Вериги с трифазен синусоидален ток. Трифазен променлив ток

Трифазната AC система е широко разпространена и се използва в целия свят. Използвайки трифазна система, ние осигуряваме оптимални условияза предаване на електричество през проводници на дълги разстояния, възможност за създаване на електрически двигатели, които са прости по дизайн и лесни за работа.

Трифазна AC система

Нарича се система, състояща се от три вериги с активни електродвижещи сили (ЕМС) със същата честота. Тези ЕМП се изместват една спрямо друга във фаза с една трета. Всяка отделна верига в системата се нарича фаза. Цялата система от три променливи тока, изместени във фаза, се нарича трифазен ток.

Почти всички генератори, инсталирани в електроцентралите, са генератори на трифазен ток. Дизайнът съчетава три в една единица. Електродвижещите сили, индуцирани в тях, както беше споменато по-рано, се изместват една спрямо друга с една трета от периода.

Как работи генераторът?

Генераторът на трифазен ток има три отделни котви, разположени на статора на устройството. Те се компенсират с 1200 помежду си. В центъра на устройството се върти индуктор, общ за три котви. Във всяка бобина се индуцира променлива ЕДС със същата честота. Въпреки това, моментите на преминаване на тези електродвижещи силипрез нула във всяка от тези намотки се изместват с 1/3 от периода, тъй като индукторът преминава близо до всяка намотка 1/3 от времето по-късно от предишната.

Всички намотки са независими генераториток и източници на електричество. Ако свържете проводници към краищата на всяка намотка, получавате три независими вериги. В този случай ще са необходими шест проводника за предаване на цялото електричество. Въпреки това, при други връзки на намотките помежду си, е напълно възможно да се мине с 3-4 проводника, което дава големи икономии на проводници.

Връзка - звезда

Краищата на всички намотки са свързани в една точка на генератора, така наречената нулева точка. След това се осъществява връзка с потребителите чрез четири проводника: три са линейни проводници, които идват от началото на намотки 1, 2, 3, един е нулев (неутрален) проводник, идващ от нулевата точка на генератора. Тази система се нарича още четирипроводна.

Делта връзка

В този случай краят на предишната намотка е свързан с началото на следващата, като по този начин се образува триъгълник. Линейни проводници са свързани към върховете на триъгълника - точки 1, 2, 3. С тази връзка те съвпадат. В сравнение със свързването звезда, свързването триъгълник намалява мрежовото напрежение приблизително 1,73 пъти. Допуска се само ако натоварването на фазите е еднакво, в противен случай може да се увеличи в намотките, което представлява опасност за генератора.

Индивидуалните консуматори (товари), които се захранват от отделни двойки проводници, също могат да бъдат свързани в звезда или в триъгълник. Резултатът е ситуация, подобна на генератор: когато са свързани с триъгълник, товарите са под линейно напрежение, когато са свързани със звезда, напрежението е 1,73 пъти по-малко.

Електроцентралите произвеждат три фази променлив ток . Генераторът на трифазен ток е като три генератора на променлив ток, комбинирани заедно, работещи така, че силата на тока (и напрежението) не се променя едновременно, а със закъснение от 1/3 от периода. Това се постига чрез изместване на намотките на генератора на 120° една спрямо друга (фиг. вдясно).

Всяка част от намотката на генератора се нарича фаза. Следователно се наричат ​​генератори, които имат намотка, състояща се от три частитри фази .

Трябва да се отбележи, че терминът " фаза"в електротехниката има две значения: 1) като величина, която заедно с амплитудата определя състоянието на трептителния процес в даден момент от времето; 2) в смисъла на името на частта електрическа веригапроменлив ток (например част от намотката на електрическа машина).
Известно визуално представяне на появата на трифазен ток се дава от инсталацията, показана на фиг. наляво.
Три намотки от училищен разглобяем трансформатор със сърцевини са разположени около кръг под ъгъл 120° една спрямо друга. Всяка намотка е свързана с демонстрация галванометър. Прав магнит е прикрепен към оста в центъра на кръга. Ако завъртите магнита, във всяка от трите вериги „намотка - галванометър“ се появява променлив ток. Когато магнитът се върти бавно, можете да забележите, че най-големият и най-малка стойносттокове и техните посоки ще бъдат различни във всеки един момент и в трите вериги.

По този начин, трифазен токпредставлява комбинираното действие на три променливи тока с еднаква честота, но изместени по фаза с 1/3 от периода един спрямо друг.
Всяка намотка на генератора може да бъде свързана към своя консуматор, образувайки несвързана трифазна система. Няма печалба от такава връзка по отношение на три отделни генератора за променлив ток, тъй като предаването електрическа енергияизвършва се с помощта на шест проводника (фиг. вдясно).
На практика са получени два други метода за свързване на намотките на трифазен генератор. Първият метод за свързване беше извикан звезди(Фиг. вляво, а), а вторият - триъгълник(фиг. b).
При свързване звездакраищата (или началото) на трите фази са свързани в един общ възел, а проводниците вървят от началото (или краищата) към потребителите. Тези проводници се наричат линейни проводници. Обща точка, в който са свързани краищата на фазите на генератора (или консуматора), се нарича нулева точка, или неутрален. Извиква се проводникът, свързващ нулевите точки на генератора и консуматора неутрален проводник. Неутрален проводниксе използва, ако мрежата създава неравномерно натоварване на фазите. Позволява ви да изравните напреженията във фазите на потребителите.

Неутрален проводник, като правило, се използва в осветителни мрежи. Дори ако има еднакъв брой лампи с еднаква мощност във всичките три фази, равномерното натоварване не се поддържа, тъй като лампите могат да се включват и изключват не едновременно във всички фази, те могат да изгорят и след това равномерността на натоварването на фазите ще бъде нарушено. Следователно за осветителната мрежа се използва звезда, която има четири проводника вместо шест в несвързана трифазна система.

При свързване в звезда се разграничават два вида напрежение: фазови и линейни. Напрежението между всеки линеен и неутрален проводник е равно на напрежението между клемите на съответната фаза на генератора и се нарича фаза ( U f ), а напрежението между два линейни проводника е линейно напрежение ( U l ).

Тъй като в нулевия проводник при симетрично натоварванесилата на тока е нула, тогава токът в линейния проводник е равен на тока във фазата.
Когато фазовото натоварване е неравномерно, относително малък изравнителен ток преминава през нулевия проводник. Следователно напречното сечение на този проводник трябва да бъде значително по-малко от това на линеен проводник. Това може да се провери чрез свързване на четири амперметъра към линейния и неутралния проводник. Удобно е да използвате обикновени товари като товари. ел.крушки(снимката вдясно).
При същото натоварване във фазите токът в неутралния проводник е нула и няма нужда от този проводник (например електродвигателите създават равномерно натоварване). В този случай връзката се прави в „триъгълник“, което е серийна връзканачалото и краищата на намотките на генератора един с друг. В този случай няма неутрален проводник.
При свързване на намотките на генератора и потребителите " триъгълник» фазовите и линейните напрежения са равни едно на друго,
тези. У Л = U F , А линеен ток V √3 пъти фазовия ток азЛ = √3 . азЕ
Съединение триъгълникизползва се както за осветление, така и за захранване. Например в училищна работилница машините могат да бъдат включени в звезда или триъгълник. Изборът на един или друг метод на свързване се определя от големината на мрежовото напрежение и номинално напрежениеприемници на електрическа енергия.
По принцип е възможно да се свържат фазите на генератора с триъгълник, но това обикновено не се прави. Факт е, че за да се създаде дадено линейно напрежение, всяка фаза на генератора, когато е свързана с триъгълник, трябва да бъде проектирана за напрежение, което е няколко пъти по-голямо, отколкото в случай на звездна връзка. По-високото напрежение във фазата на генератора изисква увеличаване на броя на завоите и повишена изолация за тел за навиване, което увеличава размера и цената на машините. Следователно фазите трифазни генераторипочти винаги свързан със звезда. Двигателите понякога се включват като звезда в момента на стартиране и след това се превключват на триъгълник.

Електрически двигатели.

Електрически двигателе електрическа машина (електромеханичен преобразувател), в която електрическата енергия се преобразува в механична, с отделяне на топлина като страничен ефект.

Принцип на работа

Работата на всяка електрическа машина се основава на принципа на електромагнитната индукция. Електрическа машинасе състои от статор (неподвижна част) и ротор (котва в случай на машина за постоянен ток) (подвижна част), токов удар(или също постоянни магнити), в които се създават стационарни и/или въртящи се магнитни полета.

Статор- неподвижната част на електродвигателя, най-често външната. В зависимост от типа на двигателя, той може да генерира стационарно магнитно поле и да се състои от постоянни магнити и/или електромагнити, или да генерира въртящо се магнитно поле (и да се състои от намотки, захранвани от променлив ток).

Ротор- подвижната част на електродвигателя, най-често разположена вътре в статора.

Роторът може да се състои от:

§ постоянни магнити;

§ намотки на сърцевината (свързани чрез четко-колекторен блок);

§ намотка с късо съединение („колело на катерица“ или „катерица“), в която токове възникват под въздействието на въртящ се магнитно полестатор).

Взаимодействието на магнитните полета на статора и ротора създава въртящ момент, който задвижва ротора на двигателя. По този начин електрическата енергия, подадена към намотките на двигателя, се преобразува в механична (кинетична) енергия на въртене. получено механична енергияможе да се използва за задвижване на механизми.

Класификация на електродвигателите

§ DC двигател - Електрически двигател, захранвани с постоянен ток;

§ Двигатели с постоянен ток. Разновидности:

§ С възбуждане от постоянни магнити;

§ СЪС паралелна връзкавъзбуждащи и арматурни намотки;

§ С последователно свързване на възбуждащи и арматурни намотки;

§ Със смесено свързване на възбуждащи и арматурни намотки;

§ Безчеткови постояннотокови двигатели (мотори на вентилатори) - Електрически двигатели, изработени във формата затворена системаизползвайки сензор за положение на ротора (RPS), система за управление (координатен преобразувател) и мощен полупроводников преобразувател (инвертор).

§ AC мотор- електрически двигател, захранван от променлив ток, има два вида:

§ Синхронен електродвигател - електродвигател с променлив ток, чийто ротор се върти синхронно с магнитното поле на захранващото напрежение;

§ Хистерезис мотор

§ Асинхронен електродвигател- електродвигател с променлив ток, в който скоростта на ротора се различава от честотата на въртящото се магнитно поле, създадено от захранващото напрежение.

§ Монофазни - ръчно стартирани или има начална намотка, или имат схема за фазово изместване

§ Двуфазен - включително кондензатор.

§ Три фази

§ Многофазен

§ Стъпкови двигатели - Електрически двигатели, които имат краен брой позиции на ротора. Определеното положение на ротора се фиксира чрез захранване на съответните намотки. Преходът към друга позиция се осъществява чрез премахване на захранващото напрежение от някои намотки и прехвърлянето му към други.

Въртящо се магнитно поле

§ Универсален колекторен двигател (UCM) - колекторен електродвигател, който може да работи и на DCи на променлив ток.

AC двигатели, захранвани от индустриална мрежа 50 Hz не ви позволява да получите скорост на въртене над 3000 rpm. Следователно, за да се получат високи честоти, се използва колекторен електродвигател, който също е по-лек и по-малък от AC мотор със същата мощност, или се използват специални предавателни механизми, които променят кинематичните параметри на механизма до тези, от които се нуждаем (умножители ). При използване на честотни преобразуватели или наличие на високочестотна мрежа (100, 200, 400 Hz), AC двигателите се оказват по-леки и по-малки от колекторните двигатели (комутаторният блок понякога заема половината от пространството). Ресурс асинхронни двигателипроменливият ток е много по-висок от този на колекторния ток и се определя от състоянието на лагерите и изолацията на намотките.

Синхронен двигател със сензор за положение на ротора и инвертор е електронен аналог на четков DC двигател.

Видове перални машини.

Измиване по научен начин.

Токовете във фазите на генератора и приемника се наричат фазови токове,а токът в линейните проводници е линеен.

В симетричен режим на трифазна верига и намотките на генератора са свързани със звезда, положителните посоки на токовете в линейните проводници се избират от генератора към приемника, а токът в неутралния проводник в обратна посока . В симетрични трифазен приемникили за три еднакви приемника, свързани в звезда, фазовите съпротивления са еднакви по големина , от което следва, че линейните и фазовите токове са числено равни.

, (3.11)

където е фазовият импеданс.

Линейните или фазовите токове се изместват във фаза един спрямо друг на еднакви ъгли, равни на 120 °. Сумата от векторите на трите тока, образуващи симетрична тройка, е равна на нула, както и трите вектора на фазовите напрежения. Следователно няма ток в нулевия проводник: , и нулевият проводник може да бъде изоставен. Такава четирипроводна система може да бъде заменена с трипроводна (фиг. 3.4).

Ориз. 3.4. Трифазна трипроводна електрическа схема

При симетричен режим на трифазна верига и намотките на генератора са свързани с триъгълник, положителната посока на линейните токове, както при звездна връзка, се избира от генератора към приемниците. Положителната посока на фазовите токове в приемниците се приема за посоките от АДа се b, от bДа се с, от сДа се А, което се обозначава с реда на буквите в индексите. Например, дали токът е във фаза пр.н.е, насочен от възел bкъм възела ° С.

Токът във всеки линеен проводник е равен на разликата в токовете на двете фази, които са свързани в един възел с този проводник.

При симетрична система на напрежение и еднакви фазови съпротивления на приемника фазовите токове образуват симетрична система. Ефективните стойности на токовете са еднакви, а във фаза токовете се изместват един спрямо друг под ъгли от 120 °. Линейните токове са равни на разликите на съответните фазови токове, техните ефективни стойностиеднакви, фазовите отмествания между тях, както и между фазовите токове, са равни на 120°. Векторите на фазовите токове на съседните фази, заедно с вектора на съответния линеен ток, образуват равнобедрен триъгълник с ъгли на основата 30° и ъгли на върха 120°. Основата на триъгълника определя тока на линията.

От триъгълника се оказва, че:

Линейният ток е няколко пъти по-голям от фазовия ток в симетричен режим на трифазна верига и триъгълник. Всеки линеен ток е извън фаза със съответния фазов ток под ъгъл от 30°.

Пример 3.2.Фазови напрежения на генератора UЕ=240 V, фазово съпротивление на приемника за= ра=20 ома, з б= rb=8 ома, zc= rc=50 ома. Съпротивлението на линейните и неутралните проводници може да се пренебрегне. Определете токовете във всички секции на веригата.

Решение.

Нека насочим вектора по реалната положителна полуос, т.е. Нека изберем нулева начална фаза за това напрежение: IN,

волтаж:

Течения в области.

Най-популярната електрическа верига се счита за трифазна линия, която има значителни предимства пред другите видове свързване. В сравнение с многофазните вериги, трифазната линия е по-икономична от гледна точка на консумацията на материали и в сравнение с еднофазните линии, тя е в състояние да предава по-високо напрежение.

В допълнение, тази връзка се използва за включване във веригата на електрически двигатели: с негова помощ лесно се образува магнитно поле, което се използва активно за стартиране на електрически двигатели и генератори. Друго предимство на трифазната система е възможността за получаване на различни работни напрежения. В зависимост от метода на свързване на товара се прави разлика между линейни и фазово напрежение, получени от захранващата линия.

Основни определения

Първо, нека си припомним някои определения.

Трифазна система

Трифазна система е комбинация от три електрически вериги, които се генерират от един източник, но са изместени във фаза една спрямо друга.

Фаза

В този случай всяка електрическа верига на многофазна система се нарича фаза. За начало на фазата се счита терминалът или краят на проводника, през който електрическият ток влиза в дадената верига. В този случай краищата на фазите могат да бъдат свързани заедно. В този случай общият ЕМП започва да действа в електрическата верига и системата се нарича свързана. Това се използва широко за захранване на електрически двигатели.

Методи на свързване

Трифазното свързване се използва широко за включване на намотките на електрически двигатели и генератори. В този случай се използват две опции за свързване на намотки с проводници с ток.

• При свързване със звезда броят на свързващите проводници се намалява от шест на четири, което има положителен ефект върху издръжливостта на връзките. Захранващите ядра са свързани към началото на намотката, а краищата са комбинирани в възел, наречен точка N или неутрал на генератора. Тази опция за свързване ви позволява да преминете към трипроводна връзка, но само ако свързаният приемник трифазен товарсиметричен;
• Когато намотките са кръстосани в триъгълник, те създават затворена верига, която има сравнително малко съпротивление. Тази връзка се използва при свързване на симетрична система от три ЕМП: в този случай, при липса на товар, във веригата не възниква ток.

Фазови и линейни напрежения

В самото начало на статията отбелязахме това трифазно свързваневи позволява да получите две различни напрежения: линейни и фазови. Нека да разгледаме по-отблизо какво представлява.

• Фазовото напрежение възниква, когато е свързано към неутралното ядро ​​и една от трите фази на веригата;
• Мрежовото напрежение се генерира, когато е свързано към произволни две фази. Електротехниците го наричат ​​интерфаза, което е по-близо до метода на измерване.

Сега нека разберем каква е разликата между тези две определения.

IN нормални условиялинейните индикатори за напрежение са еднакви между всички фази и в същото време са 1,73 пъти по-високи от индикаторите за фазово напрежение. Просто казано, в съответствие с вътрешните стандарти, линейното напрежение е 380 волта, а фазовото напрежение е 220 V. Такива характеристики на трифазните линии са намерили своето приложение за осигуряване на непрекъснато захранване както на промишлени, така и на битови потребители.

Струва си да се отбележи, че само трифазна четирипроводна верига има тези характеристики, чието номинално напрежение е означено като 380/220V. От това обозначение става ясно, че към тази линия, предназначена за, е възможно да се свържат широк кръг потребители номинален токкакто 380V, така и 220 волта.

Забележка! Важно е да знаете, че когато мрежовото напрежение спадне (падне), фазовото напрежение също се променя. Освен това индикаторът на фазовото напрежение се изчислява лесно, ако знаете линейни стойности. За да направите това, от линейни индикатори трябва да извлечете Корен квадратенот три. Получените данни ще бъдат равни на фазовото напрежение.

Благодарение на описаните по-горе характеристики и разнообразието от възможни връзки, широко разпространена е четирипроводната трифазна верига. Обхватът на приложение на такава схема на захранване е универсален. Поради това се използва за захранване на големи съоръжения с мощни консуматори, жилищни, офисни и административни сградии други сгради.

В този случай изобщо не е необходимо да се свързват двата вида консуматори на 380V и 220V. Например в жилищни сградинай-често се използва само уредипредназначен за 220 волта. В този случай е важно да се осигури равномерно натоварване на трите фази чрез правилно разпределяне на захранването на връзката към всяка отделна линия. IN жилищни сградитова се осигурява от последователния ред на свързване на апартаменти към фазови проводници. В частна къща (ако има вход 380V) ще трябва сами да разпределите товара по специални линии.

Сега знаете какви видове напрежения могат да бъдат получени от трифазна верига, какви методи за свързване към четирижилен кабел се използват за това. Тези знания ще бъдат полезни както за електротехниците, така и за обикновените потребители.

Трифазна AC система

Електроцентралите произвеждат трифазен променлив ток. Генераторът на трифазен ток е като три генератора на променлив ток, комбинирани заедно, работещи така, че силата на тока (и напрежението) не се променя едновременно, а със закъснение от 1/3 от периода. Това се постига чрез изместване на намотките на генератора на 120° една спрямо друга (фиг. вдясно).

Всяка част от намотката на генератора се нарича фаза. Следователно се наричат ​​генератори, които имат намотка, състояща се от три части три фази .

Трябва да се отбележи, че терминът " фаза "в електротехниката има две значения: 1) като величина, която заедно с амплитудата определя състоянието на трептителния процес в даден момент от времето; 2) в смисъл на именуване на част от електрическа верига с променлив ток (например част от намотката на електрическа машина).

Известно визуално представяне на появата на трифазен ток се дава от инсталацията, показана на фиг. наляво.
Три намотки от училищен разглобяем трансформатор със сърцевини са разположени около кръг под ъгъл 120° една спрямо друга. Всяка намотка е свързана с демонстрация галванометър. Прав магнит е прикрепен към оста в центъра на кръга. Ако завъртите магнита, във всяка от трите вериги „намотка - галванометър“ се появява променлив ток. Когато магнитът се върти бавно, можете да забележите, че най-високите и най-ниските стойности на токовете и техните посоки ще бъдат различни във всеки момент и в трите вериги.

По този начин трифазният ток представлява комбинираното действие на три променливи тока със същата честота, но изместени във фаза с 1/3 от периода един спрямо друг.
Всяка намотка на генератора може да бъде свързана към своя консуматор, образувайки несвързана трифазна система. Няма печалба от такава връзка по отношение на три отделни генератора за променлив ток, тъй като предаването на електрическа енергия се извършва с помощта на шест проводника (фиг. вдясно).

На практика са получени два други метода за свързване на намотките на трифазен генератор. Първият метод за свързване беше извикан звезди (Фиг. вляво, а), а вторият - триъгълник (фиг. b).

Когато е свързан звезда краищата (или началото) на трите фази са свързани в един общ възел, а проводниците вървят от началото (или краищата) към потребителите. Тези проводници се наричат линейни проводници . Общата точка, в която са свързани краищата на фазите на генератора (или консуматора), се нарича нулева точка , или неутрален . Извиква се проводникът, свързващ нулевите точки на генератора и консуматора неутрален проводник . Нулевият проводник се използва, ако мрежата създава неравномерно натоварване на фазите. Позволява ви да изравните напреженията във фазите на потребителите.

Неутрален проводник, като правило, се използва в осветителни мрежи. Дори ако има еднакъв брой лампи с еднаква мощност във всичките три фази, равномерното натоварване не се поддържа, тъй като лампите могат да се включват и изключват не едновременно във всички фази, те могат да изгорят и след това равномерността на натоварването на фазите ще бъде нарушено. Следователно за осветителната мрежа се използва звезда, която има четири проводника (фигурата вдясно) вместо шест в несвързана трифазна система.

При свързване в звезда се разграничават два вида напрежение: фазови и линейни. Напрежението между всеки линеен и неутрален проводник е равно на напрежението между клемите на съответната фаза на генератора и се нарича фаза ( U f ), а напрежението между два линейни проводника е линейно напрежение ( U l ).

Връзката между фазовите и линейните напрежения може да се установи:

U l = √3. U f ≈ 1,73. U f ,

ако разгледаме триъгълника на напрежението (фиг. вляво).

Наистина ли,

Il= ^h-T^-g-T^-coySh^ Sf-l/2 + 2-co5b0° = l/3 -C,

На практика широко разпространено трифазни веригис неутрални проводниципри напрежения У Л = 380 V; U F = 220 V.

Тъй като токът в нулевия проводник със симетричен товар е нула, токът в линейния проводник е равен на тока във фазата.
Когато фазовото натоварване е неравномерно, относително малък изравнителен ток преминава през нулевия проводник. Следователно напречното сечение на този проводник трябва да бъде значително по-малко от това на линеен проводник. Това може да се провери чрез свързване на четири амперметъра към линейния и неутралния проводник. Удобно е да използвате обикновени електрически крушки като товар (фиг. вдясно).

При същото натоварване във фазите токът в неутралния проводник е нула и няма нужда от този проводник (например електродвигателите създават равномерно натоварване). В този случай се осъществява "триъгълна" връзка, която е последователно свързване на началото и краищата на намотките на генератора един към друг. В този случай няма неутрален проводник.
При свързване на намотките на генератора и потребителите " триъгълник » фазовите и линейните напрежения са равни едно на друго,
тези. У Л = U F и линейния ток в √3 пъти фазовия ток аз Л = √3 . аз Е

Съединение триъгълникизползва се както за осветление, така и за захранване. Например в училищна работилница машините могат да бъдат включени в звезда или триъгълник. Изборът на един или друг метод на свързване се определя от величината на мрежовото напрежение и номиналното напрежение на приемниците на електрическа енергия.
По принцип е възможно да се свържат фазите на генератора с триъгълник, но това обикновено не се прави. Факт е, че за да се създаде дадено линейно напрежение, всяка фаза на генератора, когато е свързана с триъгълник, трябва да бъде проектирана за напрежение, което е няколко пъти по-голямо, отколкото в случай на звездна връзка. По-високото напрежение във фазата на генератора изисква увеличаване на броя на навивките и повишена изолация на намотаващия проводник, което увеличава размера и цената на машините. Следователно фазите на трифазните генератори почти винаги са свързани в звезда. Двигателите понякога се включват като звезда в момента на стартиране и след това се превключват на триъгълник.