Что такое трехфазный ток
November 29, 2012
Современный образ жизни невозможно представить без электроэнергии и благ, которые с ней связаны. Отсутствие природного газа легко компенсируется твердотопливными источниками тепла, вода также доступна, а вот без электричества настает самый настоящий «конец света».
Подавляющее большинство современных электростанций генерируют трехфазный переменный ток. Среди его преимуществ особо следует отметить легкость получения и последующих преобразований, высокую надежность и простоту конструкции предназначенных для него асинхронных электродвигателей. Трехфазный ток – это наиболее распространенный во всем мире тип электроэнергии.
Система трехфазного электрического тока представляет собой совокупность трех цепей однофазного тока с одинаковой частотой и амплитудой, однако, смещенных относительно друг друга на 120 градусов (или, что одно и то же, 1/3 периода). Каждая из этих цепей называется фазой, соответственно, все три формируют трехфазный ток.
Теоретические основы довольно просты: металлическая рамка вращается в магнитном поле, пересекая линии напряженности. Чтобы в соответствии с законом электромагнитной индукции получить электрический ток, достаточно подключить к ее выводам нагрузку и создать цепь. Если же необходим трехфазный ток, то устройство усложняется: в механизме располагаются три идентичные рамки, сдвинутые одна относительно другой на 120 градусов. Итогом является генерация трех электродвижущих сил (ЭДС). В стандартных электростанциях скорость вращения неизменна.
На практике же реализация немного отлична от теории. Трехфазный ток создают специальные машины – генераторы. В них обмотки фазных цепей неподвижны (сравните с теорией) и определенным образом расположены на полюсах статора (неподвижная часть машины). А вращающееся магнитное поле создается ротором. Момент вращения ему сообщает энергия падающей воды в гидроэлектростанциях, паровой турбины в АЭС и пр.
Одна из особенностей цепей, использующих трехфазный ток, заключается в задействовании на стороне потребителя всего трех или четырех проводов – три фазных и нулевой. Этого удается добиться благодаря способу соединения обмоток генератора – звездой или треугольником.
Соединение звездой подразумевает, что концы всех трех обмоток сходятся в одной нулевой точке. Исходя из закона Кирхгофа, следует, что сумма всех токов в этой точке (узле) равняется нулю, поэтому никакого замыкания не происходит. Из нулевой точки выводится нулевой провод. Напряжение, замеренное между этим проводом и любым из трех линейных, в 1.73 раз меньше, чем значение напряжения между самими линейными проводами. В первом случае получается фазное напряжение, а во втором линейное.
Важной особенностью соединения звездой является необходимость избегать перекоса фаз, то есть, контролировать, чтобы протекающие в ветках токи были примерно равны. Та небольшая неизбежная разница приводит к появлению небольшого тока в нулевом проводе, но он невелик.
Совершенно иной тип соединения обмоток генератора – треугольником, позволяет упразднить нулевой провод. При ее реализации каждый конец обмотки соединяется с началом следующей, фактически, образуя треугольник, а напряжения снимаются с его вершин. При таком способе фазное и линейное напряжения равны. Также необходим контроль за равенством токов в ветвях, так как при игнорировании этого общее значение тока в замкнутой цепи может стать чрезмерным, вызывая нагрев генератора и выход его из строя.
Большинство электрических двигателей, предназначенных для трехфазной сети, предусматривают возможность выбора способа соединения обмоток на звезду или треугольник. Это позволяет выбирать рабочее напряжение. Так, при соединении обмоток нагрузки звездой расчетное напряжение будет в 1.73 раз меньше, чем при треугольнике.
Зачем нужен крошечный карман на джинсах? Все знают, что есть крошечный карман на джинсах, но мало кто задумывался, зачем он может быть нужен. Интересно, что первоначально он был местом для хр.
Наперекор всем стереотипам: девушка с редким генетическим расстройством покоряет мир моды Эту девушку зовут Мелани Гайдос, и она ворвалась в мир моды стремительно, эпатируя, воодушевляя и разрушая глупые стереотипы.
11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.
Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.
15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют. Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети.
7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.
Трехфазный переменный ток
В настоящее время во всем мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока.
Трехфазной системой электрических цепей называют систему, состоящую из трех цепей, в которых действуют переменные, ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода ( φ =2 π /3). Каждую отдельную цепь такой системы коротко называют ее фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют просто трехфазным током.
Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, как это показано на рис. 1.
Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока
Как осуществляется подобный генератор легко понять из схемы на рис. 2.
Рис. 2. Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть
Здесь имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электрической машины и смещенных на 1/3 окружности (120 о ). В центре электрической машины вращается общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде постоянного магнита.
В каждой катушке индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.
Каждая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать те или иные электроприемники, например электрические лампы.
В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают электроприемники. требовалось бы шесть проводов. Можно однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, т. е. значительно сэкономить проводку.
Первый из этих способов, называется соединением звездой (рис. 3).
Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электрических ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.
Будем называть зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1 ‘. 2 ‘. 3 ‘ — концами соответствующих фаз.
Соединение звезд заключается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая называется нулевой точкой или нейтралью. и соединяем генератор с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными проводами. идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым или нейтральным проводом. идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной.
Напряжения между нулевой точкой и началом каждой фазы называют фазными напряжениями. а напряжения между началами обмоток, т, е. точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, называют линейными. Фазные напряжения обычно обозначают U1. U 2. U 3. или в общем виде U ф, а линейные напряжения — U12, U23. U 31. или в общем виде U л.
Между амплитудами или действующими значениями фазных и линейных напряжений при соединении обмоток генератора звездой существует соотношение U л = √ 3 U ф ≈ 1,73 U ф
Таким образом, например, если фазное напряжение генератора U ф = 220 В, то при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение U л — 380 В.
В случае равномерной нагрузки всех трех фаз генератора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю. Поэтому в этом случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще более экономной трехпроводной системе. Все нагрузки включаются при этом между соответствующими парами линейных проводов.
При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но, вообще говоря, он слабее, чем ток в линейных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше, чем линейные.
При эксплуатации трехфазного переменного тока стремятся сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой. Поэтому, например, при устройстве осветительной сети большого дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из линейных с таким расчетом, чтобы в среднем на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка.
Другой способ соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку — это соединение треугольником, изображенное на рис. 4.
Рис. 4. Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником
Здесь конец каждой обмотки соединен с началом следующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам этого треугольника — точкам 1, 2 и 3. При соединении треугольником линейное напряжение генератора равно его фазному напряжению. U л = U ф.
Таким образом, переключение обмоток генератора со звезды на треугольник приводит к снижению линейного напряжения в √ 3 ≈ 1,73 раза. Соединение треугольником также допустимо лишь при одинаковой или почти одинаковой нагрузке фаз. Иначе ток в замкнутом контуре обмоток будет слишком силен, что опасно для генератора.
При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также могут быть соединены либо звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются к линейным проводам сети, либо треугольником, т. е. так, что все нагрузки соединяются последовательно и образуют общий контур, к точкам 1, 2, 3 которого присоединяются линейные провода сети.
На рис. 5 показано соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки, а на рис. 6 — при четырехпроводной системе проводки (в этом случае общая точка всех нагрузок соединяется с нулевым проводом).
На рис. 7 показана схема соединения нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки.
Рис. 5. Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки
Рис. 6. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок
Рис. 7. Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки
Практически важно иметь в виду следующее. При соединении нагрузок треугольником каждая нагрузка находится под линейным напряжением, а при соединении звездой — под напряжением, в √ 3 раз меньшим. Для случая четырехпроводной системы это ясно из рис. 6. Но то же имеет место в случае трехпроводной системы (рис. 5).
Между каждой парой линейных напряжений здесь включены последовательно две нагрузки, токи в которых сдвинуты по фазе на 2 π /3. Напряжение на каждой нагрузке равно соответствующему линейному напряжению, деленному на √ 3.
Таким образом, при переключении нагрузок со звезды на треугольник напряжения на каждой нагрузке, а следовательно, и ток в ней повышаются в √ 3 ≈ 1,73 раза. Если, например, линейное напряжение трехпроводной сети равнялось 380 В, то при соединении звездой (рис. 5) напряжение на каждой из нагрузок будет равно 220 В, а при включении треугольником (рис. 7) будет равно 380 В.
При подготовке статьи использовалась информация из учебника физики под редакцией Г. С. Ландсберга.
Статьи и схемы
Полезное для электрика
Что такое трехфазный ток
Трехфазная система переменного тока широко распространена и применяется во всем мире. При помощи трехфазной системы обеспечиваются оптимальные условия для передачи по проводам электроэнергии на большие расстояния, возможность для создания простых по устройству и удобных в эксплуатации электродвигателей.
Трехфазная система переменного тока
Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими 
силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током.
Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях – это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три генератора переменного тока. Электродвижущие силы, индуцированные в них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.
Как же осуществляется работа генератора
В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.
Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.
Соединение – звездой
Концы всех обмоток соединяются в одной точке генератора, так называемой нулевой точке. Затем производится соединение с потребителями, используя четыре провода: три – линейные провода, которые идут от начала обмоток 1, 2, 3, один – нулевой (нейтральный) провод, идущий от нулевой точки генератора. Такую систему называют еще четырехпроводной.
Соединение треугольником
В этом случае конец предыдущей обмотки соединяется с началом последующей, образуя, тем самым треугольник. Линейные провода соединяются с вершинами треугольника – точками 1, 2, 3. При таком подключении фазное и линейное напряжения совпадают. В сравнении с подключением звездой, подключение треугольником снижает линейное напряжение примерно в 1,73 раза. Оно допускается лишь при условии одинаковой нагрузки фаз, иначе сила тока в обмотках может увеличиться, что представляет опасность для генератора.
Отдельные потребители (нагрузки), которые питаются от раздельных пар проводов, точно так же могут соединяться или звездой или треугольником. В итоге получается ситуация, аналогичная генератору: при соединении треугольником – нагрузки находятся под линейным напряжением, при соединении звездой – напряжение в 1,73 раза меньше.
Источники: http://fb.ru/article/44318/chto-takoe-trehfaznyiy-tok, http://electricalschool.info/main/osnovy/583-trekhfaznyjj-peremennyjj-tok.html, http://electric-220.ru/news/chto_takoe_trekhfaznyj_tok/2012-04-11-109
