Rangkaian arus tiga fasa

Sistem multifase dan tiga fase. Prinsip memperoleh EMF tiga fase

Sumber daya multifase adalah sekumpulan EMF dengan frekuensi yang sama, yang digeser relatif satu sama lain dalam fase. Kombinasi sumber multifase dan penerima multifase membentuk rangkaian listrik multifase. Memisahkan rangkaian listrik yang merupakan bagian dari sistem multifase disebut fase. Jadi, fase adalah konsep ganda. Di satu sisi, ini adalah tahapan proses periodik, di sisi lain, ini adalah bagian dari rangkaian listrik multifase.

Jika banyaknya fasa m=3, kita peroleh sistem tiga fasa. Sistem tiga fase adalah sistem utama untuk memasok listrik ke perusahaan. Berkat karakteristik teknis dan ekonominya, arus tiga fasa menyediakan transmisi energi listrik yang paling ekonomis dan memungkinkan terciptanya transformator, generator, dan motor listrik yang sederhana, andal, dan ekonomis.

Penelitian mendasar yang mengarah pada pengenalan sistem tiga fase ke dalam praktik dilakukan oleh Nikola Tesla (asal - Austria-Hongaria, sekarang Kroasia) dan ilmuwan Rusia Dolivo-Dobrovolsky.

Penemuan besar terkait sistem catu daya tiga fase dibuat dan dipatenkan oleh Tesla. Pada saat yang sama, karya Dolivo-Dobrovolsky, orang pertama yang menggunakan arus tiga fase untuk keperluan industri, memiliki kepentingan teoritis dan praktis yang besar. Semua bagian dari rangkaian tiga fase: transformator, generator, saluran transmisi, dan motor dikembangkan oleh M.O. Dolivo-Dobrovolsky begitu dalam sehingga tidak berubah secara mendasar hingga hari ini.

Beberapa perangkat teknis menggunakan sistem dua fase, empat fase, dan enam fase.

Sistem EMF tiga fasa diperoleh pada generator tiga fasa. Generator semacam itu terdiri dari stator dan rotor. Tiga belitan ditempatkan pada slot stator, digeser relatif satu sama lain dalam ruang sebesar 120°. Rotor dibuat dalam bentuk magnet permanen atau elektromagnet. Ketika berputar, EMF diinduksi dalam belitan, grafik nilai sesaat ditunjukkan pada Gambar. 1

Semua EMF dari sistem yang dipertimbangkan memiliki amplitudo yang sama E m dan digeser relatif satu sama lain dalam fase dengan sudut 120°. Sistem EMF seperti itu disebut simetris.

Sistem simetris tiga fasa

Mengambil titik acuan pada saat е a =0, ​​​​kita tuliskan nilai sesaat semua ggl.

e L1 =E M *dosaω T

e L2 =E M *dosa (ω t-120° )

e L3 =E M *dosa (ω t-240° )= E M *dosa (ω t+120)

Dalam bentuk simbolis (sebagai amplitudo kompleks):

,

,

, Di mana

.

Diagram simetris vektor sistem tiga fasa ditunjukkan pada Gambar. 2.

Sistem tiga fasa simetris mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

,

.

Sifat ini juga berlaku untuk arus dengan beban simetris.

Jenis sambungan rangkaian tiga fasa .

Ada dua jenis sambungan utama belitan transformator, generator, dan penerima pada rangkaian tiga fasa: sambungan bintang dan sambungan delta.

Koneksi bintang antara sumber dan penerima ditunjukkan pada Gambar 3.

Tegangan pada terminal masing-masing fasa penerima atau sumber disebut tegangan fasa.

- tegangan fasa. Tegangan antara kabel saluran yang menghubungkan sumber tiga fasa ke penerima disebut tegangan saluran.

- tegangan linier. Arus yang mengalir pada fasa-fasa penerima atau generator disebut arus fasa. Arus yang mengalir pada kabel linier disebut arus linier. Jelasnya, untuk koneksi bintang, arus salurannya

adalah arus fasa. Kabel yang menghubungkan node nol dari sumber dan penerima (node ​​n, N) disebut kabel nol (umum, netral). Menurut hukum Kirchhoff saat ini, arus pada kabel netral adalah sama dengan

.

Dengan beban simetris, arus dalam fasa adalah sama. Kemudian

=

arus pada kabel netral akan menjadi nol. Oleh karena itu, kapan beban simetris sumber dan beban hanya dapat dihubungkan dengan tiga kabel linier.

Pada Gambar. Gambar 4 menunjukkan diagram vektor rangkaian dalam mode simetris dan sifat beban aktif-induktif, di mana arus tertinggal dari tegangan.

Mari kita membangun hubungan antara tegangan linier dan fasa. Tegangan saluran didefinisikan sebagai perbedaan tegangan fasa.

;

;

.

Dari segitiga sama kaki ANB berikut ini

.

Pada Gambar. Gambar 5 menunjukkan hubungan segitiga antara sumber dan penerima.

Dengan jenis sambungan ini, EMF fase dihubungkan secara seri. Titik-titik persekutuan dari setiap pasangan fase EMF dan titik-titik persekutuan dari setiap pasangan cabang penerima dihubungkan dengan kabel linier. Sekilas, sambungan EMF fase seperti itu adalah mode hubung singkat darurat. Namun, kita tidak boleh lupa bahwa jumlah nilai sesaat EMF sumber simetris tiga fasa setiap saat adalah nol.

Pada Gambar. Gambar 6 menunjukkan diagram vektor tegangan dan arus dalam mode simetris dan beban induktif aktif untuk sambungan delta.

Arus linier didefinisikan sebagai perbedaan arus fasa:

;

;

.

Di mana:

;

.

Perhitungan rangkaian tiga fasa dengan beban asimetris.

Perhitungan rangkaian tiga fasa ketika menghubungkan sumber ke penerima dalam bentuk segitiga tidak mengandung sesuatu yang baru secara mendasar dibandingkan dengan perhitungan rangkaian arus sinusoidal konvensional. Di sirkuit pada Gambar. 5 kami menemukan arus fase:

;

;

.

Berdasarkan arus fasa yang ditemukan, kami menentukan arus garis berdasarkan hukum Kirchhoff saat ini:

;

;

.

Sirkuit tiga fase dihitung dengan cara yang sama ketika sumber dan penerima dihubungkan oleh bintang dengan kabel netral (Gambar 3). Menurut hukum Ohm, kami menentukan arus fasa:

;

;

.

Arus fasa untuk sambungan bintang adalah arus linier. Arus pada kabel netral ditentukan berdasarkan hukum Kirchhoff saat ini:

.

Untuk menghitung rangkaian tiga fasa asimetris bila dihubungkan oleh bintang dengan saluran tiga kabel, kami menggunakan metode dua simpul.

Beras. 7

Mari kita tentukan tegangan antara titik nol sumber dan beban -

, yang disebut tegangan bias netral.

Mengetahui ketegangannya

, mari kita tentukan arus linier (alias fasa) menurut hukum Ohm untuk bagian rangkaian dengan EMF:

=

,

.

Juga

Tegangan pada fase beban akan sama dengan:

,

,

.

Mari kita perhatikan dua kasus khusus beban asimetris.

1) Hubungan pendek salah satu fasa beban dengan hambatan yang sama pada dua fasa lainnya.

,

.

Tegangan bias netral

kita menentukan dengan ekspresi terkenal, setelah sebelumnya mengalikan pembilang dan penyebutnya dengan

.

,

Jadi, saat terjadi hubung singkat, beban berada dalam fase A, tegangan pada itu menjadi nol, dan tegangan pada fasa DI DALAM Dan DENGAN beban meningkat menjadi linier, mis. V

sekali. Tegangan bias netral dalam hal ini akan sama dengan tegangan fasa. Diagram vektor untuk kasus ini ditunjukkan pada Gambar. 8a.

2) Rangkaian terbuka pada salah satu fasa beban dengan hambatan yang sama pada dua fasa lainnya.

,

.

Tegangan bias netral untuk kasus ini akan sama dengan:

Tegangan pada fase beban akan sama dengan:

,

,

Jadi, jika terjadi kegagalan fase A beban, tegangan di dalamnya menjadi 1,5 kali lebih besar dari tegangan fasa, tegangan pada fasa DI DALAM Dan DENGAN beban berkurang dan menjadi sama dengan setengahnya tegangan saluran, tegangan bias netral menjadi sama dengan setengah tegangan fasa.

Diagram vektor untuk kasus ini ditunjukkan pada Gambar. 8b

7.5.Daya pada rangkaian tiga fasa dan pengukurannya.

Mengingat untuk rangkaian terhubung bintang tiga fasa simetris

,

, dan untuk dihubungkan dengan segitiga

,

, kita dapatkan, apa pun jenis koneksinya

Di mana - pergeseran fasa antara tegangan fasa dan arus fasa (cosφ – faktor daya).

Demikian pula, untuk daya reaktif dan daya semu dengan beban simetris, kita memperoleh:

Dalam kasus beban asimetris, daya dihitung untuk setiap fase beban (sumber) secara terpisah dan kemudian dijumlahkan.

Untuk mengukur daya pada rangkaian tiga fasa empat kawat yang dihubungkan oleh sebuah bintang, wattmeter dihubungkan sesuai dengan diagram yang ditunjukkan pada Gambar. 7.9.

Total daya yang dikonsumsi oleh beban akan sama dengan jumlah pembacaan tiga voltmeter yang terhubung ke fase A, B Dan DENGAN. Dalam rangkaian tiga kawat, dua wattmeter digunakan, dihubungkan sesuai dengan diagram yang ditunjukkan pada Gambar. 7.10.

Mari kita tunjukkan bahwa daya yang ditampilkan oleh dua wattmeter akan sama dengan kekuatan penuh rangkaian tiga fasa (yang disebut rangkaian dua wattmeter, atau rangkaian Harun).

§ 5.1. Informasi Umum.

Tiga EMF sinusoidal dengan frekuensi dan amplitudo yang sama, digeser fasa sebesar 120°, membentuk sistem simetris tiga fasa. Sistem tegangan dan arus tiga fasa diperoleh dengan cara yang sama.

Saat ini, sistem tiga fase tersebar luas, yang terutama disebabkan oleh alasan berikut:

1. pada tegangan, daya konsumen, dan kondisi lain yang sama, pasokan arus tiga fasa memungkinkan penghematan yang signifikan pada bahan kawat dibandingkan dengan tiga saluran satu fasa;

2. Semua hal lain dianggap sama, generator tiga fasa lebih murah, lebih ringan dan lebih ekonomis dibandingkan tiga generator satu fasa dengan tipe yang sama kekuatan total, hal yang sama berlaku untuk motor dan transformator tiga fase;

3. Sistem arus tiga fase memungkinkan Anda memperoleh medan magnet berputar menggunakan tiga kumparan tetap, yang sangat menyederhanakan produksi dan pengoperasian motor tiga fasa;

4. Dengan beban yang seragam, generator tiga fasa menciptakan torsi konstan pada poros motor penggerak, berbeda dengan generator satu fasa, di mana daya dan torsi pada poros berdenyut dua kali lipat frekuensi arus.

§ 5.2. Prinsip memperoleh EMF tiga fase. Diagram koneksi dasar untuk rangkaian tiga fase.

Gambar 5-1. Skema generator tiga fasa paling sederhana.

Gambar 5-1 menunjukkan diagram generator tiga fase paling sederhana, yang dengannya mudah untuk menjelaskan prinsip memperoleh EMF tiga fase. Dalam medan magnet seragam magnet permanen, tiga bingkai berputar dengan kecepatan sudut konstan ω, bergeser dalam ruang satu relatif terhadap yang lain dengan sudut 120°.

Pada waktu t=0, bingkai AX ditempatkan secara horizontal dan EMF diinduksi di dalamnya

.

EMF yang sama persis akan diinduksi dalam frame BY ketika diputar 120° dan mengambil posisi frame AX. Oleh karena itu, pada t=0

Dengan alasan serupa, kami menemukan EMF dalam bingkai CZ:

Gambar 5-2 menunjukkan diagram vektor sistem EMF tiga fase.

Gambar 5-2. Diagram vektor sistem EMF tiga fase.

Setiap generator tiga fasa (industri) merupakan sumber EMF simetris tiga fasa, yang artinya persamaan:

1. nilai amplitudo menginduksi EMF pada fase A, B, C;

2. semuanya dipindahkan e A, e B, e C relatif satu sama lain dengan sudut 120°.

Jika suatu beban dihubungkan pada masing-masing rangka AX, BY dan CZ (menggunakan sikat dan slip ring), maka akan muncul arus pada rangkaian yang dihasilkan.

Diagram vektor tegangan tiga fasa dan arus dengan beban simetris ditunjukkan pada Gambar 5-3.

Dalam rangkaian tiga fasa, sistem arus tiga fasa mengalir, yaitu. arus sinusoidal dengan tiga fase berbeda. Bagian rangkaian yang dilalui salah satu arus disebut fasa dari rangkaian tiga fasa.

Mungkin berbagai cara hubungan belitan generator dengan beban. Gambar 5-4 menunjukkan rangkaian tiga fasa terputus di mana setiap belitan generator menyuplai beban fasanya sendiri. Sirkuit seperti itu, yang membutuhkan 6 kabel penghubung, praktis tidak pernah digunakan.

Gambar 5-4. Sirkuit tiga fase tidak terhubung.

Pada diagram kelistrikan Generator tiga fasa biasanya digambarkan sebagai tiga belitan yang terletak pada sudut 120° satu sama lain.

Jika dihubungkan dengan sebuah bintang (Gbr. 5-5), ujung-ujung belitan ini digabungkan menjadi satu titik, yang disebut titik nol generator dan dilambangkan dengan O. Awal belitan ditandai dengan huruf A, B, C.

Bila dihubungkan dengan segitiga (Gbr. 5-6), ujung belitan pertama generator dihubungkan ke awal belitan kedua, ujung belitan kedua ke awal belitan ketiga, ujung belitan ketiga ke awal awal yang pertama. Kabel saluran penghubung dihubungkan ke titik A, B, C.

Dalam rangkaian tiga fase, menurut Gost, nilai tegangan berikut ditetapkan untuk rangkaian daya: 127; 220; 380; 660 V ke atas. Semuanya berbeda dari angka terdekat dalam satu faktor.

§ 5.3. Sambungan bintang pada belitan generator dan konsumen.

Menghubungkan generator (konsumen) dengan bintang berarti menghubungkan menjadi satu poin umum, ditelepon batal(N – untuk generator, N’ – untuk konsumen), ujung-ujung fasa belitan generator (konsumen). ABC adalah awal fasa belitan generator, XYZ adalah akhir fasa belitan generator.

Fase adalah tegangan yang diukur antara awal dan akhir fasa generator (konsumen) atau antara kabel linier dan netral.

Kawat garis– kawat yang menghubungkan awal fase generator ke konsumen.

Kabel yang menghubungkan nol generator (N) ke nol konsumen disebut U A, U B, U C atau U Ф.

Linier adalah tegangan yang diukur antara awal fase atau antara kabel linier. Ditunjuk U AB, U BC, U CA atau UL.

Ada hubungan antara fase-fase tegangan linier (bentuk vektornya)

Diagram vektor tegangan fasa dan saluran generator tiga arus fasa(juga berlaku untuk konsumen tiga fasa dengan beban simetris).

Prosedur untuk membuat diagram vektor untuk beban apa pun:

Diagram harus digambar sesuai skala. Saat memilih skala, harus diingat bahwa panjang vektor arus fasa harus sedikit lebih kecil dari vektor tegangan fasa yang sesuai. Pembangunan diagram dimulai:

1. Vektor tegangan fasa , , ; diletakkan pada sudut 120° relatif satu sama lain.

2. memperhitungkan sudut pergeseran fasa φ A, φ B, φ C, vektor arus fasa , , ;

3. vektor arus pada kawat netral (untuk beban simetris tidak ditemukan, karena I N = 0) ditemukan dari persamaan hukum pertama Kirchhoff untuk bentuk vektor arus

.

Di sini U A =U B =U C ; kamu AB =kamu SM =kamu CA . Menurut definisi kosinus , dari sini , , yaitu. .

Ketika dihubungkan oleh bintang, tegangan linier generator beberapa kali lebih besar dari tegangan fasa. Pernyataan ini berlaku untuk beban simetris konsumen tiga fase dihubungkan oleh sebuah bintang.

Simetris disebut beban di mana:

1. Z A =Z B =Z C ;

2. φ A =φ B =φ C, dimana φ adalah sudut pergeseran fasa;

3. pada setiap fasa sifat tegangannya harus sama, yaitu itu harus aktif, kapasitif, induktif, aktif-induktif, aktif-kapasitif di semua fase.

Ketika dihubungkan oleh bintang, arus saluran dan fasa adalah arus yang sama

Kawat netral dan perannya.

Diperlukan untuk mendapatkan diagram sambungan seperti itu ketika bebannya asimetris. Dengan menggunakan kawat netral dengan beban asimetris, tegangan fasa konsumen disamakan. Jika tidak ada kabel netral (putus, kerusakan mekanis) dimana bebannya lebih kecil maka tegangannya akan semakin besar dan sebaliknya.

Kabel netral tidak diperlukan jika bebannya simetris. Sebuah contoh yang mencolok beban seperti itu adalah tiga fase motor asinkron. Penampang kabel netral dan kabel linier hampir sama.

§ 5.4. Sambungan belitan generator dan konsumen dengan segitiga.

e AB, e BC, e CA – nilai EMF sesaat yang diinduksi dalam fase A, B, C generator sinkron.

Untuk sambungan seperti itu, perlu menghubungkan fasa A generator (awal fasa) ke akhir fasa C, yaitu. dengan titik Z; menghubungkan awal fase B dengan akhir fase A (titik X) dan menghubungkan awal fase C (titik C) dengan akhir fase B (titik Y). Oleh karena itu, dengan sambungan seperti itu, tegangan fasa generator (konsumen) sama dengan tegangan linier generator (dalam kondisi operasi normal rangkaian tersebut).

Oleh karena itu, ketika menghubungkan konsumen melalui rangkaian delta, tegangan fasanya selalu sama dengan tegangan linier generator, tidak bergantung pada besarnya dan sifat beban, dll. Tegangan generator dijaga konstan dengan menggunakan regulator otomatis, kemudian tegangan fasa konsumen juga konstan. Seperti dapat dilihat dari diagram sambungan generator, ketiga fasanya membentuk rangkaian tertutup dengan hambatan yang dapat diabaikan. Oleh karena itu, untuk mencegah terjadinya panas berlebih pada belitan hubungan pendek e AB +e BC +e CA harus selalu sama dengan 0. Oleh karena itu, sambungan belitan generator yang salah berbahaya (membingungkan awal dan akhir), yang akan menyebabkan korsleting.

Untuk konsumen.

Mari kita buat ekspresi yang menghubungkan fase dan arus linier konsumen, dengan menerapkan hukum pertama Kirchhoff. Kemudian untuk titik cabang konsumen sesuai hukum pertama Kirchhoff

(1)

Mari kita turunkan hubungan antara arus linier dan arus fasa konsumen yang dihubungkan oleh segitiga untuk kasus beban simetris. Untuk apa kita menggunakannya? diagram vektor dan ekspresi (1), yang menjadi dasar pembuatan diagram ini.

Urutan konstruksi:

1. pada sudut 120° terhadap satu sama lain, kita akan memplot vektor arus fasa, dan I AB =I BC =I CA - ini adalah bagaimana arus fasa ditetapkan;

2. untuk mencari nilai arus linier, sekarang Anda harus menghubungkan simpul-simpul vektor arus fasa dan menyisihkan vektor (panah) dengan memperhatikan ekspresi (1). Kami memperoleh segitiga sama sisi ABC, di mana vektor-vektor arus linier , , sama satu sama lain. Dari segitiga sama kaki kita mendapatkan bahwa garis tegak lurus DM juga akan menjadi garis bagi dan median. Maka CM dibagi I CA sama dengan cos30°, maka, yaitu, jika bebannya simetris, arus linier selalu lebih besar dari arus fasa dengan faktor, yaitu. .

Saat ini, energi elektronik arus bolak-balik dihasilkan, ditransmisikan dan didistribusikan antara pengumpul arus individu dalam sistem rangkaian tiga fase.
Sistem rangkaian tiga fasa adalah kombinasi rangkaian elektronik di mana pengumpul arus menerima daya dari generator tiga fasa yang umum.
Generator tiga fasa adalah generator yang mempunyai belitan yang terdiri dari tiga bagian. Setiap bagian dari belitan ini disebut fase. Itu sebabnya generator ini mendapat namanya tiga fase . Perlu dicatat bahwa istilah "fase" dalam teknik kelistrikan memiliki dua arti:

1) dalam arti tahap tertentu dari proses osilasi yang berulang dan
2) sebagai nama bagian rangkaian elektronik arus bolak-balik (misalnya bagian belitan mesin elektronik).

Beras. 1. Rangkaian generator tiga fasa

Untuk memahami prinsip pengoperasian generator tiga fasa, mari kita beralih ke model yang digambarkan secara skematis pada Gambar 1. Model terdiri dari stator yang dibuat dalam bentuk cincin besi dan rotor – magnet permanen. Cincin stator berisi belitan tiga fasa dengan jumlah belitan yang sama di setiap fasa. Fase-fase belitan digeser dalam ruang yang satu relatif terhadap yang lain dengan sudut 120°.
Mari kita bayangkan rotor model generator diputar dengan kecepatan konstan berlawanan arah jarum jam. Kemudian, karena pergerakan terus menerus kutub magnet konstan relatif terhadap konduktor belitan stator, ggl akan diinduksi pada setiap fase.

Menerapkan aturan tangan kanan, kita dapat yakin bahwa ggl yang diinduksi dalam fase belitan oleh kutub utara magnet yang berputar akan bekerja dalam satu arah, dan ggl yang diinduksi oleh kutub selatan di arah lain. Sebagai berikut, ggl. fase generator akan bervariasi.
Titik-titik terakhir (klem) dari setiap fasa generator selalu ditandai: satu titik ekstrim dari fasa tersebut disebut awal mula , Dan lainnya - tamat . Permulaan fase ditunjukkan dengan tanda Latin A, B, C, dan tujuannya masing-masing - X, Y, Z. Nama “awal” dan “akhir” fase diberikan berdasarkan aturan berikut: positif e. d.s. Generator bertindak searah dari akhir fase ke awal.
E.m.f. Kami setuju untuk menganggap generator positif jika diinduksi oleh kutub utara magnet yang berputar. Kemudian penandaan terminal generator untuk pilihan memutar rotornya berlawanan arah jarum jam harus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Pada kecepatan putaran kutub rotor yang konstan, amplitudo dan frekuensi ggl yang dihasilkan dalam fase belitan stator tetap konstan. Namun pada setiap momen besarnya dan arah aksi ggl. salah satu fase berbeda besarnya dan arah gglnya. 2 fase lainnya. Hal ini dijelaskan oleh pergeseran fase spasial. Semua fenomena pada fase ke-2 mengulangi fenomena pada fase pertama, namun dengan penundaan. Mereka mengatakan bahwa e. d.s. Fase ke-2 tertinggal dari ggl dalam waktu. fase pertama. Misalnya, mereka mencapai nilai amplitudonya sendiri pada waktu yang berbeda. Memang, nilai tertinggi E.m.f. yang diinduksi pada suatu fasa adalah ketika pusat kutub rotor melewati pertengahan fasa tersebut. Yaitu, untuk momen waktu yang sesuai dengan lokasi rotor yang ditunjukkan pada Gambar 1, gaya gerak listrik fasa pertama generator akan positif dan terbesar. Nilai ggl maksimum positif. Fase ke-2 akan terjadi kemudian, ketika rotor berputar dengan sudut 120°. Karena selama satu putaran rotor generator dua kutub terjadi satu siklus penuh konfigurasi ggl, waktu T putaran pertama adalah periode konfigurasi ggl. Tentu saja untuk memutar rotor 120° diperlukan waktu sebesar sepertiga periode (T/3).
Sebagai berikut, seluruh tahapan konfigurasi ggl. Fase ke-2 terjadi lebih lambat dari tahapan konfigurasi ggl yang sesuai. fase pertama untuk sepertiga periode. Keterlambatan yang sama pada perubahan ggl yang berulang. diamati pada fase ketiga sehubungan dengan fase ke-2. Tentu saja, sehubungan dengan fase pertama, mengulangi konfigurasi ggl. fase ketiga terjadi dengan penundaan dua pertiga periode (2/3 T).

Dengan memberikan bentuk yang sesuai pada kutub magnet, konfigurasi ggl dapat dicapai. dalam waktu menurut hukum yang mendekati sinusoidal.
Sebagai berikut, jika perubahan ggl. fase pertama generator terjadi menurut hukum sinus
e1 = Emsin?t,
maka hukum konfigurasi emf Fase ke-2 dapat ditulis dengan rumus
e2 = Em dosa? (t ? T/3) ,

Beras. 2. Kurva nilai sesaat sistem EMF tiga fase.

dan yang ketiga – dengan rumus
e3 = Em dosa? (t ? 2/3 T) ,
Hal ini diilustrasikan oleh grafik pada Gambar 2.
Dengan demikian, kita dapat menarik kesimpulan berikut: dengan putaran kutub rotor yang seragam, ggl variabel diinduksi di ketiga fase generator. frekuensi dan amplitudo yang sama, konfigurasi berulang yang berhubungan satu sama lain terjadi dengan penundaan 1/3 periode.
Generator tiga fasa berfungsi sebagai sumber tenaga baik untuk satu fasa maupun tiga fasa perangkat elektronik. Kolektor arus satu fasa, jelasnya, memiliki dua terminal eksternal. Ini termasuk, misalnya, lampu penerangan, berbeda Peralatan, mesin las listrik, tungku induksi, motor listrik dengan belitan satu fasa.
Perangkat tiga fase umumnya memiliki 6 terminal eksternal. Setiap perangkat tersebut terdiri dari 3 rangkaian elektronik yang biasanya serupa, yang disebut fase. Contoh pengumpul arus tiga fasa antara lain tungku busur elektronik dengan 3 elektroda atau motor listrik dengan belitan tiga fasa.
Metode untuk menghubungkan fase generator dan pengumpul arus
Rangkaian tiga fasa disebut tidak terhubung jika salah satu fasa generator dihubungkan secara independen oleh 2 kabel ke pengumpul arusnya (Gbr. 3). Kerugian utama dari rangkaian tiga fase yang tidak berpasangan adalah 6 kabel harus digunakan untuk mentransfer energi dari generator ke penerima. Jumlah kabel dapat dikurangi menjadi 4 atau bahkan 3 jika fasa generator dan pantograf dihubungkan satu sama lain menggunakan metode yang sesuai. Dalam hal ini, rangkaian tiga fasa disebut dihubungkan dengan rangkaian tiga fasa .

Gambar.3. Diagram rangkaian tiga fasa tidak terhubung

Dalam praktiknya, rangkaian tiga fase terhubung hampir selalu digunakan, karena lebih canggih dan ekonomis. Ada dua metode utama untuk menghubungkan fase generator dan fase penerima: koneksi bintang Dan koneksi delta.
Saat menghubungkan fase generator dengan bintang (Gbr. 4, a) semua “ujung” belitan fasa X, Y, Z dihubungkan ke satu titik yang sama 0 , ditelepon netral atau batal titik pembangkit.
Gambar 4b secara skematis menunjukkan tiga fasa generator dalam bentuk kumparan yang sumbu-sumbunya digeser dalam ruang yang satu relatif terhadap yang lain dengan sudut 120°.
Tegangan antara awal dan akhir setiap fasa generator disebut tegangan fasa , dan di antara awal fase – linier.
Karena tegangan fasa berubah seiring waktu menurut hukum sinusoidal, tegangan saluran juga akan berubah menurut hukum sinusoidal. Mari kita sepakat bahwa arah aksi positif dari tegangan linier adalah arah aksinya:

Gambar.4. Belitan tiga fase, dihubungkan dengan bintang: a – diagram sambungan, b – diagram belitan

bintang: a – diagram sambungan, b – diagram belitan
dari terminal A tahap pertama ke terminal B tahap ke-2;
dari terminal B tahap ke-2 ke terminal C tahap ketiga;
dari terminal C fase ketiga ke terminal A fase pertama.
Ketiga arah aksi tegangan linier yang bersyarat positif pada Gambar 4, b ditunjukkan oleh panah.
Perhitungan dan pengukuran menunjukkan bahwa nilai efektif tegangan linier suatu generator, yang ketiga fasanya dihubungkan dalam sebuah bintang, adalah v3 kali lebih besar nilai efektif tegangan fasa.
Untuk mentransfer energi dari generator terhubung bintang ke pengumpul arus satu fasa atau tiga fasa, pada umumnya diperlukan empat kabel. Tiga kabel dihubungkan ke awal fase generator (A, B, C ). Kabel-kabel ini disebut kabel garis. Kabel ke-4 dihubungkan ke titik netral (0) generator dan disebut netral kawat (netral). .
Rangkaian tiga fasa dengan kabel netral memungkinkan penggunaan dua tegangan generator. Penerima dalam rangkaian seperti itu dapat dihubungkan antara kabel linier untuk tegangan saluran atau antara kabel linier dan kabel netral untuk tegangan fasa.

Gambar.5. Sirkuit tiga fase empat kawat

Gambar 5 menunjukkan diagram sambungan pengumpul arus yang dirancang untuk tegangan fasa generator. Dalam hal ini, fase-fase pantograf akan memiliki titik koneksi yang sama - titik netral 0?, dan arus dalam kabel linier (arus linier) akan sama dengan arus pada fase beban yang sesuai (arus fase).
Setiap fase beban dapat dibentuk oleh satu pantograf atau beberapa pantograf yang dihubungkan secara paralel satu sama lain (Gbr. 6).
Jika arus fasa dan sudut fasa arus ini terhadap tegangan fasa sama, maka beban seperti itu disebut simetris . Jika setidaknya salah satu kriteria yang ditentukan tidak terpenuhi, maka beban akan terjadi asimetris .
Beban simetris dapat dihasilkan, misalnya, oleh lampu pijar dengan daya yang sama. Mari kita asumsikan bahwa setiap fase beban dibentuk oleh 3 lampu serupa (Gbr. 7).
Dengan menggunakan metode pengukuran tertentu, Anda dapat memverifikasi bahwa ketika beban dihidupkan oleh bintang dengan kabel netral, tegangan pada setiap fasa beban Uph akan lebih kecil dari tegangan linier Ul sebanyak v3 kali, seperti sebelumnya ketika fase belitan generator dihidupkan oleh bintang.

Gambar.6. Skema untuk menghubungkan pengumpul arus satu fasa ke jaringan empat kabel

Ul = v3Uф
Dalam prakteknya, rangkaian tiga fasa dengan kabel netral pada tegangan
Ul = 380 V; Uph = 220 V
atau
Ul = 220 V; Uph = 127 V
Dari Gambar 7 terlihat jelas bahwa arus pada kawat linier (Il) sama dengan arus dalam fasa (Iph)
Iл = Sayaф
Besarnya arus pada kabel netral dengan beban simetris adalah nol, yang juga dapat diverifikasi dengan metode pengukuran tertentu.
Tetapi jika tidak ada arus pada kabel netral, lalu untuk apa kabel tersebut?

Beras. 7. Diagram koneksi beban bintang simetris

Untuk memperjelas peran kabel netral, kami akan melakukan percobaan berikut. Mari kita asumsikan bahwa pada setiap fasa beban terdapat tiga lampu serupa dan satu voltmeter, dan in kawat netral Ammeter dihidupkan (lihat Gambar 7). Ketika tiga lampu dinyalakan pada setiap fasa, semuanya berada pada tegangan yang sama dan menyala dengan intensitas yang sama, dan arus pada kabel netral adalah nol. Dengan mengubah jumlah lampu yang menyala pada setiap fasa beban, kita akan memastikan bahwa tegangan fasa tidak berubah (semua lampu akan menyala dengan kemiringan yang sama), tetapi akan muncul arus pada kabel netral.
Mari kita lepaskan kabel netral dari titik nol penerima dan ulangi semua konfigurasi beban secara bertahap. Sekarang kita akan melihat bahwa tegangan yang lebih besar akan jatuh pada fasa yang resistansinya lebih besar daripada fasa lainnya, dengan kata lain, yang jumlah lampunya paling sedikit. Pada fase ini, lampu akan menyala dengan intensitas tinggi bahkan mungkin padam. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada fase beban dengan resistansi yang sangat besar, terjadi penurunan tegangan yang lebih besar.

Beras. 8. Diagram jaringan penerangan suatu rumah bila dihubungkan fasa beban dengan bintang

Sebagai berikut, kabel netral diperlukan untuk menyamakan tegangan fasa beban ketika resistansi fasa-fasa tersebut berbeda.
Berkat kabel netral, setiap fasa beban dialihkan ke tegangan fasa generator, yang sebenarnya tidak bergantung pada besarnya arus beban, karena penurunan tegangan internal pada fasa generator tidak bersifat kardinal. Oleh karena itu, tegangan pada setiap fase beban akan konstan pada konfigurasi beban.
Jika resistansi fasa beban sama nilainya dan seragam, maka kabel netral tidak diperlukan (Gbr. 7). Contoh beban tersebut adalah pengumpul arus tiga fasa simetris.
Biasanya beban penerangan tidak simetris, sehingga tanpa kabel netral tidak akan dihubungkan dengan bintang (Gbr. 8). Jika tidak, hal ini akan menyebabkan distribusi tegangan yang tidak merata dalam fase beban: pada beberapa lampu tegangannya akan lebih tinggi dari biasanya dan dapat terbakar, sementara pada lampu lainnya, sebaliknya, akan berada pada tegangan rendah dan akan menyala redup.
Untuk alasan yang sama, mereka tidak pernah memasang sekring pada kabel netral, karena putusnya sekring dapat menyebabkan tegangan lebih yang tidak dapat diterima pada masing-masing fase beban (lihat Gambar 8).

Beras. 9. Rangkaian tiga fasa tiga kawat

Jika tiga fasa beban dihubungkan langsung antara kabel linier, maka kita memperoleh hubungan fasa pengumpul arus, yang disebut koneksi delta (Gbr. 9). Mari kita asumsikan bahwa fase pertama dari beban R1 dihubungkan antara kabel linier pertama dan kedua; R2 ke-2 berada di antara kabel kedua dan ketiga, dan R3 ke-3 berada di antara kabel ketiga dan pertama. Sangat mudah untuk melihat bahwa setiap kabel saluran terhubung ke 2 fase yang berbeda banyak.
Anda dapat menghubungkan beban apa pun dengan segitiga. Gambar 10 menunjukkan
skema seperti itu.

Beras. 10. Diagram jaringan penerangan suatu rumah bila dihubungkan fasa-fasa beban dengan segitiga

Sambungan segitiga beban penerangan suatu rumah ditunjukkan pada Gambar 11. Bila fasa beban dihubungkan dengan segitiga, tegangan pada setiap fasa beban sama dengan tegangan saluran.
Ul = Uf
Rasio ini dipertahankan bahkan pada beban yang tidak merata.
Arus saluran dengan beban fasa simetris, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran, akan menjadi v3 kali lebih besar dari arus fasa
Iл = v3·Iф
Tetapi harus dipahami bahwa dengan beban fasa yang asimetris, hubungan antara arus ini terganggu.

Pada prinsipnya, fase generator dapat dihubungkan dengan segitiga, tetapi hal ini biasanya tidak dilakukan. Faktanya adalah untuk menciptakan ini

Beras. 11. Diagram jaringan penerangan suatu rumah bila dihubungkan fasa-fasa beban dengan segitiga

tegangan saluran, setiap fasa generator bila dihubungkan dengan delta harus

dirancang untuk tegangan v3 kali lebih besar daripada tegangan bintang. Tegangan yang lebih tinggi pada fasa generator memerlukan peningkatan jumlah belitan dan peningkatan insulasi kawat berliku, yang meningkatkan ukuran dan harga mesin. Itu sebabnya fase-fasenya generator tiga fasa Mereka hampir selalu terhubung dengan bintang.
Penerima energi elektronik, apapun metode penyambungan belitan generator, dapat dihubungkan baik dalam bintang atau delta. Pilihan metode koneksi tertentu ditentukan oleh besarnya tegangan jaringan dan tegangan pengenal penerima.