Трифазен променлив ток

В днешно време по целия свят той е най -разпространен трифазна система с променлив ток.

Трифазна електрическа верига се нарича система, състояща се от три вериги, в които действат променливи, ЕМП същата честота, извън фаза един спрямо друг с 1/3 от периода(φ=2π/ 3). Всяка отделна верига на такава система се нарича накратко нейната фаза, а системата от три фазово изместени променливи тока в такива вериги се нарича просто трифазен ток.

Почти всички генератори, инсталирани в нашите електроцентрали, са генератори на трифазен ток… По същество всеки такъв генератор представлява връзка в една електрическа машина от три алтернатора, проектирани по такъв начин, че индуцираната в тях ЕМП изместени един спрямо друг с една трета от периода, както е показано на фиг. 1.

Ориз. 1. Графики на зависимостта от времето на ЕМП, индуцирана в намотките на котвата на трифазен генератор на ток

Как се прилага такъв генератор е лесно да се разбере от веригата на фиг. 2.

Ориз. 2. Три чифта независими проводници, свързани към три арматури на трифазен генератор на ток, захранват осветителната мрежа

Има три независими арматури, разположени на статора на електрическа машина и изместени с 1/3 от окръжността (120О). Индуктор, общ за всички арматури, се върти в центъра на електрическата машина, показан на диаграмата във формата постоянен магнит.

Във всяка намотка индуцира се променлив ЕМП същата честота, но моментите, когато тези ЕМП преминават през нула (или през максимума) във всяка от бобините, ще бъдат изместени с 1/3 от периода един спрямо друг, тъй като индукторът преминава през всяка бобина 1/3 от периода по -късен от предходния.

Всяка намотка на трифазен генератор е независим генератор на ток и източник на електрическа енергия. Чрез свързване на проводниците към краищата на всеки от тях, както е показано на фиг. 2, щяхме да получим три независими вериги, всяка от които може да захранва определени електрически приемници, например електрически лампи.

В този случай да се прехвърли цялата енергия, която се абсорбира електрически приемници, ще са необходими шест проводника. Възможно е обаче да се свържат намотките на трифазен генератор на ток по такъв начин, че да се справят с четири или дори три проводника, тоест значително да се спести окабеляването.

Първият от тези начини се нарича звездна връзка (фиг. 3).

Ориз. 3. Четирипроводна система за окабеляване при свързване на трифазен генератор със звезда. Товарите (групи електрически лампи I, II, III) се захранват с фазови напрежения.

Ще наричаме клемите на намотките 1, 2, 3 началото, а клемите 1′, 2′, 3′ — краищата на съответните фази.

Връзката на звездите е, че свързваме краищата на всички намотки към една точка на генератора, която се нарича нулева точка или неутрален, и свързваме генератора към приемниците на електричество с четири проводника: три т.нар линейни проводнициидващи от началото на намотки 1, 2, 3 и неутрален или неутрален проводникотивайки от нулевата точка на генератора. Тази система за окабеляване се нарича четирижилен.

Напреженията между нулевата точка и началото на всяка фаза се наричат фазови напрежения, и напреженията между началото на намотките, тоест точки 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, се наричат линейна… Фазовите напрежения обикновено означават U1, U2, U3, или в общ вид Uf и линейно напрежение — U12, U23, U31, или в общ вид Uл.

Между амплитудите или средносрочните стойности фазово и линейно напрежение при свързване на намотките на генератора със звезда има съотношение Ul = √3Uf ≈ 1,73Uе

Така например, ако фазовото напрежение на генератора е Uf = 220 V, след това при свързване на намотките на генератора със звезда, напрежението на линията Ul — 380 V.

В случай на равномерно натоварване на трите фази на генератора, тоест с приблизително еднакви токове във всяка от тях, токът в неутралния проводник е нулев… Следователно в този случай можете да премахнете нулевия проводник и да преминете към още по-икономична трипроводна система. В този случай всички товари са свързани между съответните двойки линейни проводници.

При небалансиран товар, токът в нулевия проводник не е нулев, но най -общо казано е по -слаб от тока в линейните проводници. Следователно неутралният проводник може да бъде по -тънък от линейния.

Когато работят трифазен променлив ток, те се стремят да направят натоварването на различните фази възможно най-равностойно. Ето защо, например, при подреждане на осветителната мрежа на голяма къща с четирижилна система, неутрален проводник и един от линейните се въвеждат във всеки апартамент по такъв начин, че средно всяка фаза има приблизително еднакъв натоварване.

Друг начин за свързване на намотките на генератора, който позволява и трипроводно окабеляване, е делта връзката, показана на фиг. 4.

Ориз. 4. Схема на свързване на намотките на трифазен генератор с триъгълник

Тук краят на всяка намотка е свързан с началото на следващата, така че те образуват затворен триъгълник, а линейните проводници са свързани с върховете на този триъгълник — точки 1, 2 и 3. Когато е свързан с триъгълник, линейното напрежение на генератора е равно на фазовото му напрежение: Ul = Uе.

Поради това, превключването на намотките на генератора от звезда на триъгълник води до намаляване на напрежението в мрежата в √3 ≈ 1,73 пъти… Делта връзка също е допустима само при същото или почти същото фазово натоварване. В противен случай токът в затворения контур на намотките ще бъде твърде силен, което е опасно за генератора.

При използване на трифазен ток отделни приемници (товари), захранвани от отделни двойки проводници, също могат да бъдат свързани или със звезда, тоест така, че единият им край да е свързан към обща точка, а останалите три свободни края са свързани към линейните проводници на мрежата или с триъгълник, тоест така, че всички товари са свързани последователно и образуват обща верига, към точки 1, 2, 3 от които са свързани линейните проводници на мрежата.

На фиг. 5 показва връзката на товари със звезда с трипроводна система за окабеляване, а на фиг. 6 — с четирипроводна система за окабеляване (в този случай общата точка на всички товари е свързана с нулевия проводник).

На фиг. 7 показва диаграма на свързването на товари с делта за трипроводна система за окабеляване.

Ориз. 5. Свързване на товари със звезда с трипроводна система за окабеляване

Ориз. 6. Свързване на товари със звезда с четирипроводна система за окабеляване

Ориз. 7. Делта свързване на товари с трипроводна система за окабеляване

Практически е важно да се има предвид следното. Когато товарите са свързани с триъгълник, всеки товар е под линейно напрежение, а когато е свързан със звезда, под напрежение, в √3пъти по -малък. За случая на четирижилна система това става ясно от фиг. 6. Но същото е в случая с трипроводна система (фиг. 5).

Между всяка двойка линейни напрежения тук са свързани последователно два товара, токовете в които са фазово изместени с 2π/ 3. Напрежението във всеки товар е равно на съответното напрежение в мрежата, разделено на √3.

По този начин, при превключване на товари от звезда към триъгълник, напреженията при всяко натоварване и следователно токът в него се увеличават с √3 ≈ 1,73 пъти. Ако например линейното напрежение на трипроводна мрежа е 380 V, тогава, когато е свързано със звезда (фиг.5) напрежението на всеки от натоварванията ще бъде равно на 220 V, а при включване с триъгълник (фиг. 7) ще бъде равно на 380 V.

При подготовката на статията е използвана информация от учебник по физика, редактиран от Г. С. Ландсберг.