Özel bir evde üç fazlı bir sayacın bağlanması. Evde üç fazlı ve tek fazlı ağlar. Üç fazlı ve tek fazlı ağların şeması, gücü, hesaplanması.

Modern görünüm Elektriksiz bir hayat ve onun getirdiği faydalar düşünülemez. Doğal gaz eksikliği, katı yakıtlı ısı kaynakları ile kolayca telafi edilir, su da mevcuttur, ancak elektrik olmazsa gerçek “dünyanın sonu” gelir.

Modern enerji santrallerinin büyük çoğunluğu üç fazlı elektrik üretiyor.Avantajları arasında, üretim kolaylığı ve müteakip dönüşümler, yüksek güvenilirlik ve bunun için tasarlanan üç fazlı akımın tasarımının basitliğinden özellikle bahsedilmelidir. Dünya çapında en yaygın elektrik türüdür.

Üç fazlı bir elektrik akımı sistemi üç devrenin birleşimidir tek fazlı akım ancak aynı frekans ve genliğe sahip olanlar birbirlerine göre 120 derece (veya aynı şey olan periyodun 1/3'ü) kaymışlardır. Bu devrelerin her birine sırasıyla faz adı verilir ve her üç form da üç fazlı akım.

Teorik temel oldukça basit: metal çerçeve Manyetik bir alanda dönerek gerilim çizgilerini geçer. Elektromanyetik indüksiyon kanununa uygun olarak elde etmek için terminallerine bir yük bağlayıp bir devre oluşturmak yeterlidir. Üç fazlı akım gerekiyorsa, cihaz daha karmaşık hale gelir: mekanizma, biri diğerine göre 120 derece kaydırılmış üç özdeş çerçeve içerir. Sonuç üç nesildir. Standart enerji santrallerinde dönüş hızı sabittir.

Pratikte uygulama teoriden biraz farklıdır. Üç fazlı akım oluşturma özel makineler- jeneratörler. Bunlarda, faz devrelerinin sargıları sabittir (teori ile karşılaştırın) ve stator kutuplarına (makinenin sabit kısmı) belirli bir şekilde yerleştirilmiştir. Ve dönen manyetik alan rotor tarafından yaratılır. Dönme momenti, hidroelektrik santrallerde düşen suyun enerjisi ile kendisine verilir, buhar türbünü nükleer santrallerde vb.

Üç fazlı akım kullanan devrelerin özelliklerinden biri, tüketici tarafında yalnızca üç veya dört kablonun kullanılmasıdır - üç fazlı ve nötr. Bu, jeneratör sargılarını (yıldız veya üçgen) bağlama yöntemi sayesinde başarılabilir.

Yıldız bağlantısı, üç sargının tümünün uçlarının bir sıfır noktasında birleştiği anlamına gelir. Kirchhoff yasasına göre, bu noktadaki (düğüm) tüm akımların toplamı sıfıra eşittir, dolayısıyla kısa devre oluşmaz. Sıfır noktasından nötr bir tel çıkar. Bu kablo ile üç doğrusal kablodan herhangi biri arasında ölçülen voltaj, doğrusal kabloların kendi aralarındaki voltajdan 1,73 kat daha azdır. İlk durumda, faz voltajı elde edilir ve ikincisinde doğrusaldır.

Önemli özellik Yıldız bağlantılarda faz dengesizliğinden kaçınmak, yani dallarda akan akımların yaklaşık olarak eşit olmasını kontrol etmek gerekir. Bu kaçınılmaz küçük fark, nötr telde küçük bir akımın ortaya çıkmasına neden olur, ancak bu küçüktür.

Jeneratör sargılarının tamamen farklı bir bağlantı türü - bir üçgen - nötr kabloyu ortadan kaldırmanıza olanak tanır. Bunu uygularken, sarımın her bir ucu bir sonrakinin başlangıcına bağlanır, esasen bir üçgen oluşturur ve köşelerindeki gerilimler giderilir. Bu yöntemle faz ve değerler eşittir. Ayrıca dallardaki akımların eşitliğini de kontrol etmek gerekir, çünkü bu göz ardı edilirse Genel anlam Kapalı devredeki akım aşırı hale gelebilir ve jeneratörün ısınmasına ve arızalanmasına neden olabilir.

Çoğunluk elektrik motorlarıÜç fazlı bir ağ için tasarlanmış, sargıları yıldız veya üçgene bağlama yöntemini seçme olanağı sağlar. Bu, çalışma voltajını seçmenizi sağlar. Yani yük sargılarını bir yıldıza bağlarken hesaplanan voltaj üçgenden 1,73 kat daha az olacaktır.

Üç fazlı akımın avantajları yalnızca elektrik uzmanları için açıktır. Ortalama bir insan için üç fazlı akımın ne olduğu oldukça belirsizdir. Belirsizliği ortadan kaldıralım.

Üç fazlı AC

Elektrik uzmanları dışındaki çoğu insanın, "üç fazlı" alternatif akımın ne olduğu konusunda çok belirsiz bir fikri vardır ve genellikle akım gücü, voltaj ve elektrik potansiyeli kavramları konusunda kafaları karışır. aynı zamanda güç.

Hadi deneyelim basit bir dille Bu konuda bazı başlangıç ​​fikirleri verin. Bunu yapmak için analojilere dönelim. En basitiyle başlayalım - akış doğru akım iletkenlerde. Doğadaki su akışına benzetilebilir. Su, bildiğimiz gibi, her zaman yüzeydeki daha yüksek bir noktadan daha alçak bir noktaya doğru akar. Her zaman en ekonomik (en kısa) yolu seçer. Akım akışıyla olan benzetme tamamlandı. Ayrıca, akışın belirli bir bölümünden birim zamanda akan su miktarı, mevcut kuvvete benzer olacaktır. elektrik devresi. Nehir yatağının herhangi bir noktasının sıfır noktasına (deniz seviyesine) göre yüksekliği şuna karşılık gelecektir: elektrik potansiyeli Zincirdeki herhangi bir nokta. Nehir üzerindeki herhangi iki noktanın yükseklik farkı, devrenin iki noktası arasındaki gerilime karşılık gelecektir.

Bu benzetmeyi kullanarak, bir devredeki doğru elektrik akımının akış yasalarını zihninizde kolayca hayal edebilirsiniz. Gerilim ne kadar yüksek olursa - yükseklik farkı, akış hızı ve dolayısıyla birim zamanda nehir boyunca akan su miktarı da o kadar büyük olur.

Su akışı tıpkı elektrik Hareketi sırasında nehir yatağının direncini yaşar - kayalık bir nehir yatağı boyunca su şiddetli bir şekilde akacak, yön değiştirecek, bundan biraz ısınacak (hatta çalkantılı akarsular) çok soğuk nehir yatağının direncinden kaynaklanan ısınma nedeniyle donmayın). Pürüzsüz bir kanal veya boruda su hızlı bir şekilde akacak ve sonuç olarak birim zamanda kanal çok fazla geçecektir. daha fazla su dolambaçlı ve kayalık bir nehir yatağından daha fazlası. Su akışına karşı direnç, bir devredeki elektrik direnciyle tamamen aynıdır.

Şimdi içinde biraz su bulunan kapalı bir şişe hayal edin. Bu şişeyi enine eksen etrafında döndürmeye başlarsak, içindeki su dönüşümlü olarak boyundan tabana ve tam tersi şekilde akacaktır. Bu fikir alternatif akıma bir benzetmedir. Görünüşe göre aynı su ileri geri akıyor, ne olmuş yani? Ancak suyun bu alternatif akışı iş yapma kapasitesine sahiptir.

Alternatif akım kavramı nereden geldi?

Evet, insanlık bir mıknatısın bir iletkenin yanına hareket ettirilmesinin iletkende elektrik akımına neden olduğunu öğrendiğinden beri. Akıma neden olan mıknatısın hareketidir; mıknatıs telin yanına konulur ve hareket etmezse iletkende herhangi bir akım oluşmasına neden olmaz. Daha sonra, gelecekte bir amaç için kullanmak üzere iletkenden akım almak (üretmek) istiyoruz. Bunu yapmak için bir bobin yapacağız bakır kablo ve mıknatısı yakınına hareket ettirmeye başlayın. Mıknatıs bobinin yakınında istediğiniz gibi hareket ettirilebilir - düz bir çizgide ileri geri hareket ettirin, ancak mıknatısı ellerinizle hareket ettirmemek için böyle bir mekanizma oluşturmak, onu bobinin yakınında döndürmeye başlamaktan teknik olarak daha zordur. bobin, önceki örnekteki bir şişe suyu döndürmeye benzer. Teknik nedenlerden dolayı artık her yerde kullanılan sinüzoidal alternatif akımı bu şekilde elde ettik. Bir sinüzoid, zaman içinde ortaya çıkan rotasyonun bir açıklamasıdır.

Daha sonra süzülme yasalarının ortaya çıktığı ortaya çıktı alternatif akım Bir devredeki doğru akımın akışından farklıdır. Örneğin, doğru akımın akması için bobin direnci, tellerin omik direncine eşittir. Ve alternatif akım için, endüktif reaktansın ortaya çıkması nedeniyle tel bobinin direnci önemli ölçüde artar. Doğru akım yüklü bir kapasitörden geçmez; bunun için kapasitör açık devredir. Ve alternatif akım, bir miktar dirençli bir kapasitörden serbestçe akabilir. Ayrıca alternatif akımın, transformatörler kullanılarak diğer voltaj veya akımların alternatif akımına dönüştürülebileceği de keşfedildi. Doğru akım böyle bir dönüşüme uygun değildir ve eğer herhangi bir transformatörü bir doğru akım ağına bağlarsak (ki bunu yapmak kesinlikle imkansızdır), doğru akıma yalnızca telin omik direnci tarafından direnç gösterileceği için kaçınılmaz olarak yanacaktır. mümkün olduğu kadar küçük hale getirilmiş ve Birincil sargı Kısa devre modunda büyük bir akım akacaktır.

Ayrıca elektrik motorlarının hem doğru akımda hem de alternatif akımda çalışacak şekilde tasarlanabileceğini unutmayın. Ancak aralarındaki fark şudur: DC elektrik motorlarının üretimi daha zordur, ancak akım gücünü düzenleyen geleneksel bir reosta ile dönüş hızını sorunsuz bir şekilde değiştirmenize olanak tanır. AC elektrik motorlarının üretimi çok daha basit ve daha ucuzdur, ancak tasarıma göre belirlenen yalnızca tek bir hızda dönerler. Bu nedenle her ikisi de pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Amaca bağlı olarak. Kontrol ve düzenleme amacıyla DC motorlar kullanılır ve enerji santralleri- AC motorlar.

Ayrıca, jeneratörün mucidinin tasarım fikri yaklaşık olarak bu yönde hareket etti - eğer akım üretmek için bir bobinin yanındaki bir mıknatısın dönüşünü kullanmak en uygunsa, o zaman neden bunun yerine dönen bir mıknatısın etrafına birkaç bobin yerleştirmiyorsunuz? bir jeneratör bobini (etrafında çok fazla alan var)?

Tek bir dönen mıknatısla çalışan birkaç jeneratöre benzeyen bir şeye hemen sahip olacaksınız. Ayrıca, bobinlerdeki alternatif akım faz açısından farklılık gösterecektir - sonraki bobinlerdeki maksimum akım, öncekilere göre biraz gecikecektir. Yani mevcut sinüzoidler grafiksel olarak gösterilirse kendi aralarında kaymış gibi görünecektir. Bu önemli özellik- aşağıda tartışacağımız faz kayması.

Yaklaşık olarak bu şekilde akıl yürüten Amerikalı mucit Nikola Tesla, önce alternatif akımı, ardından da altı telli üç fazlı akım üretim sistemini icat etti. Mıknatısın dönme ekseni açıların merkezi olarak alınırsa, bir mıknatısın etrafına 120 derecelik açılarla eşit mesafelerde üç bobin yerleştirdi.

(Bobin (faz) sayısı aslında herhangi bir olabilir, ancak çok fazlı bir akım üretim sisteminin sağladığı tüm faydaları elde etmek için minimum üç yeterlidir).

Daha sonra Rus elektrik mühendisi Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, N. Tesla'nın buluşunu geliştirdi ve ilk önce üç fazlı alternatif akımın iletilmesi için üç ve dört telli bir sistem önerdi. Üç jeneratör sargısının bir ucunu tek bir noktaya bağlamayı ve elektriği yalnızca dört kabloyla iletmeyi önerdi. (Pahalı demir dışı metallerden yapılan tasarruflar önemli düzeydedir). O zaman ortaya çıktı simetrik yük Her fazın (eşit direnç) bu ortak teldeki akımı sıfırdır. Çünkü faz olarak 120 derece kayan akımlar toplandığında (cebirsel olarak, işaretler dikkate alınarak) birbirlerini iptal ederler. Bu ortak tel Buna böyle diyorlardı: sıfır. İçindeki akım yalnızca fazların yükleri eşit olmadığında ve sayısal olarak küçük olduğunda, faz akımlarından çok daha az olduğunda ortaya çıktığı için, faz akımlarından çok daha küçük kesitli bir telin "sıfır" tel olarak kullanılması mümkün hale geldi. teller.

Aynı nedenden dolayı (120 derecelik faz kayması), üç fazlı olanların malzeme açısından çok daha az yoğun olduğu ortaya çıktı, çünkü transformatörün manyetik çekirdeğinde manyetik akıların karşılıklı emilimi meydana gelir ve daha küçük bir çaprazlama ile yapılabilir. bölüm.

Bugün, üç fazlı bir güç kaynağı sistemi dört tel tarafından gerçekleştirilmektedir, bunlardan üçüne faz denir ve Latin harfleriyle gösterilir: jeneratörde - A, B ve C, tüketicide - L1, L2 ve L3. Nötr kablo - 0 olarak belirlenmiştir.

Nötr tel ile faz tellerinden herhangi biri arasındaki voltaja faz denir ve tüketici ağlarında 220 volttur.

Arasında faz telleri ayrıca faz voltajından çok daha yüksek bir voltaj vardır. Bu voltaja doğrusal denir ve tüketici devrelerinde 380 volttur. Neden daha fazla aşama var? Evet, bunların hepsi 120 derecelik faz kaymasından kaynaklanıyor. Bu nedenle, örneğin belirli bir anda bir kabloda potansiyel artı 200 volta eşitse, o zaman diğerinde faz teli aynı zamanda potansiyel eksi 180 volt olacaktır. Gerilim potansiyel bir farktır, yani + 200 - (-180) \u003d + 380 V olacaktır.

Şu soru ortaya çıkıyor: nötr Tel akım akmıyor, tamamen ortadan kaldırmak mümkün mü? Olabilmek. Ve üç telli bir güç kaynağı sistemi alacağız. Tüketicilerin faz telleri arasında "üçgen" olarak adlandırılan bağlantısıyla. Bununla birlikte, "üçgenin" kenarlarında eşit olmayan bir yük olması durumunda jeneratörün yıkıcı yüklere maruz kalacağına dikkat edilmelidir, bu nedenle bu sistem Düzensiz yükler dengelendiğinde çok sayıda tüketiciyle kullanılabilir. Büyük santrallerden elektriğin yüksek fazda iletimi ve doğrusal gerilimler(yüzbinlerce volt) bu şekilde gerçekleştirilir. Neden bu kadar yüksek bir voltaj kullanılıyor? Cevap basit; kablolardaki ısınma kayıplarını azaltmak. Tellerin ısınması (enerji kaybı) akan akımın karesiyle orantılı olduğundan akan akımın minimum olması arzu edilir. Peki transfer için gerekli güç minimum akımda voltajı artırmanız gerekir. (Elektrik hatları) ve örneğin elektrik hatları - 500 olarak adlandırılır - bu, 500 kilovolt gerilim altındaki bir elektrik hattıdır.

Bu arada, enerji nakil hatlarının tellerindeki kayıplar, yüksek voltajlı doğru akım iletimi (teller arasında etkili olan kayıpların kapasitif bileşeni çalışmayı durdurur) kullanılarak daha da azaltılabilir, bu tür deneyler yapılmış olsa bile, ancak böyle bir Görünüşe göre üç fazlı üretim sistemiyle kablolarda daha fazla tasarruf sağlanması nedeniyle sistem henüz geniş bir dağıtım alamadı.

Sonuçlar: üç fazlı sistemin avantajları

Makalenin sonunda özetleyelim - üç fazlı üretim ve güç kaynağı sisteminin avantajları nelerdir?

1. Elektriği iletmek için gereken kablo sayısından tasarruf. Önemli mesafeler (yüzlerce ve binlerce kilometre) ve düşük özgüllüğe sahip demir dışı metallerin elektrik direnci tasarruflar oldukça önemlidir.
2. Üç fazlı transformatörler eşit güç tek fazlı olanlarda önemli ölçüde daha küçük manyetik çekirdek boyutları vardır. Bu, önemli miktarda tasarruf elde etmenizi sağlar.
3. Üç fazlı bir elektrik iletim sisteminin, tüketici üç faza bağlandığında bir tür dönen elektromanyetik alan yaratması çok önemlidir. Yine faz kayması nedeniyle. Bu özellik, komütatörü olmayan son derece basit ve güvenilir üç fazlı elektrik motorları oluşturmayı mümkün kılmıştır ve rotor aslında hiçbir kablonun bağlanmasına gerek olmayan yataklarda basit bir "boşluktur". (Aslında sincap kafesli rotor tasarımının kendine has özellikleri vardır ve hiç de boş değildir) Bunlar üç fazlı olarak adlandırılanlardır. asenkron elektrik motorları sincap kafesli rotor ile. Günümüzde enerji santralleri olarak oldukça yaygındır. Harika mülk Bu tür motorların en önemli özelliği, herhangi iki fazlı kabloyu basitçe değiştirerek rotorun dönme yönünü tersine değiştirebilme yeteneğidir.
4. Alma imkanı üç fazlı ağlar iki çalışma voltajı. Yani elektrik motorunun gücünü değiştirin veya ısıtma tesisatı sadece besleme kablolarını değiştirerek.
5. Farklı fazlardan güç alan üç lambayı lambaya yerleştirerek floresan lambalar kullanan lambaların titremesini ve stroboskopik etkisini önemli ölçüde azaltma yeteneği.

Bu avantajlar sayesinde üç fazlı sistemler Dünyada elektrik arzı yaygınlaştı.