Trójfazowy system zasilania

Jedną z opcji dla wielofazowego systemu zasilania jest trójfazowy system prądu przemiennego. Ma trzy harmoniczne pola elektromagnetyczne o tej samej częstotliwości, utworzone przez jedno wspólne źródło napięcia. Dane EMF są przesunięte względem siebie w czasie (w fazie) o ten sam kąt fazowy równy 120 stopni lub 2 * pi / 3 radianów.

Pierwszym wynalazcą sześcioprzewodowego trójfazowego układu był Nikola TeslaJednak znaczący wkład w jego rozwój wniósł rosyjski fizyk i wynalazca Michaił Osipowicz Dolivo-Dobrowolski, który zaproponował zastosowanie tylko trzech lub czterech drutów, co dawało znaczące zalety i zostało wyraźnie wykazane w eksperymentach z silnikami indukcyjnymi.

W trójfazowym układzie prądu przemiennego każdy sinusoidalny EMF znajduje się we własnej fazie, uczestnicząc w ciągłym okresowym procesie elektryfikacji sieci, dlatego dane EMF są czasami nazywane po prostu „fazami”, podobnie jak przewodniki przesyłające dane EMF: pierwsza faza, druga faza, trzecia faza. Fazy ​​są przesunięte względem siebie o 120 stopni, a odpowiednie przewodniki są zwykle oznaczone łacińskimi literami L1, L2, L3 lub A, B, C.

Taki system jest bardzo ekonomiczny, jeśli chodzi o przesyłanie energii elektrycznej drutem na duże odległości. Transformatory trójfazowe wymagają mniej materiałów.

Kable zasilające wymagają mniej przewodzącego metalu (zwykle stosuje się miedź), ponieważ prądy w przewodnikach fazowych, w porównaniu z przewodnikami jednofazowymi, mają niższe wartości efektywne w porównaniu z obwodami jednofazowymi o podobnej przesyłanej mocy.

Układ trójfazowy jest bardzo zrównoważony i wywiera równomierne obciążenie mechaniczne na instalację energetyczną (generator elektrowni), przedłużając w ten sposób jej żywotność.

Za pomocą prądów trójfazowych przepuszczanych przez uzwojenia odbiorników elektrycznych - różnych instalacji i silników, łatwo jest uzyskać wirujące wirujące pole magnetyczne niezbędne do działania silników i innych urządzeń elektrycznych.

Synchroniczne i asynchroniczne trójfazowe silniki prądu przemiennego mają proste urządzenie i są znacznie bardziej ekonomiczne niż jednofazowe i dwufazowe, a jeszcze bardziej - klasyczne silniki prądu stałego.

Dzięki sieci trójfazowej w jednej instalacji można uzyskać jednocześnie dwa napięcia robocze - liniowy i fazowy, co pozwala uzyskać dwa poziomy mocy w zależności od schematu połączeń uzwojenia - „trójkąt” (wersja angielska to „delta”) lub „gwiazda”.

Jeśli chodzi o zasilanie systemów oświetleniowych, łącząc trzy grupy lamp - każda z różnymi fazami sieci - można znacznie zmniejszyć migotanie i pozbyć się szkodliwego efektu stroboskopowego.

Zalety te decydują o powszechnym zastosowaniu trójfazowego systemu zasilania w dzisiejszej dużej globalnej branży elektroenergetycznej.

Gwiazda

Połączenie zgodnie ze schematem „gwiazdy” obejmuje połączenie końców uzwojenia faz generatora z jednym wspólnym „punktem neutralnym” (neutralnym - N), a także końcami wyjść fazowych odbiornika.

Przewody łączące fazy odbiornika z odpowiednimi fazami generatora nazywane są przewodami liniowymi w sieci trójfazowej. A drut łączący ze sobą neutralne źródło i odbiornik jest przewodem neutralnym (oznaczonym „N”).

W obecności neutralnego sieć trójfazowa okazuje się czteroprzewodowa, a jeśli nie ma neutralnego - trójprzewodowa. W warunkach, w których rezystancje w trzech fazach odbiornika są sobie równe, to znaczy pod warunkiem, że Za = Zb = Zc, obciążenie będzie symetryczne. Jest to idealny tryb pracy dla sieci trójfazowej.

Jeśli występuje neutralny, napięcie fazowe nazywane jest napięciem między dowolnym przewodem fazowym a przewodem neutralnym. Napięcia między dowolnymi dwoma przewodami fazowymi nazywane są napięciami liniowymi.

Jeśli sieć ma połączenie w gwiazdę, to poniżej symetryczne obciążenie związek między prądami fazowymi i liniowymi a napięciami można opisać następującymi zależnościami:

Można zauważyć, że napięcia liniowe są przesunięte względem odpowiednich napięć fazowych o kąt 30 stopni (radian pi / 6):

Moc na połączeniu „gwiazdy” w warunkach obciążenia symetrycznego, biorąc pod uwagę znane napięcia fazowe, można określić wzorem:

Na temat znaczenia równowagi neutralnej i fazowej

Chociaż przy absolutnie symetrycznym obciążeniu, zasilanie odbiorników jest możliwe za pomocą trzech drutów o napięciu liniowym nawet przy braku neutralnego, niemniej jednak, jeśli obciążenia faz nie są ściśle symetryczne, neutralny jest zawsze wymagany.

Jeśli przy asymetrycznym obciążeniu drut neutralny pęknie lub jego rezystancja z jakiegoś powodu wzrośnie, nastąpi „asymetria faz”, a następnie obciążenia trzech faz mogą być pod różnymi napięciami - od zera do liniowego - w zależności od rozkładu rezystancji obciążenia fazy w czasie neutralnej przerwy.

Ale obciążenia są nominalnie zaprojektowane ściśle dla napięć fazowych, co oznacza, że ​​coś może zawieść. Nierównowaga faz jest szczególnie niebezpieczna dla urządzeń gospodarstwa domowego i elektroniki, ponieważ z tego powodu nie tylko niektóre urządzenia mogą się wypalić, ale może również dojść do pożaru.

Problem wielokrotności harmonicznych trzeciego

Najczęściej urządzenia gospodarstwa domowego i inne są obecnie wyposażone w zasilacze impulsowe i bez zintegrowanego obwodu korekcji współczynnika mocy. Oznacza to, że momenty zużycia są ograniczone cienkimi impulsami szczytowymi prądu w pobliżu górnej części sinusoidy sieci, gdy kondensator filtra wyjściowego zainstalowany po prostowniku jest szybko i szybko ładowany.

Gdy do sieci podłączonych jest wiele takich odbiorników, występuje wysoki prąd trzeciej harmonicznej głównej częstotliwości napięcia zasilającego. Te prądy harmoniczne (wielokrotności trzeciego) są sumowane w przewodzie neutralnym i są w stanie go przeciążać, mimo że pobór mocy w każdej fazie nie przekracza dopuszczalnego.

Problem jest szczególnie istotny w budynkach biurowych, w których wiele różnych urządzeń biurowych znajduje się na niewielkiej przestrzeni. Gdyby wszystkie wbudowane zasilacze impulsowe miały obwody korekcji współczynnika mocy, rozwiązałoby to problem.

Trójkąt

Połączenie zgodnie ze schematem „trójkąta” zakłada od strony generatora połączenie końca pierwszego przewodu fazowego z początkiem drugiego przewodu fazowego, końca drugiego przewodu fazowego z początkiem trzeciego przewodu fazowego, końca trzeciego przewodu fazowego z początkiem pierwszego przewodu fazowego - okazuje się zamknięta figura - trójkąt.

Napięcia i prądy liniowe i fazowe o symetrycznym obciążeniu w odniesieniu do połączenia „trójkąta” są skorelowane w następujący sposób:

Moc w obwodzie trójfazowym, gdy jest połączona trójkątem, w warunkach symetrycznego obciążenia, jest określana w następujący sposób:

Poniższa tabela pokazuje standardy faz i napięcia sieciowego dla różnych krajów:

Przewody różnych faz sieci trójfazowej, a także przewody neutralne i ochronne, są tradycyjnie oznaczone własnymi kolorami.

Odbywa się to w celu uniknięcia porażenia prądem i zapewnienia wygody konserwacji sieci, ułatwienia ich instalacji i naprawy, a także w celu standaryzacji fazowania sprzętu: kolejność faz jest czasami bardzo ważna, na przykład w celu ustawienia kierunku obrotu silnika indukcyjnego, trybu pracy sterowanego prostownika trójfazowego itp. W różnych krajach kolorowe oznaczenia są różne, w niektórych są takie same.

Zobacz: Kodowanie kolorami przewodów