Trifazni izmenični tok

Danes je to najpogostejši sistem trifaznega izmeničnega toka po vsem svetu.

Trifazni električni tokokrog se imenuje sistem, sestavljen iz treh tokokrogov, v katerih delujejo izmenični tokovi, EMF iste frekvence, ki so med fazo drugačni za 1/3 obdobja (φ=2π/ 3). Vsako posamezno vezje takega sistema na kratko imenujemo njegova faza, sistem treh fazno premaknjenih izmeničnih tokov v takih vezjih pa preprosto imenujemo trifazni tok.

Skoraj vsi generatorji, ki so nameščeni v naših elektrarnah, so generatorji trifaznega toka ... V bistvu je vsak tak generator povezava v enem električnem stroju treh alternatorjev, zasnovanih tako, da inducirana v njih EMF premaknjeni drug glede na drugega za eno tretjino obdobja, kot je prikazano na sl. 1.

riž. 1. Grafi časovne odvisnosti EMF, inducirane v navitjih armature generatorja trifaznega toka

Kako je tak generator izveden, je enostavno razumeti iz vezja na sl. 2.

riž. 2. Trije pari neodvisnih žic, povezanih s tremi armaturami generatorja trifaznega toka, napajajo svetlobno omrežje

Na statorju električnega stroja so tri neodvisne armature, ki so zamaknjene za 1/3 kroga (120O). Induktor, skupen vsem armaturam, se vrti v središču električnega stroja, prikazanega na diagramu v obliki trajni magnet.

V vsaki tuljavi inducira se izmenični EMF enaka frekvenca, toda časi, ko te emf preidejo skozi nič (ali skozi maksimum) v vsaki od tuljav, bodo medsebojno premaknjeni za 1/3 periode, ker gre induktor skozi vsako tuljavo 1/3 periode pozneje od prejšnjega.

Vsako navitje trifaznega generatorja je samostojen generator toka in vir električne energije. S povezovanjem žic na konce vsakega, kot je prikazano na sl. 2, bi dobili tri neodvisna vezja, od katerih bi lahko vsako napajalo npr. določene električne sprejemnike električne svetilke.

V tem primeru za prenos vse energije, ki se absorbira električni sprejemniki, bo potrebnih šest žic. Vendar pa je mogoče navitja generatorja trifaznega toka povezati tako, da obdelujejo štiri ali celo tri žice, torej znatno prihranijo ožičenje.

Prvi od teh načinov se imenuje zvezdasta povezava (slika 3).

riž. 3. Štirižični sistem ožičenja pri povezovanju trifaznega generatorja z zvezdo. Obremenitve (skupine električnih svetilk I, II, III) se napajajo s faznimi napetostmi.

Sponke tuljav 1, 2, 3 bomo poimenovali začetek, sponke 1′, 2′, 3′ pa konce zadevnih faz.

Povezava zvezd je v tem, da konce vseh navitij povežemo z eno točko generatorja, ki ji pravimo ničelna točka ali nevtralna točka, generator pa povežemo s sprejemniki električne energije s štirimi žicami: tremi t.i. žice, ki prihajajo od začetka navitij 1, 2, 3, in nevtralna ali nevtralna žica, ki poteka od ničelne točke generatorja. Ta sistem ožičenja se imenuje štirižilni.

Napetosti med ničelno točko in izhodiščem vsake faze se imenujejo fazne napetosti, napetosti med izhodiščem navitij, to je točkami 1 in 2, 2 in 3, 3 in 1, pa se imenujejo linijske ... Faza napetosti običajno pomenijo U1, U2, U3 ali v splošni obliki Uf in omrežne napetosti - U12, U23, U31 ali v splošni obliki Ul.

Med amplitudami ali srednjimi vrednostmi fazna in omrežna napetost pri povezovanju navitij generatorja z zvezdo je razmerje Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Torej, na primer, če je fazna napetost generatorja Uf = 220 V, potem je pri povezovanju navitij generatorja v zvezdo omrežna napetost Ul - 380 V.

V primeru enakomerne obremenitve treh faz generatorja, to je s približno enakimi tokovi v vsaki od njih, je tok v nevtralni žici enak nič ... Zato lahko v tem primeru odstranite nevtralno žico in preklopite na še varčnejši trižilni sistem. V tem primeru so vsa bremena povezana med ustreznimi pari linijskih vodnikov.

Pri neuravnoteženi obremenitvi tok v nevtralnem vodniku ni enak nič, vendar je na splošno manjši od toka v linijskih vodnikih. Zato je nevtralna žica lahko tanjša od linijske žice.

Pri delu s trifaznim izmeničnim tokom si prizadevajo, da je obremenitev različnih faz čim bolj enaka.Zato se na primer pri urejanju svetlobnega omrežja velike hiše s štirižilnim sistemom v vsako stanovanje vpelje nevtralna žica in ena od linearnih tako, da ima v povprečju vsaka faza približno enako obremenitev.

Drugi način povezovanja navitij generatorja, ki omogoča tudi trižično napeljavo, je povezava trikotnika, prikazana na sl. 4.

riž. 4. Shema povezovanja navitij trifaznega generatorja s trikotnikom

Tukaj je konec vsake tuljave povezan z začetkom naslednjega, tako da tvorita sklenjen trikotnik, linijske žice pa so povezane z oglišči tega trikotnika - točke 1, 2 in 3. Ko jih povežemo s trikotnikom, omrežna napetost generatorja je enaka njegovi fazni napetosti: Ul = Ue.

Zato preklop navitij generatorja iz zvezde v trikot vodi do zmanjšanja omrežne napetosti v √3 ≈ 1,73-krat ... Delta povezava je prav tako dopustna le pri enaki ali skoraj enaki fazni obremenitvi. V nasprotnem primeru bo tok v zaprti zanki navitij premočan, kar je nevarno za generator.

Pri uporabi trifaznega toka lahko ločene sprejemnike (obremenitve), ki jih napajajo ločeni pari žic, povežemo tudi v zvezdo, to je tako, da je en njihov konec povezan s skupno točko, drugi trije prosti konci pa so priključen na linijske žice omrežja ali s trikotnikom, to je tako, da so vse obremenitve povezane zaporedno in tvorijo skupno vezje, na točke 1, 2, 3, od katerih so priključene linearne žice omrežja.

Na sl. 5 prikazuje zvezdasto povezavo bremen s trižilnim sistemom ožičenja, na sl.6 — s štirižilnim sistemom ožičenja (v tem primeru je skupna točka vseh bremen povezana z nevtralno žico).

Na sl. 7 prikazuje diagram povezave trikotne obremenitve za trižilni sistem ožičenja.

riž. 5. Zvezdna povezava bremen s trižilnim sistemom ožičenja

riž. 6. Zvezdna povezava bremen s štirižilnim sistemom ožičenja

riž. 7. Delta povezava bremen s trižilnim sistemom ožičenja

V praksi je pomembno upoštevati naslednje. Ko so bremena povezana v trikotniku, je vsako breme pod omrežno napetostjo, pri zvezdni povezavi pa pod napetostjo √3-krat manj. V primeru štirižilnega sistema je to razvidno iz sl. 6. Toda enako velja za trižilni sistem (slika 5).

Med vsakim parom omrežnih napetosti sta zaporedno povezani dve obremenitvi, katerih tokovi so fazno zamaknjeni za 2π/3. Napetost v vsaki obremenitvi je enaka ustrezni omrežni napetosti, deljeni z √3.

Tako se pri preklopu obremenitev iz zvezde v trikot napetosti na vsaki obremenitvi in ​​s tem tok v njej povečajo za √3 ≈ 1,73-krat. Če je na primer omrežna napetost trižičnega omrežja 380 V, potem ko je priključen v zvezdo (slika 5), ​​bo napetost vsakega od bremen enaka 220 V, in ko je priključen na trikotnika (slika 7) bo enaka 380 V.

Pri pripravi članka so bili uporabljeni podatki iz učbenika fizike, ki ga je uredil G. S. Landsberg.