Sähköverkkojen kolmivaiheisten piirien kytkentäkaaviot

Kolmivaiheisten verkkojen edut, jotka varmistavat niiden laajan jakelun, ovat ilmeisiä:

• energiaa siirretään kolmen johdon kautta pitkiä matkoja taloudellisemmin kuin jos vaiheita olisi vähemmän;

• synkroniset generaattorit, asynkroniset moottorit, kolmivaihemuuntajat - helppo valmistaa, taloudellinen ja luotettava käytössä;

• Lopuksi kolmivaiheisella vaihtovirtajärjestelmällä on kyky tarjota (ja ottaa) jatkuvaa hetkellistä tehoa sinimuotoisen virran jakson ajan, jos kolmivaiheisen generaattorin kuorma on sama kaikissa vaiheissa.

Katsotaanpa, mitä kolmivaiheisia peruspiirejä sähköverkoissa on.

Kolmivaihegeneraattorin käämit voidaan yleensä kytkeä kuormiin eri tavoin. Joten edullisin tapa olisi kytkeä suoraan erillinen kuorma generaattorin jokaiseen vaiheeseen jatkemalla kaksi johtoa kutakin kuormaa kohti. Mutta tällä lähestymistavalla yhdistämiseen tarvitaan kuusi johtoa.

Tämä on erittäin turhaa materiaalin kulutuksen kannalta ja epämukavaa.Materiaalisäästöjen saavuttamiseksi kolmivaihegeneraattorin käämit yhdistetään yksinkertaisesti "tähti"- tai "kolmio"-piiriin. Tällä johdotusratkaisulla saadaan enintään 4 ("tähti nollapisteellä" tai "kolmio") tai vähintään 3.

Kolmivaiheinen generaattori on kuvattu kaavioissa kolmen käämin muodossa, jotka sijaitsevat 120 ° kulmassa toisiinsa nähden. Jos generaattorin käämien kytkentä suoritetaan "tähti" -kaavion mukaisesti, käämien samannimiset liittimet on kytketty toisiinsa yhdessä kohdassa (ns. generaattorin "nollapiste" ). Nollapiste on merkitty kirjaimella «O» ja käämien vapaat liittimet (vaiheliittimet) kirjaimilla «A», «B» ja «C».

Jos generaattorin käämit on kytketty toisiinsa "kolmio" -kaaviossa, ensimmäisen käämin pää on kytketty toisen käämin alkuun, toisen käämin loppu - kolmannen alkuun, kolmannen lopusta - ensimmäisen alkuun - kolmio on suljettu. Geometrisesti EMF:n summa tällaisessa kolmiossa on nolla. Ja jos kuormaa ei ole kytketty lainkaan liittimiin «A», «B» ja «C», virta ei kulje generaattorin käämien läpi.

Seurauksena on viisi perusmallia kolmivaiheisen generaattorin kytkemiseksi kolmivaihekuormalla (katso kuvat). Näistä kuvista vain kolmessa näkyy tähtikytketty kolmivaiheinen kuorma, jossa kuorman kolme päätä on yhdistetty yhteen pisteeseen. Tätä kuorman tähden keskellä olevaa pistettä kutsutaan «kuorman nollapisteeksi» ja se on merkitty «O»:lla.

Kuorman nollapisteet ja generaattoria yhdistävää johdinta kutsutaan tällaisissa piireissä nollajohtimeksi. Nollajohtimen virta on merkitty "Io".Virran positiiviselle suunnalle otetaan yleensä suunta kuormasta generaattoriin, toisin sanoen pisteestä «O» pisteeseen «O».

Johtoja, jotka yhdistävät generaattorin liittimien pisteitä "A", "B" ja "C" kuormaan, kutsutaan linjajohdoiksi ja piirejä vastaavasti: tähti-tähti nollajohdolla, tähti-tähti, tähti-kolmio, kolmio- delta, delta-tähti - vain viisi perusjärjestelmää kolmivaiheisten piirien kytkemiseksi sähköverkkoihin.

Lineaaristen johtimien läpi kulkevia virtoja kutsutaan lineaarivirroiksi ja niitä merkitään Ia, Ib, Ic. Linjavirran positiiviselle suunnalle otetaan yleensä suunta generaattorista kuormaan. Linjavirtojen moduuliarvot tarkoittavat pääsääntöisesti Il ilman lisäindeksejä, koska usein tapahtuu, että kaikki linjavirrat piirien suuruus on yhtä suuri. Kahden lineaarisen johtimen välinen jännite on lineaarinen jännite, jota merkitään Uab, Ubc, Uca tai, jos puhumme moduulista, ne kirjoittavat yksinkertaisesti Ul.

Jokaista generaattorikäämiä kutsutaan generaattorivaiheeksi, ja jokaista kolmesta kolmivaihekuorman osasta kutsutaan kuormitusvaiheeksi. Generaattorin vaiheiden virtoja ja vastaavasti kuormien virtoja kutsutaan vaihevirroiksi, joita merkitään If. Generaattorin vaiheiden sisäisiä jännitteitä ja kuormitusvaiheita kutsutaan vaihejännitteiksi, niitä merkitään Uf.

Jos generaattorin käämit on kytketty «tähteen», niin verkkojännitteet ovat 3 kertaa juuria (1,73 kertaa) korkeammat absoluuttisesti kuin vaihejännitteet. Tämä johtuu siitä, että linjajännitteistä tulee geometrisesti tasakylkisten kolmioiden kantat, joiden terävät kulmat ovat 30°:n tyvessä, missä jalat ovat vaihejännitteitä.Huomaa, että sarja pieniä kolmivaiheisia jännitteitä: 127, 220, 380, 660 - muodostetaan yksinkertaisesti kertomalla edellinen arvo 1,73:lla.

Kun generaattorin käämit on kytketty "tähteen", linjavirta on ilmeisesti yhtä suuri kuin vaihevirta. Mutta mitä tapahtuu jännitteille, kun generaattorin käämit on kytketty kolmioon? Tässä tapauksessa verkkojännite on yhtä suuri kuin vaihejännite kullekin vaiheelle ja jokaiselle kuorman osalle: Ul = Uf. Kun kuorma on kytketty tähtiin, linjavirta on yhtä suuri kuin vaihevirta: Il = Jos.

Kun kuorma on kytketty "delta"-kaavion mukaisesti, valitse virtojen positiiviselle suunnalle kolmio-ohitussuunta myötäpäivään. Määritys tehdään asiaankuuluvilla indekseillä: mistä pisteestä virta kulkee ja mihin pisteeseen se kulkee, esimerkiksi Iab on virran nimitys pisteestä "A" pisteeseen "B".

Jos kolmivaiheinen kuorma on kytketty, linjavirrat ja vaihevirrat eivät ole keskenään samanarvoisia. Linjavirrat tunnistetaan sitten vaihevirroilla Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan: Ia = Iab-Ica, Ib = Ibc-Iab, Ic = Ica-Ibc.