грях? (tTT / 3) ,

Фиг. 2. Криви на моментните стойности на трифазната система EDS.

и третата по формула
e3 = Ем грях? (t 2/3 T) ,
Говорената фигура илюстрира графиката на фигура 2.
По този начин може да се направи следното заключение: при еднакво въртене на полюсите на ротора във всичките три фази на генератора се предизвикват променливи емфи. подобна честота и амплитуда, чиито повтарящи се конфигурации по отношение един към друг възникват със закъснение от 1/3 период.
Трифазният генератор служи като източник на енергия за еднофазни и трифазни електронни устройства. Еднофазовите токови колектори, както знаете, имат две външни скоби. Те включват например осветителни лампи, различни домакински уреди, електрически заваръчни машини, индукционни пещи, електрически мотори с еднофазна намотка.
Трифазните устройства обикновено имат 6 външни скоби. Всяко такова устройство се състои от 3, обикновено подобни, електронни схеми, които се наричат ​​фази. Примери за трифазни токови колектори са електронните дъгови пещи с 3 електрода или електрически двигатели с трифазна намотка.
Методи за свързване на фазите на генератора и токовия колектор
Трифазната схема се нарича несвързана, ако някоя фаза на генератора, независимо от другите, е свързана чрез 2 проводника към токовия си колектор (Фигура 3). Основният недостатък на несвързаната трифазна схема е, че трябва да се използват 6 проводника за пренос на енергия от генератора към приемниците. Броят на проводниците може да бъде намален на 4 или дори на 3, ако фазите на генератора и токовите колектори са свързани по подходящ начин. В този случай се нарича трифазна верига свързаното трифазен верига.

Фигура 3. Схема на несвързана трифазна схема

На практика почти винаги се използват обвързани трифазни схеми, както по-перфектни, така и по-икономични. Съществуват два основни метода за свързване на фазите на генератора и фазите на приемниците: звездна връзка и свързване чрез триъгълник.
Когато свързвате фазите на генератора със звезда (Фигура 4, а) всички "краища" на фазовите намотки X, Y, Z са свързани към една обща точка 0, по-нататък неутрален или нула точка на генератора.
Фигура 4Ь показва схематично три фази на генератора под формата на намотки, чиито оси се придвижват помежду си под ъгъл от 120 °.
Задава се напрежението между началото и края на всяка фаза на генератора фазово напрежение, и между началните фази - линейна.
Тъй като фазовите напрежения се променят във времето по синусоидалния закон, линейното напрежение също ще варира в зависимост от синусоидното право. Нека приемем положителната посока на действието на линейните напрежения, за да разгледаме посоката, в която действат:

Фигура 4. Трифазна намотка, свързана със звезда: a - схема на свързване, b - схема на намотката

звезда: a - схема на свързване, b - схема на намотката
от скобата А на първата фаза към скобата В от втората фаза;
от скобата В на втората фаза до скобата C на третата фаза;
от третата фазова скоба С до скобата за първи етап А.
Тези три условно положителни посоки на действие на линейно напрежение на Фигура 4, b са показани със стрелки.
Изчисленията и измерванията показват, че ефективната стойност на линейното напрежение на генератора, чиито три фази са свързани към звезда, е v3 пъти ефективната стойност на фазовото напрежение.
За да се прехвърли енергия от генератор, свързан чрез звезда към еднофазни или трифазни токови колектори, обикновено са необходими четири проводника. Три проводника са свързани към началото на фазите на генератора (А, В, С). Тези кабели се наричат линейни проводници. Четвъртият проводник е свързан към неутралната точка (0) на генератора и се нарича неутрален (нула).
Трифазната верига с неутрален проводник дава възможност да се използват две генераторни напрежения. Приемниците в такава схема могат да бъдат свързани между линейни проводници към линейно напрежение или между линейни проводници и неутрален проводник за фазово напрежение.

Фигура 5. Четирифазна трифазна схема

Фигура 5 показва схема на настоящите колектори, предназначени за постепенно генератор на напрежение. В този случай, на трифазен ток колектори ще имат обща точка връзка - неутралната точка 0, и теченията в проводници линия (линейна настоящите) ще бъде равна на токовете в съответните фази на товара (токовете фаза)?.
Всяка фаза на натоварването може да се формира от един токовен колектор или няколко колектора на ток, свързани паралелно (фигура 6).
Ако фазовите токове и фазовият ъгъл на тези токове по отношение на фазовите напрежения са сходни, тогава се нарича такова натоварване симетричен. Ако поне един от посочените критерии не е изпълнен, тогава товарът ще бъде несиметричен.
Симетрично зареждане може да се създаде например с лампи с нажежаема жичка с подобна мощност. Да предположим, че всяка фаза на натоварване се формира от 3 подобни лампи (Фигура 7).
Специфичен метод за измерване може да се види, че когато натоварването нулевия проводник към звездата на напрежението на всеки етап ще бъде по-малко натоварване UPH мрежово напрежение, Ул v3 във времето, точно както беше в генератор намотки звезда фаза

Фигура 6. Схемата за превключване на еднофазни токови колектори в четири-жична мрежа

Uh = v3Uf
На практика трифазни схеми с неутрални проводници при напрежение
UL = 380 V - UF = 220 V
или
UL = 220 V - UF = 127 V
От фиг.7 може да се види, че токът в линейния проводник (Li) е равен на тока във фаза (Iph)
Ih = Iφ
Магнитудът на тока в неутрален проводник със симетрично натоварване е нула, както може да се провери и чрез специфичен метод за измерване.
Но ако няма ток в неутралния проводник, тогава за какво е тази жичка?

Фиг. 7. Диаграма за свързване на симетрично натоварване с звезди

За да се изясни ролята на неутралния проводник трябва да се направи последващо опит. Да приемем, че има три подобен на една лампа и волтметър при всяка фаза натоварване и неутрален проводник включен амперметър (вж. Фиг. 7). Когато са включени във всяка фаза на три лампи, всички те са по едно и също напрежение и с подобна топлина на изгаряне и тока в неутралния проводник е нула. Промяна на броя на лампи, включени във всяка фаза на натоварване, ние виждаме, че ФазоВите не се променят (всички светлини ще светят със същия наклон), но токът ще бъде в неутрален проводник.
Изключете неутралния проводник от нулевата точка на приемниците и повторете всички конфигурации на натоварването във фази. Сега ще забележим, че по-голямото напрежение ще падне върху тази фаза, съпротивлението на което е по-голямо от останалите, с други думи, когато се включва най-малкото количество лампи. В този етап лампите ще свети с много топлина и дори може да изгорят. Това се обяснява с факта, че във фазите на товара с огромно съпротивление се получава по-голям спад на напрежението.

Фиг. 8. Диаграма на осветителната мрежа на къщата, когато фазите на товара са свързани със звезда

Както трябва, неутрален проводник е необходим за изравняване на фазовите напрежения на товара, когато съпротивлението на тези фази е различно.
Благодарение на нулевия проводник, който и да е фаза на товара е включен в фазовото напрежение на генератора, което в действителност не е функция на товарния ток, така че вътрешната пада на напрежение в генератора nekordinalno фаза. Следователно напрежението във всяка фаза на натоварване ще бъде практически постоянно за конфигурациите на натоварването.
Ако съпротивлението на фазите на натоварване е равномерно и хомогенно, тогава не е необходима неутрална жица (фиг.7). Пример за такова натоварване са симетрични трифазни токови колектори.
Обикновено натоварването на осветлението не е симетрично, така че без неутрален проводник той не е свързан със звезда (Фигура 8). На друг щеше да доведе до нееднакво фази rassredotachivaniyu натоварване напрежение: от напрежението една нажежаема жичка ще бъдат по-високи от нормалното и те може да изгори, а други, напротив, ще бъде и при понижено напрежение, и ще изгори Меркле.
По същата причина, никога постави предпазителя в неутралния проводник, тъй като разпенен предпазител може да доведе до неприемливо прекомерно напрежение на отделните фази на натоварване (вж. Фиг. 8).

Фиг. 9. Трифазна трифазна схема

Ако три фази на натоварването се поставят директно между линиите, тогава получаваме фазово свързване на токовите колектори, което се нарича свързване чрез триъгълник (Фигура 9). Да предположим, че първата фаза на натоварване R1 е свързана между първия и втория линеен проводник - втория R2 - между втория и третия проводник, а третият R3 - между третия и първия проводник. Лесно е да се види, че всеки линеен проводник е свързан към 2 различни фази на товара.
Свържете триъгълника може да бъде всяко натоварване. Фигура 10 показва
такава схема.

Фиг. 10. Диаграма на осветителната мрежа в къщи при свързване на фазите на товара в триъгълник

Триъгълното свързване на осветлението в дома е показано на фигура 11. Когато фазите на натоварване са свързани с делта, напрежението във всяка фаза на натоварване е равно на линейното напрежение.
Uh = Uf
Това съотношение се поддържа дори при неравномерно натоварване.
Линейният ток със симетрично фазово натоварване, както показват измерванията, ще бъде по-голям от фазовия ток в v3 пъти
Ih = v3 · Iph 
Но трябва да се разбере, че при асиметрично фазово натоварване това съотношение между токове се нарушава.

По принцип можете да свържете триъгълника и фазите на генератора, но обикновено не го правите. Факт е, че за създаването на това

Фиг. 11. Диаграма на осветителната мрежа в къщи при свързване на фазите на товара в триъгълник

Всяка фаза на генератора с триъгълно съединение трябва да бъде

се изчислява за напрежение, което е v3 пъти по-голямо, отколкото в случай на свързване на звезда. По-високото напрежение във фазата на генератора изисква увеличаване на броя на завоите и подсилена изолация за намотката, което увеличава размера и цената на машината. Ето защо фазите на трифазните генератори са почти винаги свързани със звезда.
Приемници на електронна енергия, независимо от начина на свързване на намотките на генератора, могат да бъдат включени или със звезда или с триъгълник. Изборът на този или на този метод на свързване се определя от стойността на мрежовото напрежение и номиналното напрежение на приемниците.