Тема 1.6 Трифазні кола змінного струму

<456 7 8 9 10 >

Трифазний струм. Трифазний струм складається з трьох струмів, синусоїди яких відхилені одна від одної на фазний кут 120°. Трифазний струм одержують на електростанціях від синхронних генераторів. На статорі генератора розташовано три однофазних обмотки. Початкові виводи цих обмоток зсунуті один від одного на одну третину кола статора, внаслідок чого утворюється фазний кут 120°. Ротор, який обертає турбіна, являє собою електромагніт постійного струму. Магнітне поле ротора, обертаючись, перетинає спочатку одну, потім другу, а потім третю обмотки статора. Таким чином, спочатку в одній обмотці статора наводиться е.р.с., потім у другій, а потім у третій. Тобто у статорі утворюється колове обертове магнітне поле. Якщо до виводів генератора ввімкнути трифазну обмотку двигуна, тоді трифазний струм, який одержить від генератора ця обмотка, утворить в ній також колове обертове магнітне поле. Це явище використовують у трифазних асинхронних двигунах, найпоширеніших у промисловості. Завдяки цим двигунам застосовується трифазна система джерело — споживач. Виводи трьох обмоток статора з'єднують між собою двома способами: зіркою або трикутником.

З'єднання зіркою буде тоді, коли кінцеві виводи усіх трьох обмоток з'єднують в один вузол, який називають нейтраллю, а до початкових виводів цих обмоток під'єднують три проводи. Маркування обмоток А-х, В-у, C-z.

Проводи, які під'єднані до обмоток, називають лінійними.

У трифазній системі фазну напругу вимірюють між початковим і кінцевим виводами однієї обмотки або між початковим виводом обмотки та нейтраллю.

Лінійну напругу вимірюють між початковими виводами різних обмоток або між двома лінійними проводами.

Фазний струм вимірюють у фазній обмотці, а лінійний — у лінійному проводі. При з'єднанні зіркою (рис 1.36) лінійний провід послідовно з'єднаний з фазою обмоток, тому лінійний струм дорівнює фазному.

Рис. 1.36 - З'єднання зіркою.

Якщо, опори і струм кожної обмотки однакові, то при з'єднанні зіркою фазні напруги також однакові. Якщо фазні напруги однакові, тоді й лінійні напруги однакові. Якщо фазні напруги однакові, тоді потенціал нейтралі дорівнює нулю.

При з'єднанні зіркою, яке позначається значком Υ:

;

У трифазній системі, яка використовується у промисловості та побуті, U_ф = 220 В, U_Л = 380 В, а якщо фазні струми однакові, тоді потенціал нейтралі дорівнює нулю. Фазний струм визначають за формулою:

Лінійний струм визначають за формулою:

Потенціал нейтралі визначають за формулою:

якщо , тоді:

В.

З’єднання зіркою використовують в електричних машинах і трансформаторах, коли потрібно, щоб сила струму у фазній обмотці та лінійному проводі була однаковою. В асинхронних двигунах при напрузі U_Л = 380 В найчастіше використовують з'єднання зіркою.

З'єднання трикутником одержують, коли кінець першої обмотки з'єднати у вузол з початком другої обмотки та лінійним проводом. Кінець другої обмотки з'єднують з початком третьої обмотки і другим лінійним проводом у другий вузол; кінець третьої обмотки — з початком другої обмотки і третім лінійним проводом у третій вузол. Кінцеві виводи обмоток зсунуті на клемнику, щоб вони не перехрещувалися між собою, для запобігання короткого замикання при поганій ізоляції (рис. 1.37 і 1.38). .Інакше було б експлуатаційно недоцільно. При з'єднанні трикутником:

З'єднання трикутником використовують в електричних машинах і трансформаторах, коли потрібно, щоб сила струму в обмотці була менша за силу струму в лінійному проводі. Найчастіше з'єднання трикутником використовують у генераторах на електростанціях, де обмотка коштує набагато більше, ніж електричний пристрій, який приєднаний до обмотки. Асинхронні двигуни з'єднані здебільшого трикутником при лінійний напрузі 220 В.

Рисунок 1.37 - З’єднання трикутником та розташування виводів на клемнику

Рис 1.38 - З'єднання трикутником недоцільне.

Активна потужність трифазного струму дорівнює сумарній потужності всіх трьох фаз:

де .

Якщо потужність фаз однакова, тоді:

Ця формула придатна як для з'єднання зіркою, так і для з'єднання трикутником.

Для лінійних величин, зазначених у паспортних табличках електричних машин і трансформаторів, ця формула має такий вигляд:

Чотирипровідна система з нульовим проводом.Чотирипровідна система з нульовим проводом використовується в освітлювальній мережі. Освітлювальна мережа одержує електроенергію від трифазного трансформатора, який має електроенергію високої напруги, перетворює її у напругу 380/220 В, що використовується споживачами.

Рис.1.39 - Трифазна чотирипровідна система з нульовим проводом.

Чотирипровідна система складається з трифазних проводів, ввімкнених до початкових виводів обмотки низької напруги трансформатора, яка має з'єднання зіркою. Четвертий провід — нульовий, ввімкнений до нейтралі трансформатора. Нульовий провід потрібен для того, щоб порівняти фазні напруги при неоднакових величинах сили струму на фазах. Він також дає змогу споживачу одержувати поряд з лінійною напругою U_Л=380 В фазну напругу U_Ф=220 В, яка використовується для освітлення.

У кожну квартиру електроенергія надходить за допомогою двох проводів: фазного і нульового, приєднаних до чотирипровідної системи. Схеми квартир між собою приєднані паралельно і до різних фаз зіркою. Якщо величини фазних струмів у трифазних проводах чотирипровідної системи однакові (рис. 1.39), тоді фазні напруги споживачів також однакові, і у четвертому нульовому проводі сила струму дорівнює:

тому що три однакові вектори, розташовані під кутом 120° один до одного, у сумі дають нуль. Якщо четвертий нульовий провід обірветься до вводу в будинок і сили струмів на фазах будуть мати неоднакову величину, тоді фазні напруги у будинку стануть також неоднаковими. На тій фазі, де сила струму більша, фазна напруга зменшується, а на фазі, де сила струму менша, фазна напруга збільшується, тобто вектори фазних напруг стануть прямо пропорційними фазним опорам.

Якщо фазні напруги неоднакові, тоді у четвертому — нульовому проводі — у будинку з'явиться напруга більша за нуль, оскільки й сума трьох неоднакових векторів, розташованих під кутом 120°, більша за нуль:

Якщо тепер з'єднати обірваний нульовий провід, то по ньому потече струм від будинку до нейтралі трансформатора, яка має нульовий потенціал (вектори нерівні). Таким чином, потенціал нульового проводу в будинку зрівняється з потенціалом нейтралі трансформатора і фазні напруги стануть однаковими. Оскільки величини фазних струмів неоднакові, то по четвертому проводу потече сила струму, менша за силу струму кожного з трьох фазних проводів. Тому допускається, щоб четвертий нульовий провід був тоншим. Однак, у квартирі фазний і нульовий проводи однакові, бо сила струму в них однакова.

При обриві четвертого нульового проводу максимальна величина фазної напруги буде на тій фазі, де від'єднані споживачі. Там фазна напруга збільшиться у півтора рази:

В.