Curent alternativ trifazat

În zilele noastre, este cel mai comun sistem de curent alternativ trifazat din întreaga lume.

Un circuit electric trifazat se numește sistem format din trei circuite în care funcționează curenți alternativi, EMF de aceeași frecvență, defazați între ele cu 1/3 din perioadă (φ=2π/ 3). Fiecare circuit individual al unui astfel de sistem este numit pe scurt faza sa, iar sistemul de trei curenți alternativi defazați din astfel de circuite este numit pur și simplu curent trifazat.

Aproape toate generatoarele instalate în centralele noastre sunt generatoare de curent trifazat... În esență, fiecare astfel de generator este o conexiune într-o mașină electrică de trei alternatoare, proiectate în așa fel încât induse în ele. EMF deplasate unul față de celălalt cu o treime din perioadă, așa cum se arată în fig. 1.

Orez. 1. Grafice ale dependenței de timp a EMF indusă în înfășurările de armătură ale unui generator de curent trifazat

Cum este implementat un astfel de generator este ușor de înțeles din circuitul din fig. 2.

Orez. 2. Trei perechi de fire independente conectate la trei armături ale unui generator de curent trifazat alimentează rețeaua de iluminat

Există trei armături independente situate pe statorul unei mașini electrice și compensate cu 1/3 de cerc (120O). Un inductor comun tuturor armăturilor se rotește în centrul mașinii electrice prezentate în diagrama din formular magnet permanent.

În fiecare bobină este indusă o CEM alternantă aceeași frecvență, dar momentele în care aceste EMF trec prin zero (sau prin maxim) în fiecare dintre bobine vor fi deplasate cu 1/3 dintr-o perioadă unul față de celălalt, deoarece inductorul trece prin fiecare bobină 1/3 dintr-o perioadă mai târziu de la precedenta.

Fiecare înfășurare a unui generator trifazat este un generator de curent independent și o sursă de energie electrică. Conectând firele la capetele fiecăruia, așa cum se arată în fig. 2, am obține trei circuite independente, fiecare dintre ele ar putea alimenta anumite receptoare electrice, de exemplu lămpi electrice.

În acest caz, pentru a transfera toată energia care este absorbită receptoare electrice, vor fi necesare șase fire. Cu toate acestea, este posibil să conectați înfășurările unui generator de curent trifazat în așa fel încât să gestioneze patru sau chiar trei fire, adică să economisească în mod semnificativ cablarea.

Prima dintre aceste moduri se numește conexiune în stea (Fig. 3).

Orez. 3. Sistem de cablare cu patru fire la conectarea unui generator trifazat cu o stea. Sarcinile (grupe de lămpi electrice I, II, III) sunt alimentate cu tensiuni de fază.

Vom numi bornele bobinelor 1, 2, 3 începutul, iar bornele 1′, 2′, 3′ capetele fazelor respective.

Conexiunea stelelor este că conectăm capetele tuturor înfășurărilor la un punct al generatorului, care se numește punctul zero sau neutru, și conectăm generatorul la receptoarele de electricitate cu patru fire: trei așa-numitele liniare. fire care provin de la începutul înfășurărilor 1, 2, 3 și firul neutru sau neutru care pleacă de la punctul zero al generatorului. Acest sistem de cablare se numește cu patru fire.

Tensiunile dintre punctul zero și originea fiecărei faze se numesc tensiuni de fază, iar tensiunile dintre originea înfășurărilor, adică punctele 1 și 2, 2 și 3, 3 și 1, se numesc linie... Faza tensiunile înseamnă de obicei U1, U2, U3 sau, în general, Uf și tensiunea de linie - U12, U23, U31 sau în general Ul.

Între amplitudini sau valori medii tensiunea de fază și linie la conectarea înfășurărilor generatorului cu o stea, există un raport Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Deci, de exemplu, dacă tensiunea de fază a generatorului este Uf = 220 V, atunci când conectați înfășurările generatorului într-o stea, tensiunea de linie Ul - 380 V.

În cazul încărcării uniforme a celor trei faze ale generatorului, adică cu curenți aproximativ egali în fiecare dintre ele, curentul în firul neutru este zero... Prin urmare, în acest caz, puteți îndepărta firul neutru și treceți la un sistem cu trei fire și mai economic. În acest caz, toate sarcinile sunt conectate între perechile corespunzătoare de conductori de linie.

Într-o sarcină dezechilibrată, curentul din conductorul neutru nu este zero, dar, în general, este mai mic decât curentul din conductorii de linie. Prin urmare, firul neutru poate fi mai subțire decât firul de linie.

Când funcționează cu curent alternativ trifazat, ei se străduiesc să facă sarcina pe diferite faze cât mai egală posibil.De aceea, de exemplu, la amenajarea rețelei de iluminat a unei case mari cu sistem cu patru fire, în fiecare apartament se introduc un fir neutru și unul dintre cele liniare astfel încât, în medie, fiecare fază să aibă aproximativ aceeași. sarcină.

O altă modalitate de conectare a înfășurărilor generatorului, care permite și cablarea cu trei fire, este conexiunea delta prezentată în fig. 4.

Orez. 4. Schema de conectare a înfășurărilor unui generator trifazat cu triunghi

Aici, capătul fiecărei bobine este conectat la începutul următoarei, astfel încât acestea formează un triunghi închis, iar firele de linie sunt conectate la vârfurile acestui triunghi - punctele 1, 2 și 3. Când sunt conectate cu un triunghi, tensiunea de linie a generatorului este egală cu tensiunea de fază a acestuia: Ul = Ue.

Prin urmare, comutarea înfășurărilor generatorului de la stea la triunghi duce la o scădere a tensiunii rețelei de √3 ≈ 1,73 ori... Conexiunea în triunghi este, de asemenea, permisă numai cu aceeași sau aproape aceeași sarcină de fază. În caz contrar, curentul în bucla închisă a înfășurărilor va fi prea puternic, ceea ce este periculos pentru generator.

Când se utilizează curent trifazat, receptoarele (sarcinile) separate alimentate cu perechi separate de fire pot fi, de asemenea, conectate fie într-o stea, adică astfel încât un capăt al acestora să fie conectat la un punct comun, iar celelalte trei capete libere să fie conectat la firele de linie ale rețelei sau cu un triunghi, adică astfel încât toate sarcinile să fie conectate în serie și să formeze un circuit comun, la punctele 1, 2, 3 dintre care firele liniare ale rețelei sunt conectate.

În fig. 5 prezintă conexiunea în stea a sarcinilor cu un sistem de cablare cu trei fire, iar în fig.6 - cu un sistem de cablare cu patru fire (în acest caz, punctul comun al tuturor sarcinilor este conectat la firul neutru).

În fig. 7 prezintă o diagramă de conectare a sarcinii delta pentru un sistem de cablare cu trei fire.

Orez. 5. Conectarea în stea a sarcinilor cu sistem de cablare cu trei fire

Orez. 6. Conectarea în stea a sarcinilor cu sistem de cablare cu patru fire

Orez. 7. Conectarea în triunghi a sarcinilor cu un sistem de cablare cu trei fire

În practică, este important să luați în considerare următoarele. Când sarcinile sunt conectate în delta, fiecare sarcină este sub tensiunea de linie, iar când este conectată în stea, sub tensiune de √3 ori mai mică. Pentru cazul unui sistem cu patru fire, acest lucru este clar din fig. 6. Dar același lucru este și cazul unui sistem cu trei fire (Fig. 5).

Între fiecare pereche de tensiuni de linie de aici, două sarcini sunt conectate în serie, curenții în care sunt defazați cu 2π/ 3. Tensiunea din fiecare sarcină este egală cu tensiunea rețelei corespunzătoare împărțită la √3.

Astfel, la comutarea sarcinilor de la stea la triunghi, tensiunile la fiecare sarcină și, prin urmare, curentul din aceasta, cresc de √3 ≈ de 1,73 ori. Dacă, de exemplu, tensiunea de linie a unei rețele cu trei fire este de 380 V, atunci când este conectată într-o stea (fig. 5), tensiunea fiecărei sarcini va fi egală cu 220 V, iar atunci când este conectată cu un triunghi (fig. 7) va fi egal cu 380 V.

La pregătirea articolului au fost folosite informații dintr-un manual de fizică editat de G.S. Landsberg.