Kolmefaasiline vahelduvvool

Tänapäeval on see maailmas kõige levinum kolmefaasiline vahelduvvoolusüsteem.

Kolmefaasiliseks elektriahelaks nimetatakse süsteemi, mis koosneb kolmest ahelast, milles töötavad vahelduvvoolud, sama sagedusega EMF, üksteisega 1/3 perioodist faasist väljas (φ=2π/ 3). Sellise süsteemi iga üksikut vooluahelat nimetatakse lühidalt selle faasiks ja kolme faasinihke vahelduvvoolu süsteemi sellistes ahelates nimetatakse lihtsalt kolmefaasiliseks vooluks.

Peaaegu kõik meie elektrijaamadesse paigaldatud generaatorid on kolmefaasilised voolugeneraatorid... Sisuliselt on iga selline generaator ühendus ühes elektrimasinas kolmest generaatorist, mis on konstrueeritud nii, et neis indutseeritud EMF nihutatud üksteise suhtes kolmandiku võrra perioodist, nagu on näidatud joonisel fig. 1.

Riis. 1. Kolmefaasilise voolugeneraatori armatuurimähistes indutseeritud EMF ajast sõltuvuse graafikud

Seda, kuidas sellist generaatorit rakendatakse, on lihtne mõista joonisel fig. 2.

Riis. 2. Valgustusvõrku toidavad kolm paari sõltumatuid juhtmeid, mis on ühendatud kolmefaasilise voolugeneraatori kolme armatuuriga

Elektrimasina staatoril on kolm sõltumatut armatuuri, mis on nihkes 1/3 ringist (120O). Kõigile armatuuridele ühine induktiivpool pöörleb elektrimasina keskosas, mis on näidatud vormis diagrammil püsimagnet.

Igas mähises indutseeritakse vahelduv EMF sama sagedusega, kuid ajad, mil need emf-id läbivad nulli (või maksimumi) igas mähises, nihkuvad üksteise suhtes 1/3 perioodi võrra, kuna induktiivpool läbib iga mähise 1/3 perioodi hiljem eelmisest.

Kolmefaasilise generaatori iga mähis on iseseisev voolugeneraator ja elektrienergia allikas. Ühendades juhtmed igaühe otstega, nagu on näidatud joonisel fig. 2, saaksime kolm sõltumatut ahelat, millest igaüks saaks näiteks toita teatud elektrilisi vastuvõtjaid elektrilambid.

Sel juhul kogu neeldunud energia ülekandmiseks elektrilised vastuvõtjad, on vaja kuut juhet. Kolmefaasilise voolugeneraatori mähised on aga võimalik ühendada nii, et need saavad hakkama nelja või isegi kolme juhtmega ehk säästavad oluliselt juhtmestikku.

Esimest neist viisidest nimetatakse tähtühenduseks (joonis 3).

Riis. 3. Nelja juhtmega juhtmestiku süsteem kolmefaasilise generaatori ühendamisel tähega. Koormused (elektrilampide rühmad I, II, III) on varustatud faasipingetega.

Me nimetame mähiste klemme 1, 2, 3 vastavate faaside alguseks ja klemme 1′, 2′, 3′ vastavate faaside otsteks.

Tähtede ühendus seisneb selles, et ühendame kõigi mähiste otsad generaatori ühte punkti, mida nimetatakse nullpunktiks ehk nullpunktiks ja generaatori ühendame elektri vastuvõtjatega nelja juhtmega: kolm nn lineaarset. juhtmed, mis tulevad mähiste 1, 2, 3 algusest ja null- või nulljuhe, mis läheb generaatori nullpunktist. Seda juhtmestiku süsteemi nimetatakse neljajuhtmeliseks.

Nullpunkti ja iga faasi alguspunkti vahelisi pingeid nimetatakse faasipingeteks ning mähiste alguspunkti ehk punktide 1 ja 2, 2 ja 3, 3 ja 1 vahelisi pingeid liiniks... Faas pinged tähendavad tavaliselt U1, U2, U3 või üldkujul Uf ja liinipinget — U12, U23, U31 või üldiselt Ul.

Amplituudide või keskmiste väärtuste vahel faasi- ja liinipinge generaatori mähiste ühendamisel tähega on suhe Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Näiteks kui generaatori faasipinge on Uf = 220 V, siis generaatori mähiste ühendamisel tähega on liinipinge Ul 380 V.

Generaatori kolme faasi ühtlase koormuse korral, see tähendab, et igas neist on ligikaudu võrdsed voolud, on nulljuhtme vool null... Seetõttu võite sel juhul nulljuhtme eemaldada ja minna üle veelgi säästlikumale kolmejuhtmelisele süsteemile. Sel juhul on kõik koormused ühendatud vastavate liinijuhtmete paaride vahel.

Tasakaalustamata koormuse korral ei ole nulljuhtme vool null, kuid üldiselt on see väiksem kui liinijuhtmete vool. Seetõttu võib nulltraat olla liinijuhtmest õhem.

Kolmefaasilise vahelduvvooluga töötades püüavad nad muuta erinevate faaside koormused võimalikult võrdseks.Seetõttu viiakse näiteks neljajuhtmelise süsteemiga suure maja valgustusvõrgu korrastamisel igasse korterisse nulljuhe ja üks lineaarsetest nii, et keskmiselt on igas faasis ligikaudu sama. koormus.

Teine võimalus generaatori mähiste ühendamiseks, mis võimaldab ka kolmejuhtmelist juhtmestikku, on joonisel fig. 4.

Riis. 4. Kolmnurgaga kolmefaasilise generaatori mähiste ühendusskeem

Siin on iga mähise ots ühendatud järgmise algusega, nii et need moodustavad suletud kolmnurga ja liini juhtmed on ühendatud selle kolmnurga tippudega - punktid 1, 2 ja 3. Kui ühendate kolmnurgaga, generaatori liinipinge võrdub selle faasipingega: Ul = Ue.

Seetõttu toob generaatori mähiste ümberlülitamine tähelt kolmnurgale kaasa võrgupinge vähenemise √3 ≈ 1,73 korda... Ka kolmnurkühendus on lubatud ainult sama või peaaegu sama faasikoormusega. Vastasel juhul on mähiste suletud ahela vool liiga tugev, mis on generaatorile ohtlik.

Kolmefaasilise voolu kasutamisel saab ka eraldi vastuvõtjaid (koormusi), mida toidavad eraldi juhtmepaarid, ühendada kas tähena ehk nii, et nende üks ots on ühendatud ühise punktiga ja ülejäänud kolm vaba otsa on ühendatud võrgu liinijuhtmetega või kolmnurgaga, st nii, et kõik koormused on järjestikku ühendatud ja moodustavad ühise vooluringi, mille punktidesse 1, 2, 3 on ühendatud võrgu lineaarjuhtmed.

Joonisel fig. 5 on kujutatud koormuste tähtühendust kolmejuhtmelise juhtmestikuga ja joonisel fig.6 - neljajuhtmelise juhtmestikuga (sel juhul on kõigi koormuste ühine punkt ühendatud nulljuhtmega).

Joonisel fig. 7 on näidatud kolmejuhtmelise juhtmestiku deltakoormuse ühendusskeem.

Riis. 5. Koormuste tähtühendus kolmejuhtmelise juhtmestikuga

Riis. 6. Koormuste tähtühendus neljajuhtmelise juhtmestikuga

Riis. 7. Koormuste deltaühendus kolmejuhtmelise juhtmestikuga

Praktikas on oluline arvestada järgmisega. Kui koormused on kolmnurga ühendatud, on iga koormus liinipinge all ja tähtühenduse korral √3 korda väiksem pinge. Neljajuhtmelise süsteemi puhul on see selge jooniselt fig. 6. Kuid sama lugu on kolme juhtmega süsteemiga (joon. 5).

Siin on iga liinipingepaari vahel jadamisi ühendatud kaks koormust, mille voolud on faasinihkes 2π/ 3 võrra. Iga koormuse pinge võrdub vastava võrgupingega jagatud √3-ga.

Seega, kui lülitate koormused tähelt kolmnurgale, suurenevad pinged igal koormusel ja seega ka vool selles √3 ≈ 1,73 korda. Kui näiteks kolmejuhtmelise võrgu liinipinge on 380 V, siis tähega ühendamisel (joon. 5) on iga koormuse pinge 220 V ja kui see on ühendatud kolmnurgas (joonis 7) võrdub see 380 V.

Artikli koostamisel kasutati G.S.Landsbergi toimetatud füüsikaõpiku infot.