Kolmivaiheinen vaihtovirta

Nykyään se on yleisin kolmivaiheinen vaihtovirtajärjestelmä ympäri maailmaa.

Kolmivaiheista sähköpiiriä kutsutaan järjestelmäksi, joka koostuu kolmesta piiristä, joissa vaihtovirrat toimivat, EMF samalla taajuudella, 1/3 jaksosta poissa vaiheesta keskenään (φ=2π/ 3). Tällaisen järjestelmän jokaista yksittäistä piiriä kutsutaan lyhyesti sen vaiheeksi, ja kolmen vaihesiirretyn vaihtovirran järjestelmää sellaisissa piireissä kutsutaan yksinkertaisesti kolmivaihevirraksi.

Lähes kaikki voimalaitoksillemme asennettavat generaattorit ovat kolmivaiheisia virtageneraattoreita... Pohjimmiltaan jokainen tällainen generaattori on kytkentä yhteen kolmen vaihtovirtageneraattorin sähkökoneeseen, joka on suunniteltu siten, että niihin indusoituvat EMF siirretty suhteessa toisiinsa kolmanneksella jaksosta, kuten kuvassa 2 on esitetty. 1.

Riisi. 1. Kaaviot kolmivaiheisen virtageneraattorin ankkurikäämeissä indusoidun EMF:n aikariippuvuudesta

Kuinka tällainen generaattori toteutetaan, on helppo ymmärtää kuvion 1 piiristä. 2.

Riisi. 2. Kolme paria itsenäisiä johtoja, jotka on kytketty kolmeen kolmivaiheisen virtageneraattorin ankkuriin, syöttävät valaistusverkkoa

Sähkökoneen staattorissa on kolme itsenäistä ankkuria, jotka on siirretty 1/3 ympyrän verran (120O). Kaikille ankkureille yhteinen kela pyörii lomakkeen kaaviossa esitetyn sähkökoneen keskellä kestomagneetti.

Jokaisessa kelassa indusoituu vaihteleva EMF samalla taajuudella, mutta ajat, jolloin nämä emf:t kulkevat nollan (tai maksimin) läpi kussakin kelassa, siirtyvät 1/3 jaksosta suhteessa toisiinsa, koska kela kulkee kunkin kelan läpi 1/3 jaksosta myöhemmin edellisestä.

Jokainen kolmivaihegeneraattorin käämi on itsenäinen virtageneraattori ja sähköenergian lähde. Kytkemällä johdot kunkin päihin kuvan 1 mukaisesti. 2, saisimme kolme itsenäistä piiriä, joista kukin voisi antaa virtaa esimerkiksi tietyille sähkövastaanottimille sähkölamput.

Tässä tapauksessa siirtämään kaikki absorboitunut energia sähköiset vastaanottimet, tarvitaan kuusi johtoa. Kolmivaiheisen virtageneraattorin käämit voidaan kuitenkin kytkeä siten, että ne käsittelevät neljä tai jopa kolme johtoa, eli säästävät merkittävästi johdotusta.

Ensimmäistä näistä tavoista kutsutaan tähtiyhteydeksi (kuva 3).

Riisi. 3. Nelijohtiminen johdotus, kun liitetään kolmivaiheinen generaattori tähdellä. Kuormat (sähkölamppuryhmät I, II, III) syötetään vaihejännitteillä.

Kutsumme käämien 1, 2, 3 liittimiä vastaavien vaiheiden alkuun ja liittimiä 1', 2', 3' päiksi.

Tähtien kytkentä on se, että yhdistämme kaikkien käämien päät generaattorin yhteen pisteeseen, jota kutsutaan nollapisteeksi tai nollapisteeksi, ja yhdistämme generaattorin sähkön vastaanottimiin neljällä johdolla: kolmella ns. johdot tulevat käämien 1, 2, 3 alusta ja nolla- tai nollajohdin, joka lähtee generaattorin nollapisteestä. Tätä johdotusjärjestelmää kutsutaan nelijohtimiseksi.

Nollapisteen ja kunkin vaiheen alkukohdan välisiä jännitteitä kutsutaan vaihejännitteiksi ja käämien alkupisteiden eli pisteiden 1 ja 2, 2 ja 3, 3 ja 1 välisiä jännitteitä linjaksi... Vaihe jännitteet tarkoittavat yleensä U1, U2, U3 tai yleisessä muodossa Uf ja verkkojännite - U12, U23, U31 tai yleisessä muodossa Ul.

Amplitudien tai keskiarvojen välillä vaihe- ja verkkojännite kun generaattorin käämit kytketään tähdellä, on suhde Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Joten esimerkiksi jos generaattorin vaihejännite on Uf = 220 V, niin kun generaattorin käämit kytketään tähteen, linjajännite Ul - 380 V.

Generaattorin kolmen vaiheen tasaisen kuormituksen tapauksessa eli suunnilleen yhtä suurella virralla kummassakin nollajohtimessa oleva virta on nolla... Siksi tässä tapauksessa nollajohdin voidaan poistaa ja vaihtaa vieläkin taloudellisempaan kolmijohtoiseen järjestelmään. Tässä tapauksessa kaikki kuormat on kytketty vastaavien johdinparien väliin.

Epätasapainoisessa kuormassa nollajohtimen virta ei ole nolla, mutta yleisesti ottaen se on pienempi kuin linjajohtimien virta. Siksi nollajohto voi olla ohuempi kuin linjajohto.

Kolmivaiheista vaihtovirtaa käytettäessä pyritään saamaan eri vaiheiden kuormitus mahdollisimman tasaiseksi.Siksi esimerkiksi suuren talon valaistusverkkoa järjestettäessä nelijohtimisjärjestelmällä jokaiseen asuntoon johdetaan nollajohto ja yksi lineaarisista siten, että jokaisessa vaiheessa on keskimäärin suunnilleen sama. ladata.

Toinen tapa kytkeä generaattorin käämit, joka mahdollistaa myös kolmijohtimisen johdotuksen, on kuvassa 1 esitetty kolmioliitäntä. 4.

Riisi. 4. Kolmivaiheisen generaattorin käämien kytkentäkaavio kolmiolla

Tässä jokaisen kelan pää on yhdistetty seuraavan alkuun, joten ne muodostavat suljetun kolmion ja linjajohdot on kytketty tämän kolmion kärkipisteisiin - pisteisiin 1, 2 ja 3. Kun liitetään kolmioon, generaattorin verkkojännite on yhtä suuri kuin sen vaihejännite: Ul = Ue.

Siksi generaattorin käämien kytkeminen tähdestä kolmioon johtaa verkkojännitteen alenemiseen √3 ≈ 1,73 kertaa... Kolmiokytkentä on myös sallittu vain samalla tai lähes samalla vaihekuormalla. Muuten käämien suljetun silmukan virta on liian voimakas, mikä on vaarallista generaattorille.

Kolmivaihevirtaa käytettäessä voidaan kytkeä myös erilliset vastaanottimet (kuormat), jotka syötetään erillisillä johdinpareilla, joko tähdellä eli siten, että niiden toinen pää on kytketty yhteiseen pisteeseen ja kolme muuta vapaata päätä kytketty verkon linjajohtoihin tai kolmiolla eli siten, että kaikki kuormat on kytketty sarjaan ja muodostavat yhteisen piirin, jonka pisteisiin 1, 2, 3 on kytketty verkon lineaarijohtimet.

Kuvassa Kuva 5 esittää kuormien tähtikytkennän kolmijohtimisella johdotusjärjestelmällä ja kuvassa 56 - nelijohtimisella johdotusjärjestelmällä (tässä tapauksessa kaikkien kuormien yhteinen piste on kytketty nollajohtimeen).

Kuvassa Kuvassa 7 on kolmiokuormituskytkentäkaavio kolmijohtimisesta johdotusjärjestelmästä.

Riisi. 5. Kuormien tähtikytkentä kolmijohtimisella johdotusjärjestelmällä

Riisi. 6. Kuormien tähtikytkentä nelijohtimisella johdotusjärjestelmällä

Riisi. 7. Kuormien kolmiokytkentä kolmijohtimisella johdotusjärjestelmällä

Käytännössä on tärkeää ottaa huomioon seuraava. Kun kuormat on kytketty kolmioon, jokainen kuorma on verkkojännitteen alapuolella ja tähtikytkennässä alijännite √3 kertaa pienempi. Nelijohdinjärjestelmän tapauksessa tämä käy selvästi ilmi kuvasta 1. 6. Mutta sama pätee kolmijohtimisjärjestelmään (kuva 5).

Jokaisen verkkojänniteparin väliin on kytketty sarjaan kaksi kuormaa, joiden virrat ovat vaihesiirrettyjä 2π/ 3:lla. Jokaisen kuorman jännite on yhtä suuri kuin vastaava verkkojännite jaettuna √3:lla.

Siten, kun kuormia vaihdetaan tähdestä kolmioon, kunkin kuorman jännitteet ja siten siinä oleva virta kasvavat √3 ≈ 1,73 kertaa. Jos esimerkiksi kolmijohtimisverkon linjajännite on 380 V, silloin kun se kytketään tähdellä (kuva 5), ​​kunkin kuorman jännite on 220 V ja kun se on kytketty kolmio (kuva 7) on yhtä suuri kuin 380 V.

Artikkelin valmistelussa käytettiin G.S. Landsbergin toimittaman fysiikan oppikirjan tietoja.