Driefasige wisselstroom

Tegenwoordig is het wereldwijd het meest voorkomende driefasige wisselstroomsysteem.

Een driefasig elektrisch circuit wordt een systeem genoemd dat bestaat uit drie circuits waarin wisselstromen werken, EMF met dezelfde frequentie, uit fase met elkaar met 1/3 van de periode (φ=2π/3). Elk individueel circuit van zo'n systeem wordt kortweg zijn fase genoemd, en het systeem van drie in fase verschoven wisselstromen in dergelijke circuits wordt simpelweg driefasenstroom genoemd.

Bijna alle generatoren die in onze elektriciteitscentrales zijn geïnstalleerd, zijn driefasige stroomgeneratoren... In wezen is elke dergelijke generator een verbinding in één elektrische machine van drie alternatoren, zo ontworpen dat de daarin geïnduceerde EMV ten opzichte van elkaar verschoven met een derde van de periode zoals getoond in Fig. 1.

Rijst. 1. Grafieken van de tijdsafhankelijkheid van de EMF geïnduceerd in de ankerwikkelingen van een driefasige stroomgenerator

Hoe zo'n generator is geïmplementeerd, is gemakkelijk te begrijpen aan de hand van de schakeling in Fig. 2.

Rijst. 2. Drie paar onafhankelijke draden verbonden met drie armaturen van een driefasige stroomgenerator voeden het verlichtingsnetwerk

Er zijn drie onafhankelijke armaturen op de stator van een elektrische machine en verschoven met 1/3 van een cirkel (120O). Een gemeenschappelijke inductor voor alle armaturen roteert in het midden van de elektrische machine die wordt weergegeven in het diagram in het formulier permanente magneet.

In elke spoel een wisselende EMF wordt opgewekt dezelfde frequentie, maar de tijden waarop deze emf's door nul (of door maximum) in elk van de spoelen gaan, zullen met 1/3 van een periode ten opzichte van elkaar worden verschoven omdat de inductor 1/3 van een periode later door elke spoel gaat van de vorige.

Elke wikkeling van een driefasige generator is een onafhankelijke stroomgenerator en bron van elektrische energie. Door de draden aan de uiteinden van elk aan te sluiten zoals getoond in Fig. 2, zouden we drie onafhankelijke circuits krijgen, die elk bijvoorbeeld bepaalde elektrische ontvangers kunnen voeden elektrische lampen.

In dit geval om alle geabsorbeerde energie over te dragen elektrische ontvangers, zijn er zes draden nodig. Het is echter mogelijk om de wikkelingen van een driefasige stroomgenerator zo aan te sluiten dat ze vier of zelfs drie draden aankunnen, dat wil zeggen aanzienlijk besparen op bedrading.

De eerste van deze manieren wordt een sterverbinding genoemd (Fig. 3).

Rijst. 3. Vierdraads bedradingssysteem bij aansluiting van een driefasige generator met een ster. Belastingen (groepen elektrische lampen I, II, III) worden gevoed met fasespanningen.

We noemen de terminals van de spoelen 1, 2, 3 het begin en de terminals 1 ', 2', 3 'de uiteinden van de respectievelijke fasen.

De verbinding van de sterren is dat we de uiteinden van alle windingen verbinden met één punt van de generator, dat het nulpunt of neutraal wordt genoemd, en we verbinden de generator met de ontvangers van elektriciteit met vier draden: drie zogenaamde lineaire draden komen vanaf het begin van wikkelingen 1, 2, 3 en neutrale of neutrale draad vanaf het nulpunt van de generator. Dit bedradingssysteem wordt vierdraads genoemd.

De spanningen tussen het nulpunt en de oorsprong van elke fase worden fasespanningen genoemd, en de spanningen tussen de oorsprong van de wikkelingen, dat wil zeggen punten 1 en 2, 2 en 3, 3 en 1, worden lijn genoemd... Fase spanningen betekenen meestal U1, U2, U3, of in het algemeen Uf en lijnspanning - U12, U23, U31, of in het algemeen Ul.

Tussen amplitudes of gemiddelde waarden fase- en netspanning bij het verbinden van de wikkelingen van de generator met een ster is er een verhouding Ul = √3Uf ≈ 1.73Ue

Dus als de fasespanning van de generator bijvoorbeeld Uf = 220 V is, dan is bij het aansluiten van de wikkelingen van de generator in een ster de lijnspanning Ul — 380 V.

In het geval van een gelijkmatige belasting van de drie fasen van de generator, dat wil zeggen, met ongeveer gelijke stromen in elk ervan, is de stroom in de neutrale draad nul... Daarom kunt u in dit geval de neutrale draad verwijderen en overstappen op een nog zuiniger driedraadssysteem. In dit geval worden alle belastingen aangesloten tussen de overeenkomstige paren lijngeleiders.

Bij een ongebalanceerde belasting is de stroom in de neutrale geleider niet nul, maar in het algemeen minder dan de stroom in de lijngeleiders. Daarom kan de neutrale draad dunner zijn dan de lijndraad.

Bij het werken met driefasige wisselstroom streven ze ernaar de belasting van de verschillende fasen zo gelijk mogelijk te maken.Dat is de reden waarom bijvoorbeeld bij het inrichten van het verlichtingsnetwerk van een groot huis met een vierdraadssysteem, een neutrale draad en een van de lineaire draden zo in elk appartement worden geïntroduceerd dat elke fase gemiddeld ongeveer hetzelfde heeft laden.

Een andere manier om de generatorwikkelingen aan te sluiten, waarbij ook driedraadsbedrading mogelijk is, is de driehoekschakeling die wordt getoond in afb. 4.

Rijst. 4. Aansluitschema van de wikkelingen van een driefasige generator met een driehoek

Hier is het uiteinde van elke spoel verbonden met het begin van de volgende, zodat ze een gesloten driehoek vormen, en de lijndraden zijn verbonden met de hoekpunten van deze driehoek - punten 1, 2 en 3. Wanneer verbonden met een driehoek, de lijnspanning van de generator is gelijk aan zijn fasespanning: Ul = Ue.

Daarom leidt het omschakelen van de wikkelingen van de generator van ster naar delta tot een afname van de netspanning in √3 ≈ 1,73 keer... Delta-aansluiting is ook alleen toegestaan ​​​​met dezelfde of bijna dezelfde fasebelasting. Anders zal de stroom in de gesloten lus van de wikkelingen te sterk zijn, wat gevaarlijk is voor de generator.

Bij gebruik van driefasige stroom kunnen afzonderlijke ontvangers (belastingen) die worden gevoed door afzonderlijke paren draden ook in een ster worden aangesloten, dat wil zeggen, zodat het ene uiteinde ervan is verbonden met een gemeenschappelijk punt en de andere drie vrije uiteinden zijn verbonden met de lijndraden van het netwerk of met een driehoek, dat wil zeggen, zodat alle belastingen in serie zijn aangesloten en een gemeenschappelijk circuit vormen, met punten 1, 2, 3 waarvan de lineaire draden van het netwerk zijn verbonden.

In afb. 5 toont de sterschakeling van belastingen met een driedraads bedradingssysteem, en in Fig.6 - met een vierdraads bedradingssysteem (in dit geval is het gemeenschappelijke punt van alle belastingen verbonden met de neutrale draad).

In afb. 7 toont een driehoeksbelastingaansluitschema voor een driedraads bedradingssysteem.

Rijst. 5. Steraansluiting van belastingen met driedraads bedradingssysteem

Rijst. 6. Steraansluiting van belastingen met vieraderig bedradingssysteem

Rijst. 7. Delta-aansluiting van belastingen met een driedraads bedradingssysteem

In de praktijk is het belangrijk om rekening te houden met het volgende. Wanneer belastingen in driehoek zijn aangesloten, staat elke belasting onder lijnspanning en wanneer ster aangesloten, onder spanning √3 keer minder. Voor het geval van een vierdraadssysteem wordt dit duidelijk uit Fig. 6. Hetzelfde geldt echter voor een driedraadssysteem (fig. 5).

Tussen elk paar lijnspanningen zijn hier twee belastingen in serie geschakeld, waarbij de stromen in fase zijn verschoven met 2π/3. De spanning in elke belasting is gelijk aan de overeenkomstige netwerkspanning gedeeld door √3.

Dus bij het schakelen van belastingen van ster naar delta, nemen de spanningen bij elke belasting, en dus de stroom erin, toe met √3 ≈ 1,73 keer. Als de lijnspanning van een driedraads netwerk bijvoorbeeld 380 V is, dan is bij aansluiting in een ster (fig. 5) de spanning van elk van de belastingen gelijk aan 220 V, en bij aansluiting op een driehoek (fig. 7) is deze gelijk aan 380 V.

Bij de voorbereiding van het artikel is informatie gebruikt uit een natuurkundeboek onder redactie van G.S. Landsberg.