Трифазні електричні ланцюги

Видатний російський інженер-винахідник Михайло Осипович Доліво-Добровольський, крім асинхронного двигуна винайшов трифазну електричну мережу, яка могла б живити такий двигун.

Трифазна система являє собою три окремі електричні ланцюги, в яких діють синусоїдальні ЕРС однієї і тієї ж частоти, які в свою чергу зрушені один від одного на 120 °, і створювані одним джерелом енергії. Джерелом енергії найчастіше виступає трифазний генератор.

Перевага трифазного ланцюга полягає в її врівноваженості. Тобто сумарна миттєва потужність трифазного ланцюга, залишається величиною постійною протягом всього періоду ЕРС.

Трифазний генератор змінного струму має три самостійні обмотки, які зрушені між собою на кут 120 °. Також як і обмотки, початкові фази ЕРС зрушені на 120 °. Рівняння описують зміну ЕРС в кожній з обмоток виглядають наступним чином:

Векторна діаграма ЕРС в початковий момент часу є три вектори, довжина яких дорівнює амплітудному значенням ЕРС Em, і кут між якими дорівнює 120 °. Якщо обертати вектори проти годинниковою стрілкою, відносно нерухомої осі, то вони будуть проходити в порядку Ea, Eb, Ec, такий порядок називають прямою послідовністю.

По суті, кожну окрему фазу можна було б поєднати окремими проводами, але в такому випадку вийшла б шестіпроводних несвязная система. Це було б вкрай невигідно з економічної точки зору, адже як-не-як, перевитрата матеріалу. Для того щоб це уникнути придумали пов’язані системи з’єднання.

З’єднання зіркою

При з’єднанні обмоток зіркою все три фази мають одну спільну точку – нуль. При цьому така система може бути трехпроводной або чьотирьох. В останньому випадку використовується нульовий провід. Нульовий провід не потрібен, якщо система симетрична, тобто струми в фазах такої системи однакові. Але якщо навантаження несиметрична, то фазні струми різні, і в нульовому проводі виникає струм, який дорівнює векторній сумі фазних струмів

Також, нульовий провід може виступати в ролі однієї з фаз, якщо вона вийде з ладу, це запобіжить виходу з ладу всієї системи. Правда потрібно враховувати, що нульовий провід не розрахований на подібні навантаження, і в цілях економії металу і ізоляції він виготовляє під менші струми, ніж в фазах.

У трифазних ланцюгах існують так звані фазні і лінійні напруги і струми.

Фазна напруга – це різниця потенціалів між нульовою точкою і лінійним проводом. Тобто, простіше кажучи, фазна напруга – це напруга на фазі.

Лінійна напруга – це різниця потенціалів між лінійними проводами.

При з’єднанні зіркою фазні і лінійні напруги співвідносяться як

А фазні і лінійні струми при симетричному навантаженні однакові 

Таким чином, можна зробити висновок, що в симетричному трифазному ланцюзі при з’єднанні фаз зіркою напруги відрізняються один від одного в 1,72 раз, а лінійні і фазні струми рівні.

З’єднання трикутником

При з’єднанні трикутником кінець однієї обмотки з’єднується з початком іншої. Таким чином, утворюється замкнутий контур.

У такому поєднанні кожна фаза знаходиться під лінійною напругою, тобто лінійні і фазні напруги дорівнюють

А фазні і лінійні струми співвідносяться як

Аналогічним способом, зробимо висновок для з’єднання трикутником: в симетричному трифазному ланцюзі при з’єднанні фаз трикутником струми відрізняються один від одного в 1,72 раз, а лінійні і фазні напруги рівні.

Посилання на основну публікацію